生理学基础知识专题讲座报告培训课件

细胞是人体最基本的结构和功能单位，人体所有的生细胞是人体最基本的结构和功能单位，人体所有的生命活动都是在细胞功能的基础上进行的。命活动都是在细胞功能的基础上进行的。1生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024第二章第二章 细胞的基本功能细胞的基本功能 12345【学习目标学习目标】识记细胞受体的类型和特点。识记细胞受体的类型和特点。理解肌肉收缩的原理和兴奋理解肌肉收缩的原理和兴奋-收缩耦联。收缩耦联。描述神经描述神经-肌肉接头处的兴奋传递的过程肌肉接头处的兴奋传递的过程。归纳细胞膜对物质转运的方式及特点。归纳细胞膜对物质转运的方式及特点。解释静息电位和动作电位的概念及产生机制，理解兴奋在同一细胞的传导特点。解释静息电位和动作电位的概念及产生机制，理解兴奋在同一细胞的传导特点。2生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024 张某女性，24岁，因误服有机磷农药急诊入院，患者主诉头痛头晕、视物不清、全身无力。查体：患者全身肌肉抽搐、呼吸困难、流涎、瞳孔缩小。化验检查：全血胆碱酯酶活性50%。【预习案例预习案例】诊断：诊断：有机磷农药中毒 问题：问题：该患者为什么出现肌肉抽搐、呼吸困难等 症状？3生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024第一节第一节 细胞膜的物质转运功能细胞膜的物质转运功能v细胞膜主要是由脂质、蛋白质和少量糖类等物质组成。v液态镶嵌模型：细胞膜是以脂质双分子层为基架，其间镶嵌有多种结构和功能不同的蛋白质。4生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024v物质经过细胞膜进出细胞的过程称为细胞膜的跨膜物质经过细胞膜进出细胞的过程称为细胞膜的跨膜转运功能。转运功能。v物质以什么方式通过细胞膜主要取决于以下几个因物质以什么方式通过细胞膜主要取决于以下几个因素：素：分子量的大小。一般而言，脂溶性的小分子物质能直接通过细胞膜。物质在细胞膜内外的浓度差或电位差。物质如果是从细胞膜高浓度的一侧向低浓度的一侧转运（顺浓度差），就不需要消耗能量，若是从低浓度的一侧向高浓度的一侧转运（逆浓度差），细胞就要消耗能量物质的溶解性。因为细胞膜的脂质结构，导致小分子的脂溶性物质比水溶性物质容易通过细胞膜。5生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024一、单纯扩散v单纯扩散（单纯扩散（simple diffusion）指脂溶性的小）指脂溶性的小分子物质从细胞膜浓度高的一侧向浓度低的一侧分子物质从细胞膜浓度高的一侧向浓度低的一侧转运的过程。转运的过程。如如:氧气氧气 氮气氮气二氧化碳二氧化碳 水水 乙醇乙醇 尿素尿素 甘油甘油6生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024二、易化扩散v易化扩散（易化扩散（facilitated diffusion）是指脂溶性）是指脂溶性很小的物质或者水溶性的物质，在细胞膜特殊蛋白很小的物质或者水溶性的物质，在细胞膜特殊蛋白质的帮助下，从细胞膜浓度高的一侧向浓度低的一质的帮助下，从细胞膜浓度高的一侧向浓度低的一侧转运的过程。侧转运的过程。v根据参与转运的蛋白质的构型不同，可将易化扩散根据参与转运的蛋白质的构型不同，可将易化扩散分为载体转运（分为载体转运（carrier transport）和通道转）和通道转运（运（channel transport）两种。）两种。7生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024（一）载体转运（一）载体转运v载体转运又称载体介导的易化扩散，是指借助于细胞膜上载体转运又称载体介导的易化扩散，是指借助于细胞膜上的载体蛋白质将物质从细胞膜高浓度的一侧向低浓度的一的载体蛋白质将物质从细胞膜高浓度的一侧向低浓度的一侧进行转运的过程。侧进行转运的过程。v某些小分子的有机物质，如葡萄糖、氨基酸等在细胞膜两某些小分子的有机物质，如葡萄糖、氨基酸等在细胞膜两侧存在着浓度差，但无法通过细胞膜的脂质双分子层，而侧存在着浓度差，但无法通过细胞膜的脂质双分子层，而载体蛋白质分子上存在着一个或多个能与该物质结合的位载体蛋白质分子上存在着一个或多个能与该物质结合的位点，物质在高浓度的一侧与载体蛋白质结合，此时，载体点，物质在高浓度的一侧与载体蛋白质结合，此时，载体蛋白质的构型发生改变，立刻将物质运载到低浓度的一侧，蛋白质的构型发生改变，立刻将物质运载到低浓度的一侧，随后两者分离，载体蛋白质回复原来的结构，并可反复使随后两者分离，载体蛋白质回复原来的结构，并可反复使用。用。8生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024经载体易化扩散经载体易化扩散9生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024v载体转运具有三个特点载体转运具有三个特点高度的特异性。通常一种载体蛋白质只能转运某种特定结构的物质，如葡萄糖载体只能转运右旋葡萄糖，而不能转运左旋葡萄糖。饱和现象。载体蛋白质上的结合位点有限，所以当被转运的物质占据了全部的结合位点时，转运即达到饱和。竞争性抑制。