生理学 第二章生物电现象及肌肉收缩

2. 主动转运的能量直接来自：
a. 线粒体 b. 内质网 c. 细胞核
d. 细胞质 e. 细胞膜
动作电位 产生的前提：有RP、有效刺激
刺激的种类： 化学、机械、温度、光、电、声等。
刺激需要具备三个条件： 一定的强度
一定的持续时间 一定的时间－强度变化率
电刺激仪提供的电刺激操作方便、刺激的条件易于控制， 对组织、细胞不易损伤且重复性好。
Gm为激活门， Gh为失活门
备用态：
Rp （Ap）1ms 2ms
Gm 关， Gh 开
激活态：
Gm开，Gh开
ห้องสมุดไป่ตู้
失活态：
Gm开，Gh 关

延迟激活性K+通道
Gn为激活门

(Ap)1ms

.
2ms

去极化至峰电位最顶点

GNa失活并GK延迟激活

Ck »CNa （100：1）
反极化（超射）: 细胞膜由外正内负的极化状态变为内正外负的 极性反转过程。
复极化: 去极化后再向极化状态恢复的过程。
超极化: RP的绝对值增大(例如由-70 → -90mV)

去极化

（正反馈）
有效刺激 GNa 开放 Na+内流

CNa »Ck （100：1）

Na+快速内流

形成 AP上升支
animal
cell
Rp
—————————————————
frog
muscle
-50~-70mV
squid
nerve
-50~-70mV
mammal red blood cell
-10mV

smooth muscle -50~-60mV

muscle
-70~-90mV

nerve
Ap 依靠局部电流在有髓纤维 上进行“跳跃式传导”
有髓鞘神经纤维:跳跃式传导(为远距离局部电流)
局部电位
阈下刺激使 局部细胞膜产 生轻度去 （超）极化
局部反应的特点：
①不具有“全或无” 现象。
②依电紧张方式扩 布。
③具有总和效应。 即可产生时间性和 空间性总和。。
时间性总和 空间性总和
动作电位 Action potential （Ap）
受到有效刺激后， 细胞膜在Rp基础上 产生的快速、可逆、 可向远处扩布的电 位波动
动作电位
锋电位 后电位
去极化 上升支 反极化或超射 下降支 —复极化
负后电位 正后电位
去极化（除极）： 膜内、外电位差向小于RP值的方向变化的过程。 (例如由-70 → -50mV)
-70~-90mV
Bernstein 的膜学说（1902年）
1.细胞内外离子 不均匀分布 〔K+〕i /〔K+〕o = 28 ~ 35：1
〔Na+〕i /〔Na+〕o = 1：12~14
静息状态下质膜内、外离子分布不均匀
膜外：
2.静息时K+的通透性 远大于Na+的通透性. C K+：CNa+= 50~100：1
The difference between Ap and local response
Ap Na大量内流 阈上刺激 无衰减传 播 全或无 不可融合 有绝对不应 期 向远处传播信息
Lr Na少量内流 阈下刺激 电紧张 扩布 反应有等级 可以总和 无绝 对不应期 瞬时改变兴奋性
神经-肌接头兴奋传递
注意：
膜对Na+通透性增大，实际上是膜结构中存在的 电压门控性Na+通道开放的结果。
Na+通道的特点： ①去极化程度越大，其开放的概率也越大，是
电压依赖性的； ②开闭是全或无式的，并且开、闭之间的转换
速度非常快; ③至少存在关闭、激活和失活三种功能状态，
其形成与分子内部存在两种门控机制有关。
Na+通道有两个门和三个态：
实验结果描绘曲线如下：
时间－强度曲线
日常应用中，最简便的方法是采用阈 值作为衡量组织兴奋性高低的指标。
即：在刺激作用时间和强度－时间变化率 固定不变的条件下，刚能引起细胞兴奋或
产生动作电位的最小刺激强度，称为阈 强 度(threshold intensity,阈值)。
达到强度阈值的刺激称为阈刺激， 强度小于阈值的刺激称为阈下刺激， 强度大于阈值的刺激称为阈上刺激。 阈刺激或阈强度→ 衡量细胞兴奋性的指标
细胞跨膜信号转导
人体要实现自身复杂 的功能及适应环境 的各种变化，细胞 之间必须有完善的 信息联系，即具有 信号转导功能。
（signal transduction）
分类
1. 第二信使跨膜信号转导 2. 通道跨膜信号转导 3. 酶耦联受体介导信号转导
1.第二信使跨膜信号转导
有三类蛋白质涉及其中
静息状态下质膜对离子的通透性不同
(mM)
K+ 140 Na+ 12 A- -135
K+ 4.5 Na+ 145 Cl - -150
（3）细胞外主要离子是Na+和 Cl-

