生物电及其产生机制培训课件

生物电及其产生机制生物电及其产生机制生生 物物 电电2生物电及其产生机制生生 物物 电电电电 鳗鳗3生物电及其产生机制心心 电电 图图4生物电及其产生机制脑脑 电电 图图5生物电及其产生机制生物电的概念生物电的概念v生物体的生命活动过程中表现出电现象：生物体的生命活动过程中表现出电现象：安静状态时的生物电安静状态时的生物电安静状态时的生物电安静状态时的生物电 活动状态时的生物电活动状态时的生物电活动状态时的生物电活动状态时的生物电静息电位静息电位(resting potential,RP)(resting potential,RP)动作电位动作电位(action potential,AP)(action potential,AP)6生物电及其产生机制静息电位及其产生机制静息电位及其产生机制7生物电及其产生机制静息电位的记录静息电位的记录ABABAB8生物电及其产生机制静息电位静息电位（resting potential,RP）细胞在静息时，存在于质膜两侧的电位差。细胞在静息时，存在于质膜两侧的电位差。细胞在静息时，存在于质膜两侧的电位差。细胞在静息时，存在于质膜两侧的电位差。静息电位的定义静息电位的定义不同细胞的不同细胞的RP骨骼肌细胞：骨骼肌细胞：-90-90神经细胞：神经细胞：-70-70平滑肌细胞：平滑肌细胞：-55-55红细胞：红细胞：-10-10特点：特点：(1)绝大多数细胞的绝大多数细胞的RP是稳定的是稳定的(2)其数值在其数值在-10-100(mV)9生物电及其产生机制静息电位产生的机制静息电位产生的机制Na+-145-18K+-3-140Cl-120-7Ca2+-1.2-0.00011.1.各种离子的不均衡分布各种离子的不均衡分布 （mmol/L）10生物电及其产生机制11生物电及其产生机制静息电位产生的机制静息电位产生的机制2.2.静息时膜主要对静息时膜主要对K K+有通透性有通透性12生物电及其产生机制电化学驱动力电化学驱动力动力动力：浓度差浓度差阻力阻力阻力阻力：电位差电位差浓度差浓度差 +电位差电位差 =电化学驱动力电化学驱动力电化学驱动力电化学驱动力 =0，平衡电位，平衡电位13生物电及其产生机制静息电位机制概括静息电位机制概括+-外外内内结伴而行结伴而行 隔膜相吸隔膜相吸K+A-14生物电及其产生机制Nernst公式：公式：E EX X=XX+0 0XX+i iRTRTZFZF ln ln 可简化为：可简化为：XX+0 0XX+i iEX=60 lg 平衡电位的计算平衡电位的计算R R：气体常数，气体常数，T T：绝对温度，绝对温度，F F：法拉第常数，法拉第常数，Z Z：原子价，原子价，XX+o o和和XX+i i为膜内外侧的离子浓度。为膜内外侧的离子浓度。当当X X+为单价离子，温度为为单价离子，温度为29.229.2，自然对数转化为常用对数：，自然对数转化为常用对数：15生物电及其产生机制K+平衡电位和静息电位的关系平衡电位和静息电位的关系1.静息电位总是接近于静息电位总是接近于K+平衡电位；平衡电位；2.K+通道的拮抗剂可以几乎全部抑制通道的拮抗剂可以几乎全部抑制静息电位静息电位16生物电及其产生机制K+平衡电位和静息电位的关系平衡电位和静息电位的关系KK+0 0KK+i iEK=60 lg -100 mVRP-80 mV17生物电及其产生机制静息电位的影响因素静息电位的影响因素1.1.1.1.细胞外细胞外细胞外细胞外K K K K+的浓度的浓度的浓度的浓度K+oK+i胞外胞外K K+浓度浓度，膜电位负值，膜电位负值，即，即RPRPE EK K(mV)(mV)630530430330230130135细胞外细胞外细胞外细胞外K K K K+的浓度的浓度的浓度的浓度，RP?RP?RP?RP?18生物电及其产生机制静息电位的影响因素静息电位的影响因素2.2.2.2.膜对离子的通透性膜对离子的通透性膜对离子的通透性膜对离子的通透性膜对膜对膜对膜对K K K K+通透性通透性通透性通透性，静息电位，静息电位，静息电位，静息电位膜对膜对膜对膜对NaNaNaNa+通透性通透性通透性通透性，静息电位，静息电位，静息电位，静息电位19生物电及其产生机制静息电位的影响因素静息电位的影响因素3.3.3.3.钠泵的活动钠泵的活动钠泵的活动钠泵的活动3Na+2 K+外外内内正电荷出正电荷出正电荷出正电荷出3 3入入入入2 2钠泵活动钠泵活动钠泵活动钠泵活动，静息电位，静息电位，静息电位，静息电位 胞内高胞内高胞内高胞内高K K K K+胞外高胞外高胞外高胞外高NaNaNaNa+膜的超极化膜的超极化膜的超极化膜的超极化20生物电及其产生机制动作电位及其动作电位及其动作电位及其动作电位及其产生机制产生机制产生机制产生机制21生物电及其产生机制动作电位（动作电位（APAP）在在RPRP基础上，给细胞一个适当的刺激，产生一个基础上，给细胞一个适当的刺激，产生一个可传播的膜电位波动。可传播的膜电位波动。22生物电及其产生机制去极化去极化去极化去极化复极化复极化复极化复极化23生物电及其产生机制单细胞单细胞APAP的特点：的特点：1.1.1.1.