若某种载体能同时转运两种或两种以上结构非常相似的物质，其中一种物质浓度增加时，该物质的转运量增加，而其他物质的转运量会减少，该现象称为竞争性抑制。10生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024（二）通道转运（二）通道转运v通道转运又称通道介导的易化扩散，是指借助于细胞膜上的通道蛋白通道转运又称通道介导的易化扩散，是指借助于细胞膜上的通道蛋白质将物质从细胞膜高浓度的一侧向低浓度的一侧进行转运的过程。质将物质从细胞膜高浓度的一侧向低浓度的一侧进行转运的过程。v通道蛋白质一般贯穿细胞膜的全层，主要转运各种离子，其内部存在通道蛋白质一般贯穿细胞膜的全层，主要转运各种离子，其内部存在着一条水相孔道，当该水相孔道打开时，亲水性离子可以迅速地从该着一条水相孔道，当该水相孔道打开时，亲水性离子可以迅速地从该孔道从细胞膜高浓度一侧向低浓度一侧转运；一旦孔道关闭，即使在孔道从细胞膜高浓度一侧向低浓度一侧转运；一旦孔道关闭，即使在膜两侧存在着浓度差，离子不能通过。膜两侧存在着浓度差，离子不能通过。v通道的开放和关闭是由通道的开放和关闭是由“闸门闸门”来调控的，所以通道又可称为门控通来调控的，所以通道又可称为门控通道。根据引起通道开与关的条件的不同，可将门控通道分类，如由膜道。根据引起通道开与关的条件的不同，可将门控通道分类，如由膜电位变化引起闸门开与闭的称为电压门控性通道；由化学物质引起闸电位变化引起闸门开与闭的称为电压门控性通道；由化学物质引起闸门开与闭的称为化学门控性通道。门开与闭的称为化学门控性通道。11生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024 经通道易化扩散经通道易化扩散12生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024三、主动转运v主动转运（主动转运（active transport）是指某些物质的分子或）是指某些物质的分子或离子，在细胞膜特殊蛋白质的帮助下，从细胞膜浓度低的离子，在细胞膜特殊蛋白质的帮助下，从细胞膜浓度低的一侧向浓度高的一侧转运的过程。一侧向浓度高的一侧转运的过程。v这些帮助物质完成逆浓度差转运的特殊膜蛋白称为这些帮助物质完成逆浓度差转运的特殊膜蛋白称为“泵泵”，它们具有，它们具有ATP酶的活性，可将细胞内的酶的活性，可将细胞内的ATP分解，提供分解，提供能量，该能量即可帮助物质完成逆浓度差的跨膜转运。能量，该能量即可帮助物质完成逆浓度差的跨膜转运。v机体内常见的离子泵有钠机体内常见的离子泵有钠-钾泵、钙泵、氢泵等，其中钠钾泵、钙泵、氢泵等，其中钠-钾泵具有非常重要的生理意义。钾泵具有非常重要的生理意义。13生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024通道转运与钠通道转运与钠-钾泵转运模式图钾泵转运模式图14生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024v钠钠-钾泵简称钠泵（钾泵简称钠泵（sodium pump），即），即Na+-K+依赖依赖式式ATP酶。当细胞内酶。当细胞内Na+浓度增高和（或）细胞外浓度增高和（或）细胞外K+浓浓度增高时，钠泵被激活，此时，分解度增高时，钠泵被激活，此时，分解ATP释放能量，并借释放能量，并借此能量使膜外的此能量使膜外的K+逆浓度差进入膜内，同时使膜内的逆浓度差进入膜内，同时使膜内的Na+逆浓度差移出膜外。逆浓度差移出膜外。v一般情况下，每分解一分子一般情况下，每分解一分子ATP,可以将可以将3个个Na+移出膜外，移出膜外，同时将同时将2个个K+移入膜内，从而维持细胞膜外高钠膜内高钾移入膜内，从而维持细胞膜外高钠膜内高钾的状态。的状态。v钠钠-钾泵的生理意义主要表现在以下几点钾泵的生理意义主要表现在以下几点钠泵活动维持细胞内外钠、钾离子分布不均衡的状态，是可兴奋细胞产生生物电的基础；为继发性主动转运提供能量来源；维持细胞内晶体渗透压的稳定，防止细胞水肿；为细胞代谢提供必需条件。钠泵活动造成的膜内高K+是许多代谢反应的必需条件。15生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024四、入胞和出胞1入胞入胞 v又称胞吞（又称胞吞（endocytosis），指大分子或物质团块进入细胞），指大分子或物质团块进入细胞的过程。如细菌、病毒、大分子营养物质，血浆脂蛋白等。的过程。如细菌、病毒、大分子营养物质，血浆脂蛋白等。这些物质进入细胞时，首先与细胞膜上的受体识别并接触，然后接触部位的细胞膜向内凹陷或者伸出伪足，将物质包裹，此后包裹物质的细胞膜融合断裂，使物质和包裹它的细胞膜一起进入细胞内，从而完成了大分子物质或团块进入细胞的过程。16生理学基础知识专题讲座报告7/8/20242出胞出胞 又称胞吐（又称胞吐（exocytosis），指大分子物质排出细胞的过程，主要见于），指大分子物质排出细胞的过程，主要见于细胞的分泌。细胞的分泌。如内分泌细胞分泌激素、神经末梢释放递质、消化腺细胞分泌消化酶等。往往大分子物质在细胞内形成后，即被一层膜性物质包裹形成囊泡，当分泌活动开始后，囊泡向着细胞膜方向移动，直至与细胞膜融合，破裂，至此，包裹在囊泡内的物质就一次性地排出细胞。