细胞内主要离子是K+ 和 A- 、 PO4
都是大分子物质，不能扩散出细胞外
K+离子顺浓度 差扩散出细胞外
A- 、 PO4不能扩散出细胞外 K+
2. Rp ≈ Ek 问题: 如果细胞外K+增高， Rp 的绝
对值会有什么变化？
图.细胞外K+浓度对蛙肌静息电位的影响
选择题
<<1a.达a.达.K到Ki=到Ei=kKEoKkbo.时Ki ：Kob.c.KKiKi o< Ko d. 膜两侧电场力相等
c. Ki > Ko
e. 膜两侧浓差力相等.
兴奋性
兴奋性 组织或细胞产生动作电位的能力 兴奋 组织或细胞受到刺激后产生了动作电位
或动作电位增多的现象
可兴奋组织和可兴奋细胞
指兴奋性较高的组织和细胞： 肌肉、神经和腺体
不应期
绝对不应期 相对不应期
细胞在一次兴奋后其兴奋性要经历一个周期性 变化过程。（兴奋周期）
分 期 与AP对应关系 兴奋性
神经递质、激素等（第一信使）
与G蛋白偶联受体结合
激活G蛋白
兴奋性G蛋白(GS)
激活腺苷酸环化酶(AC)
ATP
cA MP
激活蛋白激酶A
细胞内生物效应
(二) 磷脂酰肌醇信号通路
激素（第一信使）
与G蛋白偶联受体结合
激活G蛋白
兴奋性G蛋白(GS)
激活磷脂酶C(PLC)
PIP2
(第二信使）
IP3 和 DG
内质网 释放Ca2+
INa`IK的 关系
结论: Na+快速内流形成 Ap上升支(Na＋通道
阻断剂：河豚毒（TTX）) K+快速外流形成 Ap下降支(K＋通道阻断
剂：四乙胺（TEA）) Ap 峰电位结束后Na+出：K+进 = 3：2
细胞内有净的负电荷积累，形成了正后 电位
Ap≈E Na+
选择题
单向传递 时间延搁 0.5-1.0ms/个 易受理化因素和药物影响
1.终板前膜 低钙 肉毒杆菌毒素 2.终板后膜 筒箭毒 3.抑制胆碱脂酶活性 有机磷农药
选择题
1.两阈上刺激的间隔时间 绝对不应 期可传送 个 Ap:
a. <, 0 b.<, 2 c.=, 2 d.=, 0 e. >, 1 2. 属于主动转运的是（多选） a.Ap升支Na+内流 b. Ap降支K+外 流 c.Rp时K+外流 d.正后电位 时Na+外流 e.入胞作用
1.Ap幅度约等于： a.Ek+ b.ENa+ c. ENa+与Rp绝对 值之和 d. ENa+与Rp绝对值之差 e.以上都不对
2. 膜电位是： a. 是内正外负 b. 可用电极在细 胞表面测出 c. 是膜两侧的电位差 d.表明细胞处于去极化状态 e.以 上都不对
Ap的三特点
全或无:刺激达到阈值后，Ap幅 度不随刺激强度的增加而改变 有绝对不应期 无衰减性传导： Ap幅度不随传导距
终板结构
终板前膜 终板间隙
终板后膜
有囊泡 15-50nm
胆碱脂酶 有受体
Ap在细胞间传递
Ap 前膜GCa2+开放 Ca2+内流 囊泡内Ach释放 Ach扩散与受体 结合 GNa+开放 Na+内流 终板膜去极化 产生终板电位
终板电位电紧张扩布 邻近 膜达到阈值产生Ap
神经-肌接头传递特征
A-
A-
A-
（4） 浓差力推动K+离子扩散出细胞外， 电场力阻止K+离子扩散出细胞外。两力
相等时K+净移动 为零，此时膜内 外电位差为K+的 平衡电位（Ek）
Diffusion force
electrical attractive force
(3)机制:RP主要是由K+外流形成的；接近K+平衡电位
Ek= RT/ZF • ln〔K+〕o /〔K+〕i
R：Gas Constant ( 8.31 joule/ degree • gram molecule or 2 calorie/ degree • gram molecule)
T：Absolute temperature
Z：Charge number of the ion
F：Faraday’s number (=96500)
ln: Nature log of concentration
If T=27°C
Ek= 59.5• ln〔K+〕o /〔K+〕i If T=37°C
Ek= 61.5• ln〔K+〕o /〔K+〕i

