细胞的生物电现象

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1、第四章细胞的生物电现象生物电现象的发现，不仅极大促进了生物学及基础医学的发展，而且使临床医学发生了革命性的变革。人体各器官表现的电现象，是以细胞水平的生物电现象为基础，细胞的电现象主要是跨膜离子流动造成的。任何细胞跨膜电现象的明显改变都将影响细胞的正常功能，导致严重的疾病。神经和骨骼肌细胞的生物电现象非常容易观察到的生物电现象----蛙神经肌肉标本刺激神经肌肉收缩；单独刺激肌肉肌肉收缩反应速度和可重复性分析提示只能是电信号刺激强度不同，肌肉收缩强度也不同坐骨神经腓肠肌锌铜弓兴奋性（excitability)：产生动作电位（AP)的能力兴奋（excitation)：宏观表现：活动增

2、强；电学角度：产生AP可兴奋细胞/组织（excitablecell/tissue)：受到较小的刺激后即可出现某种形式的反应。神经细胞---神经冲动；肌细胞---收缩；腺细胞---分泌活动电可兴奋细胞（electricallyexcitablecell)可兴奋细胞产生兴奋的标志：产生动作电位非可兴奋细胞：有静息电位，但不能产生动作电位阈强度（thresholdintensity)是细胞兴奋的指标组织在兴奋后兴奋性的规律性变化：绝对不应期（absoluterefractoryperiod)相对不应期（relativerefractoryperiod)超常期（supranormalperi

3、od)低常期（subnormalperiod)通道功能状态的改变是细胞兴奋性发生变化的基础一次兴奋后兴奋性的变化绝对不应期、有效不应期、相对不应期、超常期、低常期细胞生物电现象的主要表现是什么？1.静息电位2.动作电位生物电现象的产生机制兴奋和生物电现象机制的阐明是本世纪生命科学的重大进展之一。由钠泵活动产生的膜内高K+和膜外高Na+状态是各种细胞生物电现象产生的基础。Na+和K+通过各自的电压门控通道的易化扩散是形成神经和骨骼肌细胞静息电位和动作电位的直接原因。第一节静息电位(restingpotential)定义：细胞未受刺激时细胞膜内外的电位差。特点：膜内电位较膜外为负，具体数

4、值为毫伏级，不同细胞有差异。如规定膜外电位为0（接地），则膜内电位在-10–100mV之间。0mV-90mV+30mV枪乌贼巨大神经轴突（1000m)在细胞电生理学中的贡献细胞跨膜电位的发现：最早是利用枪乌贼神经轴突作出的（凌宁&Gerard,1949）玻璃微电极细胞内记录技术电极刺穿细胞膜前静息电位记录示意图电极刺穿细胞膜后0mV-90mV0mV1.静息电位产生原理：K+平衡电位Bernstein首次提出，细胞内外K+的不均匀分布和安静时膜主要对K+有通透性可能是细胞能保持内负外正极化状态的基础。[K+]i/[K+]o=35,[Na+]o/[Na+]i=14浓度势能使细胞内K

5、+有向细胞外扩散的趋势，细胞外Na+有向细胞内扩散的趋势。如果没有阳离子的不对等扩散，细胞内外是电中性的（不带电），因为细胞内或细胞外的正负离子电荷数是相等的。细胞内液和细胞外液各种离子的浓度差要点：在生理情况下，如果不存在细胞膜对某些带电粒子的选择性通透，则不论是细胞外液还是细胞内液，阴、阳粒子的电荷数是相等的，细胞内液和细胞外液都是电中性的（即不带电）。如果细胞膜对某种离子有选择性通透现象，则细胞膜两侧会有带电现象。细胞膜在静息状态下确实主要对K+有通透性（内向整流钾通道，IK1）在，K+向细胞外扩散时不伴有负离子的向外扩散和Na+向内扩散。由于K+带正电荷，K+向细胞外扩散时使

6、细胞外带正电荷，每移出一个K+就使细胞外多带一个正电荷。由于同性电荷相斥，当K+移出足够多时，电场力又阻止K+的向外扩散，最终达到平衡K+平衡电位K+向外扩散达到平衡时的细胞内外电位差即是K+平衡电位，用Nernst方程计算。静息电位产生原理示意图K+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++–++++++–––––++++++++–––––––––+++++++++++K+-20mV-30mV-40mV-50mV-60mV-70mV-80mV静息电位水平不同静息电位水平时IK1的大小比较(IK1:inwardrectifierK+curren

7、t)Nernst方程：EkK+平衡电位（mV)R通用气体常数T绝对温度Z离子价FFaraday常数[K+]o细胞外K+浓度[K+]i细胞内K+浓度将有关数值代入方程，T以27C计算，再把自然对数化为常用对数，则上述公式可简化为：第二节动作电位超射动作电位（actionpotential)：细胞受到一定强度的刺激后跨膜电位由静息电位（内负外正）的状态向内正外负的方向转变，继之又恢复到静息电位水平的过程，形状如锋，故称锋电位(spikepotential)。其