17生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024第二节第二节 细胞的跨膜信号转导功能细胞的跨膜信号转导功能一、受体的概念和特征v凡是能与信号分子特异性结合，并引发细胞发生特定生理凡是能与信号分子特异性结合，并引发细胞发生特定生理效应的特殊蛋白质称为受体（效应的特殊蛋白质称为受体（receptor）。受体可以存在）。受体可以存在于细胞膜、细胞质和细胞核内，但是通常提到的受体指的于细胞膜、细胞质和细胞核内，但是通常提到的受体指的是膜受体。是膜受体。受体可以对某些特定的化学物质进行识别并与之结合，结合后能激活细胞内的多种酶系，从而引起特定的生理效应。在此过程中，作为信号分子的化学物质并未进入到细胞膜内，它所携带的信息通过受体中介转导到细胞内。v受体的特征：受体的特征：特异性饱和性可逆性18生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024二、跨膜信号转导的方式（一）离子通道耦联受体介导的跨膜信号转导（一）离子通道耦联受体介导的跨膜信号转导1化学门控性通道化学门控性通道 v这类通道蛋白质本身就是受体，所以又称为通道型受体。这类通道蛋白质本身就是受体，所以又称为通道型受体。2电压门控性通道电压门控性通道 v这类通道广泛存在于神经细胞膜、心肌细胞膜和骨骼肌细这类通道广泛存在于神经细胞膜、心肌细胞膜和骨骼肌细胞膜上。胞膜上。3机械门控性通道机械门控性通道 v机械性刺激信号能影响此类通道蛋白质功能状态的改变，机械性刺激信号能影响此类通道蛋白质功能状态的改变，从而完成细胞跨膜信号的转导。如内耳毛细胞受刺激后出从而完成细胞跨膜信号的转导。如内耳毛细胞受刺激后出现的感受器电位就是此类信号转导。现的感受器电位就是此类信号转导。v由离子通道耦联受体介导的跨膜信号转导的主要特点是作由离子通道耦联受体介导的跨膜信号转导的主要特点是作用部位精确，速度快。用部位精确，速度快。19生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024（二）（二）G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导vG蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导是通过膜受体、蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导是通过膜受体、G蛋白、蛋白、G蛋白效应器和第二信使等一系列存在于细胞膜和细胞质蛋白效应器和第二信使等一系列存在于细胞膜和细胞质中的信号分子的共同活动而实现的。中的信号分子的共同活动而实现的。v在此过程中，首先是细胞外的化学物质（如激素）与靶细在此过程中，首先是细胞外的化学物质（如激素）与靶细胞受体结合，接着激活胞受体结合，接着激活G蛋白，激活的蛋白，激活的G蛋白进而激活蛋白进而激活G蛋蛋白效应器酶（如腺苷酸环化酶），白效应器酶（如腺苷酸环化酶），G蛋白效应器酶再催化蛋白效应器酶再催化某些物质（如某些物质（如ATP）产生第二信使（如）产生第二信使（如cAMP）,第二信使第二信使再通过蛋白激酶或离子通道完成信号转导。再通过蛋白激酶或离子通道完成信号转导。20生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024（三）酶耦联受体介导的跨膜信号转导（三）酶耦联受体介导的跨膜信号转导v此类受体分子既有受体的作用又有酶的特性，即它们既存此类受体分子既有受体的作用又有酶的特性，即它们既存在与信号分子结合的位点，又具有酶的催化性，通过它们在与信号分子结合的位点，又具有酶的催化性，通过它们的这些双重作用来完成信号的转导称之为酶耦联受体介导的这些双重作用来完成信号的转导称之为酶耦联受体介导的跨膜信号转导。体内大部分生长因子和一部分激素（如的跨膜信号转导。体内大部分生长因子和一部分激素（如胰岛素）就是通过这种方式进行信号转导的。胰岛素）就是通过这种方式进行信号转导的。21生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024第三节第三节 细胞的生物电现象细胞的生物电现象v在生命活动的过程中，细胞始终存在着电，我们把在生命活动的过程中，细胞始终存在着电，我们把这种电现象称为生物电现象。这种电现象称为生物电现象。v生物电是一切活细胞存在的基本生命现象，也是生生物电是一切活细胞存在的基本生命现象，也是生理学重要的基础理论。它主要包括静息电位和动作理学重要的基础理论。它主要包括静息电位和动作电位两部分电位两部分 22生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024一、静息电位及其产生机制（一）静息电位的概念（一）静息电位的概念v静息电位（静息电位（resting potential，RP）是指细胞）是指细胞处于静息状态下，细胞膜两侧存在的电位差。它是处于静息状态下，细胞膜两侧存在的电位差。它是一切生物电产生或变化的基础。一切生物电产生或变化的基础。23生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024v机体细胞静息时膜两侧的电荷都是呈内负外正的分布。生理机体细胞静息时膜两侧的电荷都是呈内负外正的分布。生理学中，通常规定膜外电位为学中，通常规定膜外电位为0，则膜内电位值就是负值了。，则膜内电位值就是负值了。v静息电位的大小通常只看静息电位负值的绝对值，如从静息电位的大小通常只看静息电位负值的绝对值，如从70mv变化到变化到90mv称为静息电位的增大，反之为变小。