= – 94mV


结论: 1. Rp 由 K+扩散出细胞外所产生
静息电位 Resting Potential（Rp）
细胞未受到 刺激时，存 在于细胞膜 内外的电位 差
静息电位:细胞处于安静状态时，膜内外存在 的电位差
极 化:以膜为界，外正内负的状态。静息电位 和极化是一个现象的两种表达方式
静息电位的范围： -10 ～ -100mV之间
膜外N端：识别、结合第一信使 膜内C端：具有酪氨酸激酶活性
细胞内生物效应
硝酸甘油治疗心绞痛
硝酸甘油→NO↑→结合可溶性鸟苷酸环 化酶（GC）→三磷酸鸟苷（GTP）转变成 cGMP →激活PKG→舒张血管，增加血流量.
弗奇戈特、伊格纳罗及穆拉德1998 年获诺贝尔生理/医学奖 !
细胞的生物电现象
人体及其他生物体的可兴奋 细胞在安静和活动时都存在电活 动，这种电活动称为生物电现象 （bioelectricity）。 如：心电图、脑电图、肌电图等
离的增加而改变
全或无
一个Ap使细胞内Na+增加了约 1/8万 ，K+减少了约1/4万，可以 视为Na+和K+浓度没有改变，所 以Ap幅度不随刺激强度的增加而改
变。
阈电位
当细胞膜去极化到能引起 Ap时的最小膜电位，即为阈电 位（ threshold，Tp）

Rp与Tp的距离反映了细
胞兴奋性的高低，两者成反比。
< 早期：电场力和浓差力方向向内
< Na+顺浓差力和电场力快速进细胞
< 后期：浓差力方向向内，电场力方向向外。 当浓差力等于电场力时Na+净移动为零,此 时膜内外电位差为Na+的平衡电位（ENa）。 If T=37°C
ENa= 61.5• ln〔Na+〕o /〔Na+〕i =61mV
[Na+ ] o浓度 对 Ap幅度的影响
激活 蛋白激酶
C
细胞内生物效应
2.通道跨膜信号转导
（1）化学门控通道 如Ach门控通 道，由α2、β、γ、δ五个亚基组成
（2）电压门控通道 有对膜电位变 化敏感的亚单位和基团
（3）机械门控通道
3.酪氨酸蛋白激酶信号转导
配体 +酪氨酸激酶受体 酪氨酸残 基磷酸化 产生效应
生长因子、胰岛素等 与受体酪氨酸激酶结合
刺激
绝对不应期 相对不应期 超常期 低常期
锋电位 负后电位前期 负后电位后期 正后电位
无
任何强大刺激
渐恢复 阈上刺激
＞正常 阈下刺激
＜正常 阈上刺激
绝对不应期的长短决定了组织在单位时间内所 能接受刺激产生兴奋的次数。
超常期\低常期临床意义不大，仅存在理论意义。
Ap 的传播
Ap 依靠局 部电流在 无髓纤维 上传播
（1）受体 第七个α-螺旋是识别 结合部位
（2）G蛋白 有十几种 由α、β、γ三个亚基组成 （3）效应器酶
G蛋白 + GDP 激活 G蛋白 + GTP
α 与β、γ亚单位分离 激活
效应器酶 第二信使数量变化
第二信使 包括cAMP、cGMP、IP3、 DG、Ca2+等
(一) cAMP信号通路

K+快速外流

形成 Ap下降支

AP上升支
AP下降支
后电位
负后电位: 复极时迅速外流的K+蓄积在 膜外侧附近，暂时阻碍了K+ 外流。
Ap 峰电位结束后Na+/K+ 泵开始工作，从细胞内排出
Na+并摄取K+，

Na+出：K+进 = 3：2
细胞内有净的负电荷积累， 形成了正后电位
Ap 与