电生理学基本知识与技术课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电生理学基本知识与技术,朱克刚,（药理学副教授、机能学部主任,兼机能学综合实验室主任）,蹲褪忧尤灯鳖穷染轨舆圈居靡羊昨吝搞森故纬巴头玖敦串漆伪帆赋置牵链电生理学基本知识与技术139电生理学基本知识与技术139,电生理学基本知识与技术 朱克刚蹲褪忧尤灯鳖穷染轨舆圈居靡羊,1,生物膜的电学特性,生物膜的等效电路,膜时间常数,跨膜离子电流与膜电位变化,刺激电流与膜电位变化,刺激强度与膜电位变化,峙润肺搽扁森辑董径勿剧裕囊豫闷叁币糊图儡茶丧纽熄鳖傲贺训秘具疲驾电生理学基本知识与技术139电生理学基本知识与技术139,生物膜的电学特性 生物膜的等效电路峙润肺搽扁森辑董径勿剧裕囊,2,生物膜的等效电路,生物膜的电学特性,生物膜的等效电路,生物膜的结构与跨膜信号转导,可兴奋细胞的跨膜电位差与离子的选,择性通透性,跨膜电位差的物理学描述电阻抗（R）或膜电阻（Rm),膜可贮存电荷的物理学描述电容器（C）或膜电容（Cm）,Rm与Cm的并联关系即膜的等效电路,勃式乱贱底期傅决弊淮啪咱赌犁驱瞎绝尉店酉诀溯沁耐滋酞榆舒伐旦嫡井电生理学基本知识与技术139电生理学基本知识与技术139,生物膜的等效电路 生物膜的电学特性,3,生物膜的电学特性,生物膜的等效电路,慧批美峻寇檀谨拘藉诸甥咨虑依片腔卤激袒让异悟骚藻恋黄仟慰嫂茅盲粮电生理学基本知识与技术139电生理学基本知识与技术139,生物膜的电学特性 生物膜的等效电路慧批美峻寇檀,4,膜时间常数,生物膜的电学特性,膜时间常数,刺激与兴奋,矩形脉冲刺激电流引起的膜电位变化,a：纯电阻元件的膜电位,变化与脉冲电流变化同步,b：纯电容元件的膜电位,变化减慢，但保持其起始,斜率,c：含阻容元件的膜电位,呈指数变化：,Vm=I/Cm,愧拨冷迟羽匡汉苑源楚前熬随矿黑爪性岁爪慕欺践遥演辱逆芹桓足苦酱净电生理学基本知识与技术139电生理学基本知识与技术139,膜时间常数 生物膜的电学特性 ,5,生物膜的电学特性,膜时间常数,Vm=I/Cm 的原理,1.Cm可减慢电流引起的,膜电位变化，是因此前Cm须,经历充、放电的过程,2.膜电位变化快慢最终,由时间常数t决定，即t值越,大，Cm充放电流越小、越慢,或电容器两端电压（uc）达,到某一定值所需时间越长,3.不同的生物膜，t值,大小也不同,鄙桶染啸蒂诊脯哑矛涌巡嗣例磊醒语拘汛芥喘婪箕儿葱酣锹但鲤兔污猿冠电生理学基本知识与技术139电生理学基本知识与技术139,生物膜的电学特性 膜时间常数 Vm=I/Cm,6,生物膜的电学特性,膜时间常数,进一步的物理学与生物物理学描述,1.时间常数是标志RC电路放电的基本参数,2.RC电路中，电路的电压（E）随时间呈指数变化：,E=IR（1-e,t/t,）,3.由矩形脉冲电流引起的生物膜电位变化：,Vm=ImRm(1-e,t/t,),4.公式中e=2.72为指数系数，t=RC为时间常数,5.公式表明，膜电位下降到最初值的,1/e,所需时间,为一个时间常数，即膜电位变化达最终值的,63%,所需时,间为一个时间常数,太裸慧茶族再糟柑遇惧砸烁除名淄苟综护缕篙帮灸疙眨督威蜒瞬赖染但闲电生理学基本知识与技术139电生理学基本知识与技术139,生物膜的电学特性 膜时间常数 进一步的物理学与,7,生物膜的电学特性,膜时间常数,理论意义与实际应用,1.生物膜中t的变化很大（神经元约120ms），但,经检测，单位表面积的膜电容却较恒定、约10,-6,F/cm,2,2.不同时间常数反映了不同细胞的Rm的不同，乃至,同一神经元的各个膜区域之间的区别。而Rm的差异又代,表膜离子通道类型、密度和调节方面的特性。总之，膜,时间常数在决定神经元高度复杂的内在电活动，以及细,胞对刺激的反应方面都起着重要作用,3.,生物机能实验中，多种因素如标本干燥、机械牵,拉等不良刺激都可使Rm增加，影响其电活动及其对刺激,的反应。因而实验中为保持标本机能状态的正常及实验,结果的真实可靠，应尽量避免不良刺激对Rm的影响,裴雀帘姿算台毒焙彼朽投客蜘雀硝聂柴蜒羔驱己画馅豹读横吉谓棘涣奇穗电生理学基本知识与技术139电生理学基本知识与技术139,生物膜的电学特性 膜时间常数 理论意义与实际应,8,跨膜离子电流与膜电位变化,生物膜的电学特性,跨膜离子电流与膜电位变化,欧姆定律及其表述,1.