称为静息电位的增大，反之为变小。v静息电位时细胞膜两侧内正外负的状态称为极化。静息电位时细胞膜两侧内正外负的状态称为极化。v而把细胞膜两侧内负外正的状态称为反极化。而把细胞膜两侧内负外正的状态称为反极化。v静息电位的增大为超极化。静息电位的增大为超极化。v静息电位的减小称为去极化。静息电位的减小称为去极化。v细胞去极化后向着静息电位的方向恢复称为复极化。细胞去极化后向着静息电位的方向恢复称为复极化。超极化时细胞膜两侧的电位差变大，表示细胞抑制；而去极化时细胞膜两侧的电位差变小，表示细胞兴奋。24生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024（二）静息电位的产生机制（二）静息电位的产生机制1静息电位产生的前提条件静息电位产生的前提条件 v静息电位的产生主要与细胞内外离子的分布不均和静息电位的产生主要与细胞内外离子的分布不均和细胞膜对离子的通透性不同有关，即静息电位的产细胞膜对离子的通透性不同有关，即静息电位的产生两个前提条件：生两个前提条件：细胞内外离子分布不均，即存在浓度差，在安静状态时，在膜内的K+浓度是膜外的30倍，而Na+在膜外的浓度是膜内的12倍左右；细胞膜在不同的状态下对离子的通透性不同，安静状态下，细胞膜主要对K+通透性较大，对Na+、Cl-通透性很小，而对蛋白质负离子不通透。25生理学基础知识专题讲座报告7/8/20242静息电位的产生机制静息电位的产生机制 v安静状态时，细胞膜内外存在安静状态时，细胞膜内外存在K+的浓度差，并且的浓度差，并且细胞膜对细胞膜对K+的通透性大，因此的通透性大，因此K+在浓度差的驱使在浓度差的驱使下，从细胞膜内向细胞膜外扩散，即下，从细胞膜内向细胞膜外扩散，即K+外流。外流。v带正电荷的带正电荷的K+外流时肯定会吸引带负电荷的蛋白外流时肯定会吸引带负电荷的蛋白质同行，但此时的细胞膜对大分子的蛋白质没有通质同行，但此时的细胞膜对大分子的蛋白质没有通透性，所以这些蛋白质分子会被阻隔在细胞膜内表透性，所以这些蛋白质分子会被阻隔在细胞膜内表面，而外流的面，而外流的K+在蛋白质分子的吸引下排列在膜在蛋白质分子的吸引下排列在膜的外表面，形成了内负外正的电位差。的外表面，形成了内负外正的电位差。v可见，可见，K+外流是静息电位形成的基础。外流是静息电位形成的基础。26生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024v实验所述，静息电位是一个稳定的电位差，即实验所述，静息电位是一个稳定的电位差，即K+外流最终外流最终会达到平衡。会达到平衡。因为K+逐渐外流，它会形成的内负外正的电场力，而这种电场力会阻止带正电荷的K+向外流，随着K+逐渐外流，浓度差会逐渐减弱，而电场力会逐渐增强，当促使K+外流的浓度差形成的扩散动力与阻止K+外流的电场力达到平衡时，K+外流停止，K+的净通量等于零，即达到稳定的静息电位。由此可见，静息电位主要是K+外流达到平衡时的电位，所以又称为K+的平衡电位。v静息电位的大小，主要由细胞内外静息电位的大小，主要由细胞内外K+的浓度决定。的浓度决定。通常，细胞内的K+浓度变动很小，因此造成细胞内外K+浓度差改变的主要是细胞外的K+浓度。如细胞外K+增高，会使细胞内外K+浓度差减小，从而使K+外流的动力减小，K+外流减少，最终导致静息电位减小。27生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024二、动作电位及其产生机制二、动作电位及其产生机制（一）动作电位的概念（一）动作电位的概念v动作电位（动作电位（action potential，AP）是指可兴）是指可兴奋细胞在受到有效刺激后，在静息电位的基础上，奋细胞在受到有效刺激后，在静息电位的基础上，细胞膜产生的一次快速的可传播的电位变化。细胞膜产生的一次快速的可传播的电位变化。v动作电位和静息电位不同，是一个电位连续变化的动作电位和静息电位不同，是一个电位连续变化的过程，动作电位是细胞兴奋的标志。过程，动作电位是细胞兴奋的标志。28生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024（二）动作电位的（二）动作电位的形成过程形成过程v在给神经纤维一在给神经纤维一次有效的刺激后，次有效的刺激后，示波器上会显示示波器上会显示出一个动作电位出一个动作电位的波形，即在受的波形，即在受刺激局部的细胞刺激局部的细胞膜上产生了一次膜上产生了一次快速的，连续的快速的，连续的电位变化。该电电位变化。该电位变化主要由两位变化主要由两部分构成：锋电部分构成：锋电位和后电位。位和后电位。29生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024（三）动作电位的产生机制（三）动作电位的产生机制l去极化过程去极化过程 v当细胞受到刺激时，使受刺激的局部细胞膜上少量当细胞受到刺激时，使受刺激的局部细胞膜上少量Na+通道开放，此通道开放，此时时Na+会顺着浓度差少量内流，引起细胞膜去极化，当去极化达到某会顺着浓度差少量内流，引起细胞膜去极化，当去极化达到某一程度时，膜上大量一程度时，膜上大量Na+通道开放，于是细胞外的大量通道开放，于是细胞外的大量Na+顺浓度差顺浓度差和电位差向细胞内迅速扩散，导致膜内负电位减小，直至膜内电位比和电位差向细胞内迅速扩散，导致膜内负电位减小，直至膜内电位比膜外高，形成内正外负的反极化状态。