全或无全或无全或无全或无 2.AP 2.AP 2.AP 2.AP产生后，可向周围传播产生后，可向周围传播产生后，可向周围传播产生后，可向周围传播 3.3.3.3.不衰减传导不衰减传导不衰减传导不衰减传导 4.AP 4.AP 4.AP 4.AP的传播范围和距离与原刺激的强度无关的传播范围和距离与原刺激的强度无关的传播范围和距离与原刺激的强度无关的传播范围和距离与原刺激的强度无关24生物电及其产生机制动作电位的产生机制动作电位的产生机制APAP上升支上升支APAP下降支下降支25生物电及其产生机制NaNa+内流的动力内流的动力：膜内外电膜内外电-化学驱动力化学驱动力NaNa+的平衡电位的平衡电位：根据根据根据根据NernstNernstNernstNernst公式计算公式计算公式计算公式计算:E ENaNa+=60 lg=60 lgNa+oNa+i=60 lg(10/1)=60 mV=60 lg(10/1)=60 mV27生物电及其产生机制 AP上升支由上升支由Na内流形成，不耗能内流形成，不耗能 下降支是下降支是K外流形成的外流形成的 后电位是后电位是NaK泵活动引起的，耗能泵活动引起的，耗能 AP为为Na的平衡电位，应用的平衡电位，应用Na通道特异性阻断剂通道特异性阻断剂河豚毒后，内向电流全部消失（河豚毒后，内向电流全部消失（AP消失）。消失）。结结结结 论论论论28生物电及其产生机制动作电位的传导动作电位的传导动作电位的传导动作电位的传导在无髓神经纤维上传导在无髓神经纤维上传导局部电流局部电流：兴奋段与未兴奋段的电位差引起电荷移动29生物电及其产生机制多米诺骨牌多米诺骨牌多米诺骨牌多米诺骨牌30生物电及其产生机制动作电位的传导动作电位的传导动作电位的传导动作电位的传导在有髓神经纤维上传导在有髓神经纤维上传导跳跃式跳跃式传导传导 优点优点：传导快，节能31生物电及其产生机制动作电位在单个细胞传导的特点动作电位在单个细胞传导的特点1.生理完整性生理完整性 2.双向性双向性 3.相对不疲劳性相对不疲劳性 4.绝缘性绝缘性5.不衰减性不衰减性32生物电及其产生机制动作电位在不同细胞间的传导动作电位在不同细胞间的传导v缝隙连接缝隙连接缝隙连接缝隙连接 神经、心肌、肝脏33生物电及其产生机制可兴奋性细胞和兴奋性可兴奋性细胞和兴奋性可兴奋性细胞和兴奋性可兴奋性细胞和兴奋性可兴奋组织可兴奋组织可兴奋组织可兴奋组织 神经、肌肉和腺体神经、肌肉和腺体刺激：刺激：刺激：刺激：引起组织、细胞发生反应的内外环境变化。引起组织、细胞发生反应的内外环境变化。三个要素：三个要素：三个要素：三个要素：（1）刺激强度刺激强度 （2）持续时间持续时间 （3）强度对时间的变化率强度对时间的变化率兴奋性兴奋性阈强度阈强度-134生物电及其产生机制局部兴奋的特征局部兴奋的特征（1）由阈下刺激引起）由阈下刺激引起（2）刺激依赖性）刺激依赖性：反应随刺激强度增大而增大，反应随刺激强度增大而增大，不是不是“全或无全或无”35生物电及其产生机制局部兴奋的特征局部兴奋的特征电紧张性扩布电紧张性扩布：不能远距扩布，只能在数十至数百微米扩布，不能远距扩布，只能在数十至数百微米扩布，不能远距扩布，只能在数十至数百微米扩布，不能远距扩布，只能在数十至数百微米扩布，产生紧张性电位。产生紧张性电位。产生紧张性电位。产生紧张性电位。总和反应（叠加）总和反应（叠加）：总和后产生AP 空间性总和空间性总和空间性总和空间性总和 时间性总和时间性总和时间性总和时间性总和 在神经元胞体和树突的功能活动中多见。在神经元胞体和树突的功能活动中多见。36生物电及其产生机制时间性总和时间性总和空间性总和空间性总和37生物电及其产生机制细胞兴奋后兴奋性的变化细胞兴奋后兴奋性的变化细胞兴奋后兴奋性的变化细胞兴奋后兴奋性的变化(激活激活)(失活失活)(关闭关闭)绝对不应期绝对不应期 (ARP)(ARP)：兴奋性几乎为零 相当于锋电位的发生时间 与钠通道失活有关相对不应期相对不应期 (RRP)(RRP)：兴奋性逐渐恢复低常期：低常期：兴奋性较正常轻度降低 相当于正后电位时期超常期：超常期：兴奋性较正常时轻度升高 相当于负后电位38生物电及其产生机制钠通道的钠通道的3 3种基本功能状态：种基本功能状态：(1)(1)激活状态：激活状态：激活状态：激活状态：通道开放，持续通道开放，持续通道开放，持续通道开放，持续1 12ms2ms；(2)(2)失活状态：失活状态：失活状态：失活状态：通道关闭，对刺激不产生即时反应，与通道关闭，对刺激不产生即时反应，与通道关闭，对刺激不产生即时反应，与通道关闭，对刺激不产生即时反应，与不应期有关，去极化消除后再有反应不应期有关，去极化消除后再有反应不应期有关，去极化消除后再有反应不应期有关，去极化消除后再有反应。(3)(3)备用备用备用备用/关闭状态：关闭状态：关闭状态：关闭状态：通道关闭，但对刺激有反应；通道关闭，但对刺激有反应；通道关闭，但对刺激有反应；通道关闭，但对刺激有反应；39生物电及其产生机制备用备用激活激活 失活失活40生物电及其产生机制41生物电及其产生机制