膜外高，形成内正外负的反极化状态。v当促使当促使Na+内流的浓度差和阻止内流的浓度差和阻止Na+内流的电位差，这两种拮抗力量内流的电位差，这两种拮抗力量相等时，相等时，Na+的净内流停止，此时膜电位达到峰值。的净内流停止，此时膜电位达到峰值。v因此，可以说动作电位的峰值相当于因此，可以说动作电位的峰值相当于Na+内流所形成的电内流所形成的电-化学平衡电化学平衡电位。位。30生理学基础知识专题讲座报告7/8/20242复极化过程复极化过程 v当膜电位达到峰值时，细胞膜的当膜电位达到峰值时，细胞膜的Na+通道迅速关闭，而通道迅速关闭，而K+通道开放，通道开放，于是细胞内的于是细胞内的K+顺浓度差向细胞外扩散，导致膜内负电位增大，直至顺浓度差向细胞外扩散，导致膜内负电位增大，直至恢复到静息时的数值。恢复到静息时的数值。v如此一来，一部分如此一来，一部分Na+在去极化中扩散到细胞内，并有一部分在去极化中扩散到细胞内，并有一部分K+在复在复极过程中扩散到细胞外。这样就激活了极过程中扩散到细胞外。这样就激活了Na+K+依赖式依赖式 ATP酶即酶即Na+K+泵，于是钠泵加速运转，将胞内多余的泵，于是钠泵加速运转，将胞内多余的Na+泵出胞外，同泵出胞外，同时把胞外增多的时把胞外增多的K+泵进胞内，以恢复静息状态的离子分布，保持细胞泵进胞内，以恢复静息状态的离子分布，保持细胞的正常兴奋性。的正常兴奋性。31生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024APAP上升支上升支APAP下降支下降支32生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024（四）动作电位的特点（四）动作电位的特点1“全或无全或无”现象现象 动作电位一旦产生就会达到锋值，其幅度不会随着刺激的增强而增大，即动作电位要么不产生（无），一旦产生就会达到最大值（全）。2不衰减性传导不衰减性传导 动作电位一旦在细胞的某一局部产生，就会以非常快的速度向整个细胞膜扩布，其幅度不会随着传导的距离延长而减小。3脉冲式脉冲式 动作电位不会发生重合或者叠加，它们之间总会存在着一定的间隔而形成有规律的脉冲样图形，这是因为不应期的存在而形成的。33生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024三、兴奋的引起及传导（一）兴奋的引起（一）兴奋的引起当细胞受到刺激时，首先是受刺激局部的细胞膜上少量的Na+通道开放，引起少量的Na+内流，使细胞膜缓慢的去极化，只有当膜去极化达到某一电位值时，才会使大量Na+通道激活，从而引起Na+大量内流，使细胞膜快速去极化，形成动作电位的上升支，即细胞兴奋。v我们把能使细胞膜上我们把能使细胞膜上Na+通道大量开放的临界膜电位称为通道大量开放的临界膜电位称为阈电位（阈电位（threshold potential，TP）。）。v静息电位去极化达到阈电位水平是产生动作电位的必要条静息电位去极化达到阈电位水平是产生动作电位的必要条件。件。阈电位的数值通常比静息电位小1020mV。v一般来说，细胞兴奋性的高低与静息电位和阈电位的差值一般来说，细胞兴奋性的高低与静息电位和阈电位的差值呈反比的关系，即两者的差距越大，细胞越难兴奋，兴奋呈反比的关系，即两者的差距越大，细胞越难兴奋，兴奋性就越低，而两者的差距越小，细胞越易兴奋，兴奋性就性就越低，而两者的差距越小，细胞越易兴奋，兴奋性就越高。越高。34生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024v如果刺激造成的电位变化达不到阈电位水平，细胞如果刺激造成的电位变化达不到阈电位水平，细胞就不能产生动作电位，仅仅只在受刺激局部的细胞就不能产生动作电位，仅仅只在受刺激局部的细胞膜产生一种幅度较小的去极化反应，我们把这种称膜产生一种幅度较小的去极化反应，我们把这种称之为局部反应（之为局部反应（local response），通常由阈下），通常由阈下刺激引起。刺激引起。v局部反应的特点：局部反应的特点：不是“全或无”式的，局部反应的大小可随阈下刺激的增强而增大可以总和电位幅度小呈衰减性传导，其幅度能随着传播的距离而逐渐衰减，甚至消失。35生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024（二）兴奋的传导（二）兴奋的传导v动作电位（即兴奋）一旦在细胞动作电位（即兴奋）一旦在细胞膜上某一点产生，就会沿着细胞膜上某一点产生，就会沿着细胞膜传播，直到整个细胞膜都产生膜传播，直到整个细胞膜都产生动作电位，这种动作电位在同一动作电位，这种动作电位在同一个细胞膜上的传播称为传导。个细胞膜上的传播称为传导。v在神经纤维上传导的动作电位称在神经纤维上传导的动作电位称为神经冲动。如果动作电位在两为神经冲动。如果动作电位在两个细胞之间的传播则称为传递。个细胞之间的传播则称为传递。有髓鞘的神经纤维上：跳跃式传导有髓鞘的神经纤维上：跳跃式传导 在无髓鞘的神经纤维上：局部电流在无髓鞘的神经纤维上：局部电流 36生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024四、细胞兴奋后兴奋性的变化v当细胞受到有效当细胞受到有效刺激产生兴奋时，刺激产生兴奋时，细胞的兴奋性将细胞的兴奋性将发生一系列有规发生一系列有规律的周期性变化，律的周期性变化，依次为：依次为：绝对不应期相对不应期超常期低常期37生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024第四节第四节 肌细胞的收缩功能肌细胞的收缩功能v人人体体内内的的肌肌细细胞胞有有三三类类：骨骨骼骼肌肌、平平滑滑肌肌和和心心肌肌。人人体体各各种种不不同同形形式式的的运运动动都都依依赖赖肌肌细细胞胞的的收收缩缩来来完完成成。如如肢肢体体运运动动和和姿姿势势的的维维持持是是骨骨骼骼肌肌收收缩缩的的结结果果，心心脏脏的的射射血血是是心心肌肌收收缩缩的的结结果果，胃胃肠肠道道等等内内脏脏器器官官的的运运动动则则是是平平滑滑肌收缩完成的。肌收缩完成的。38生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024一、神经肌接头处的兴奋传递（一）神经（一）神经-肌接头的结构肌接头的结构39生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024v运动神经纤维在到达骨骼肌细胞时，其末梢失去髓鞘，嵌入骨骼肌细运动神经纤维在到达骨骼肌细胞时，其末梢失去髓鞘，嵌入骨骼肌细胞膜，靠近肌细胞膜的轴突末梢为接头前膜，而与接头前膜相对应的胞膜，靠近肌细胞膜的轴突末梢为接头前膜，而与接头前膜相对应的肌细胞膜为接头后膜，又称终板膜。肌细胞膜为接头后膜，又称终板膜。v终板膜非常有规则的向细胞膜内陷，形成许多皱褶，从而扩大了接触终板膜非常有规则的向细胞膜内陷，形成许多皱褶，从而扩大了接触面积，有利于兴奋的传递。接头前膜与接头后膜之间有一个充满细胞面积，有利于兴奋的传递。接头前膜与接头后膜之间有一个充满细胞外液的间隙，即为接头间隙。外液的间隙，即为接头间隙。v在轴突末梢的轴浆中，存在着大量的囊泡，囊泡中含有大量的乙酰胆在轴突末梢的轴浆中，存在着大量的囊泡，囊泡中含有大量的乙酰胆碱（碱（Ach）；而在终板膜上存在着一种特殊受体（）；而在终板膜上存在着一种特殊受体（N2-R），能与乙酰），能与乙酰胆碱发生特异性结合，另外还有大量的胆碱酯酶，胆碱酯酶的主要作胆碱发生特异性结合，另外还有大量的胆碱酯酶，胆碱酯酶的主要作用就是水解和用就是水解和N2-R结合后的乙酰胆碱。结合后的乙酰胆碱。40生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024（二）神经（二）神经-肌接头兴奋传递的过程肌接头兴奋传递的过程神经纤维动作电位神经纤维动作电位接头前膜去极化接头前膜去极化 电压门控钙通道开放电压门控钙通道开放 囊泡与接头前膜融合、囊泡与接头前膜融合、AChACh释放释放CaCa2+2+进入神经末梢进入神经末梢 AChACh结合并激活结合并激活AChACh受体通道受体通道 终板膜对终板膜对NaNa、K K 通透性通透性终板终板电位电位 肌膜动作电位肌膜动作电位41生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024（三）神经（三）神经-肌接头兴奋传递的特征肌接头兴奋传递的特征v1化学性传递化学性传递v2单向传递单向传递 v3时间延搁时间延搁v4易受药物和环境因素的影响易受药物和环境因素的影响42生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024二、骨骼肌的微细结构与收缩机制（一）骨骼肌的微细结构（一）骨骼肌的微细结构1肌原纤维和肌小节肌原纤维和肌小节v肌细胞内含有大量的肌原纤维，它们平行排列，贯肌细胞内含有大量的肌原纤维，它们平行排列，贯穿整个肌细胞。穿整个肌细胞。v肌小节指的是相邻两条肌小节指的是相邻两条Z线之间的一段肌原纤维，线之间的一段肌原纤维，由中间的暗带和两侧各由中间的暗带和两侧各1/2的明带组成。肌小节的明带组成。肌小节是肌肉的基本结构和功能单位。是肌肉的基本结构和功能单位。v肌肉的收缩或舒张就是肌小节的缩短或延长。肌肉的收缩或舒张就是肌小节的缩短或延长。43生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024v肌小节是由粗肌丝和细肌丝组成的。肌小节是由粗肌丝和细肌丝组成的。44生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024v粗肌丝是由肌凝（球）蛋白组成粗肌丝是由肌凝（球）蛋白组成的。的。v肌凝蛋白是由杆状的主干和球状肌凝蛋白是由杆状的主干和球状的头部形成的。的头部形成的。在形成粗肌丝时，肌凝蛋白的杆部横向会聚并朝向M线，形成粗肌丝的主干，而肌凝蛋白的头部，则有规律地突出在M线两侧的粗肌丝主干表面，形成横桥（cross bridge）。横桥具有两个特性：其一，具有ATP酶的活性，当横桥与细肌丝结合时被激活，可以分解ATP释放能量；其二，存在着与细肌丝可逆性结合的位点。45生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024v细肌丝由肌纤蛋白（肌动蛋白）、原肌凝蛋白和肌细肌丝由肌纤蛋白（肌动蛋白）、原肌凝蛋白和肌钙蛋白组成。钙蛋白组成。肌纤蛋白构成细肌丝的主干，由两条球形的肌纤蛋白单体形成双螺旋结构，其上有许多能与横桥结合的位点。原肌凝蛋白呈螺旋状与肌纤蛋白伴行，正好掩盖肌纤蛋白上能与横桥结合的位点，阻止横桥与细肌丝的结合。肌钙蛋白呈小球状，与Ca2+有很强的亲和力。当肌钙蛋白与Ca2+结合后，其构型会发生改变，牵拉着原肌凝蛋白发生位移，结合位点暴露，位阻效应解除。46生理学基础知识专题讲座报告7/8/20242肌管系统肌管系统 v指围绕在肌原纤维周围的囊管状膜性结构，一共有指围绕在肌原纤维周围的囊管状膜性结构，一共有两种。两种。横管系统，其走形方向与肌原纤维垂直，是由肌细胞膜向细胞内凹陷形成的，其管腔与细胞外液相同，它的作用是将肌细胞的动作电位沿着横管膜传入细胞内部；纵管系统（即肌质网），其走形方向与肌原纤维平行，相互连成网，并在靠近肌小节两端处形成膨大，即终池，内含大量的Ca2+，其作用是贮存、释放，再摄取Ca2+。一条横管和两侧的终池称为三联体，它是把肌细胞的兴奋和收缩连接起来的关键部位。47生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024（二）骨骼肌的收缩机制（二）骨骼肌的收缩机制-肌丝滑行学说肌丝滑行学说v肌丝滑行学说肌丝滑行学说当肌细胞质中Ca2+浓度升高到一定的程度时，Ca2+与肌钙蛋白结合，使其发生构型的改变，从而牵拉原肌凝蛋白发生位移，暴露出肌纤蛋白上的结合位点，使得横桥与肌纤蛋白结合，一旦这两者结合，激活横桥上的ATP酶，分解ATP释放能量，使横桥扭动，细肌丝向着M线的方向滑行。完成一次扭动后，横桥与肌纤蛋白分开，再与肌纤蛋白的下一个结合位点结合，重复上述过程，使肌小节逐渐缩短，肌细胞收缩。48生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024细肌丝向粗肌丝滑行细肌丝向粗肌丝滑行横桥头部发生变构并摆动横桥头部发生变构并摆动 处于高势能状态的横桥与处于高势能状态的横桥与肌动蛋白结合肌动蛋白结合原肌球蛋白变构，暴露出原肌球蛋白变构，暴露出肌动蛋白上的活化位点肌动蛋白上的活化位点CaCa2+2+与肌钙蛋白结合与肌钙蛋白结合终池膜上的钙通道开放终池膜上的钙通道开放终池内的终池内的CaCa2+2+进入胞质进入胞质肌节缩短肌节缩短 49生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024v骨骼肌的收缩实质上是肌小节的缩短，准确的说是细肌丝骨骼肌的收缩实质上是肌小节的缩短，准确的说是细肌丝向着粗肌丝的向着粗肌丝的M线方向滑行的结果。线方向滑行的结果。v在肌丝滑行的过程中，肌动蛋白和肌纤蛋白直接参与肌肉在肌丝滑行的过程中，肌动蛋白和肌纤蛋白直接参与肌肉的收缩，称之为收缩蛋白，原肌凝蛋白和肌钙蛋白虽然不的收缩，称之为收缩蛋白，原肌凝蛋白和肌钙蛋白虽然不直接参与肌细胞的收缩，但对收缩的过程有着调控作用，直接参与肌细胞的收缩，但对收缩的过程有着调控作用，所以称之为调节蛋白。所以称之为调节蛋白。50生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024三、骨骼肌的兴奋收缩耦联v肌细胞的兴奋和肌细胞的收缩连接起来的过程称为肌细胞的兴奋和肌细胞的收缩连接起来的过程称为兴奋兴奋-收缩耦联。收缩耦联。v其基本过程如下：其基本过程如下：肌细胞兴奋，其动作电位沿横管系统传入肌细胞深部到达三联体，动作电位的刺激使终池两侧电压改变，终池膜上的钙通道开放，Ca2+顺浓度差进入到肌细胞的胞质中，一旦胞质中的Ca2+浓度升高，Ca2+立刻与肌钙蛋白结合，引发肌丝滑行过程，从而引起肌细胞的收缩。51生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024v肌细胞收缩时释放到胞质中的肌细胞收缩时释放到胞质中的Ca2+可激活终池膜上的钙泵，在钙泵的作用下，可激活终池膜上的钙泵，在钙泵的作用下，Ca2+可以逆浓度差重新摄入终池，贮备起来以备下次使用。胞质中可以逆浓度差重新摄入终池，贮备起来以备下次使用。胞质中Ca2+减少减少后，肌钙蛋白与后，肌钙蛋白与Ca2+分离，就会引起肌细胞的舒张。分离，就会引起肌细胞的舒张。v归纳起来骨骼肌兴奋归纳起来骨骼肌兴奋-收缩耦联的过程包括三个步骤：收缩耦联的过程包括三个步骤：肌膜上的动作电位经肌膜上的动作电位经过横管膜到达三联体；过横管膜到达三联体；三联体处的信息传递；三联体处的信息传递；终池对终池对Ca2+的释放、再摄的释放、再摄取、贮存。取、贮存。52生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024四、骨骼肌收缩的外部表现及其影响因素v骨骼肌的主要功能是收缩，肌肉收缩指的是肌肉的骨骼肌的主要功能是收缩，肌肉收缩指的是肌肉的长度缩短或肌肉的张力增加。长度缩短或肌肉的张力增加。肌肉收缩的外部表现根据肌肉长度和张力的变化表现为等长收缩或等张收缩；根据肌肉受刺激的频率的变化，可分为单收缩或强直收缩。53生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024（一）等长收缩和等张收缩图（一）等长收缩和等张收缩图1等长收缩等长收缩 等长收缩指肌肉收缩时张力增加而长度不变。等长收缩主要生理意义是维持人体姿势。2等张收缩等张收缩 等张收缩指肌肉收缩时长度缩短而张力不变。等张收缩的主要生理意义是使物体发生位移，完成肌肉做功。v人体骨骼肌的收缩大多情况下是混合式的，既有张力的增人体骨骼肌的收缩大多情况下是混合式的，既有张力的增加又有长度的缩短，并且一般是张力增加在前，长度缩短加又有长度的缩短，并且一般是张力增加在前，长度缩短在后，即当肌肉开始收缩时，首先是肌张力的增加，当肌在后，即当肌肉开始收缩时，首先是肌张力的增加，当肌张力增加到等于或超过负荷时，肌肉才会出现长度缩短。张力增加到等于或超过负荷时，肌肉才会出现长度缩短。54生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024（二）单收缩和强直收缩（二）单收缩和强直收缩1单收缩单收缩 v单收缩（单收缩（single twitch）指肌肉受到一次刺激，引起一）指肌肉受到一次刺激，引起一次收缩。次收缩。2强直收缩强直收缩 v强直收缩（强直收缩（tetanus）指肌肉受到连续刺激时，骨骼肌处）指肌肉受到连续刺激时，骨骼肌处于持续的收缩状态，产生的单收缩的复合。于持续的收缩状态，产生的单收缩的复合。若连续刺激的频率较低，后一刺激落在前一次肌收缩周期的舒张期内，记录到的曲线呈锯齿状，称为不完全性强直收缩。若连续刺激的频率较高，后一刺激落在前一次肌收缩周期的收缩期内，记录到的曲线呈一直线称为完全性强直收缩。55生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024（三）影响骨骼肌收缩的因素（三）影响骨骼肌收缩的因素1前负荷前负荷 v前负荷（前负荷（preload）指肌肉收缩前所承受的负荷。）指肌肉收缩前所承受的负荷。肌肉的初长度是指肌肉收缩前在前负荷作用下的长度。在其他条件不变的情况下，逐渐增加肌肉的前负荷，肌肉的初长度也会增长，在一定范围内肌张力和初长度呈正相关。但是超出某一范围后，肌张力和初长度呈反变的关系。56生理学基础知识专题讲座报告7/8/20242后负荷后负荷 v后负荷（后负荷（afterload）指肌肉开始收缩时所承受的负荷，）指肌肉开始收缩时所承受的负荷，它是肌肉收缩时受到的阻力。它是肌肉收缩时受到的阻力。后负荷与肌肉收缩产生的张力呈正变的关系，而与肌肉缩短的速度和长度呈反变的关系。人体骨骼肌的收缩大多情况下是混合式的，就是说既有张力的增加又有长度的缩短，并且一般是张力增加在前，长度缩短在后，即当肌肉开始收缩时，首先是肌张力的增加，当肌张力增加到等于或超过负荷时，肌肉才会出现缩短。3肌肉收缩能力肌肉收缩能力 v肌肉收缩能力（肌肉收缩能力（contractility）指与前、后负荷无关的肌）指与前、后负荷无关的肌肉本身的功能状态和内在的收缩特性。肉本身的功能状态和内在的收缩特性。57生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024本本 章章 小小 结结骨骼肌的微细结构和收缩机制：肌小节骨骼肌的微细结构和收缩机制：肌小节 肌丝滑行学说肌丝滑行学说细胞的生物电现象细胞的生物电现象肌细胞的收肌细胞的收缩功能缩功能细胞的跨膜信号转导细胞的跨膜信号转导细胞的细胞的基本功基本功能能细胞膜的物质转运功能细胞膜的物质转运功能单纯扩散单纯扩散 出胞和入胞出胞和入胞易化扩散易化扩散 主动转运主动转运 静息电位静息电位 动作电位动作电位 神经神经-肌肉接头兴奋的传递肌肉接头兴奋的传递骨骼肌收缩的外部表现及其影响因素骨骼肌收缩的外部表现及其影响因素兴奋兴奋-收缩耦联收缩耦联58生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024思考与训练思考与训练v1细胞膜的跨膜转运有哪几种？各有什么特点？(请点击)v2什么是受体？有什么特点？(请点击)v3简述静息电位的产生机制和动作电位产生的条件。(请点击)v4简述神经-肌接头处的兴奋传递过程。(请点击)59生理学基础知识专题讲座报告7/8/20241细胞膜的跨膜转运有哪几种？各有什么特点？v细胞膜的跨膜转运有四种方式：单纯扩散，易化扩散，主动转运，出胞和入胞。单纯扩散的特点：转运脂溶性的小分子物质；无蛋白质参与；顺浓度差易化扩散的特点：转运水溶性的小分子物质；有蛋白质参与；顺浓度差主动转运的特点：转运小分子物质；有蛋白质参与；逆浓度差出胞和入胞的特点：转运大分子物质；耗能60生理学基础知识专题讲座报告7/8/20242什么是受体？有什么特点？v凡是能与信号分子特异性结合，并引发细胞发生特定生理效应的特殊蛋白质称为受体（receptor）。v受体具有以下特征：特异性，受体只能与特定的化学物质结合，使信息传递准确、可靠；饱和性，膜受体的数量是有限的，所以它与化学物质结合的能力也是有限的；可逆性，化学物质与受体的结合是可逆的，既能结合又能分离。61生理学基础知识专题讲座报告7/8/20243简述静息电位的产生机制和动作电位产生的条件。v静息电位的产生是因K+外流造成的。具体详述见正文。v动作电位的产生两个前提条件：一是细胞内外离子分布不均，即存在浓度差，在膜内的K+浓度是膜外的30倍，而Na+在膜外的浓度是膜内的12倍左右；其二是细胞膜在不同的状态下对离子的通透性不同，当细胞受到刺激时，细胞膜主要对Na+通透性较大。62生理学基础知识专题讲座报告7/8/20244、简述神经-肌接头处的兴奋传递过程。v当运动神经纤维有神经冲动下传时，轴突末梢会发生去极化，使接头前膜的钙通道开放，此时细胞外液中的Ca2+顺浓度差扩散到轴突末梢内，立即触发大量囊泡向着接头前膜的方向运动，直至与接头前膜融合破裂，此时囊泡中的Ach会释放进入接头间隙，并扩散，最终会与接头后膜的N2-R结合，使接头后膜上的钠通道和钾通道开放，出现Na+内流和K+外流，其中主要是Na+内流，从而引起终板膜发生去极化，产生终板电位（end-plate potential）。终板电位是一种局部电位，随着Ach与N2-R不断的结合而产生叠加。一旦终板电位使邻近的肌膜去极化达到阈电位水平，立即爆发动作电位，引起肌细胞兴奋，至此完成了神经-肌接头的兴奋传递。63生理学基础知识专题讲座报告7/8/2024