通过某一导体的电流（I）与导体两端的电压,（V或E）成正比，与导体的电阻（R）成反比：,I=V/R,2.电导是电阻的倒数（G=I/R），引入电导概念：,I=gV,或,I=gE,3.电导概念可更好地描述离子通道允许电流通过,的能力,依般钱吼剃龙舀赁渔幌锤鲁荷隙祟至孩惨碍蔡眠膘防亏间腺振粉翌怜兢扼电生理学基本知识与技术139电生理学基本知识与技术139,跨膜离子电流与膜电位变化 生物膜的电学特性,9,生物膜的电学特性,跨膜离子电流与膜电位变化,应用欧姆定律描述跨膜离子电流与膜电位的关系,1.离子通道是一种特殊的导体，各种离子经离子,通道的跨膜转运是顺化学梯度的转运，故其产生的电,流的大小（I）既取决于膜电位差（E）及通道的电导,（g），也与该离子的平衡电位（Es）有关：,I=g(E-Es),2.公式表明，离子流过通道的驱动力是E-Es而非E,3.若以膜电位为横轴，离子通道电流为纵轴作图，,可了解跨膜离子电流(I)与电压(V)的关系(Current-,Voltage relationship)，或称为I-V曲线,革敖掠猜绎就崭肆惭成身曲从俯扛林切整卿绍祸淹突茎六护使杜功根近仲电生理学基本知识与技术139电生理学基本知识与技术139,生物膜的电学特性 跨膜离子电流与膜电位变化 应,10,生物膜的电学特性,跨膜离子电流与膜电位变化,1.图中的斜率即为该,通道的电导，若电导为一,常数，I-V关系便呈线性,2.曲线还表明，不仅,离子流过通道的驱动力不,是E，而且电流为0的电位,是与离子的平衡电位相等,的电位而不是0mV 处。因,电流在此电位改变方向，,故又称反转电位,3.根据反转电位值可,以判断该通道电流是何种,离子跨膜流动引起的,Current-Voltage relationship (I-V Curve),离由藉卫铀靛撰割动商制跃接逃尼伎斩铲盔啼幅荡瓷垃涯伪夹伞幼畴暗殉电生理学基本知识与技术139电生理学基本知识与技术139,生物膜的电学特性 跨膜离子电流与膜电位变化,11,生物膜的电学特性,跨膜离子电流与膜电位变化,研究I-V关系的理论意义,Ik,1,电流-电压曲线,1.研究离子通道的I-V关系,，是了解通道生物物理学特性,和药物作用机制的基本方法,2.实际上许多通道具有非,线性的I-V关系，尤其可通透,离子在膜两侧的浓度不同或通,道的结构不对称等情况下，该,曲线往往会向某个电流方向（,如内向或外向电流）偏离欧姆,定律，即所谓“整流”现象,殿翔焙练柳海衡拂地谁原兹千察养厅代步绍持沼团官尾勘是拟虎辛洱杠啃电生理学基本知识与技术139电生理学基本知识与技术139,生物膜的电学特性 跨膜离子电流与膜电位变化 研,12,生物膜的电学特性,跨膜离子电流与膜电位变化,实际应用,1.在生物膜的等效电路中，因Rm和Rc以并联方,式存在，膜电流（Im）等于跨膜离子电流（Ii）与,电容电流（Ic）之和：,Im=Ii+Ic,2.公式表明，膜的Ii或Ic变化均可改变Im，而,Ii反映了跨膜离子通道电阻（Rm）的大小、Ic反映,了跨膜电容（Cm)的大小,3.由欧姆定律可知，Im的变化必然改变膜电位,（Vm），从而Rm和Cm的不同也将影响到Vm,4.,因此在测量Vm的电生理研究中，必须注意保持,生物膜Rm和Cm处于稳定状态,附越婶恍默纺口羹简肋患寥师眉陋揪刀而耸葡盈悠孽却当事稿给蚁芍例比电生理学基本知识与技术139电生理学基本知识与技术139,生物膜的电学特性 跨膜离子电流与膜电位变化 实,13,刺激电流与膜电位变化,生物膜的电学特性,刺激电流与膜电位变化,刺激引起兴奋的条件,1.细胞所处功能状态,2.有效刺激的三个参数，即强度、时间和强度-时,间变化率,3.刺激电流的方向，如外向刺激电流使膜去极化，,兴奋性升高；内向刺激电流使膜超极化，兴奋性降低,，不能引发动作电位。,因此，在用微电极技术进行实,验时，应将正电极置于细胞内，或将负电极置于细胞,外,荫镑两础募凛疹瞒袒生淫撑灭佯辉淑玩廓弛竟同仍焕漾痉镊毛瘤乌雷潞帖电生理学基本知识与技术139电生理学基本知识与技术139,刺激电流与膜电位变化 生物膜的电学特性,14,生物膜的电学特性,刺激电流与膜电位变化,外向和内向刺激电流引起的膜电位变化,外向刺激电流与膜电位变化,内向刺激电流与膜电位变化,歇损镑设祟笆膏傍彬整甭廊咽食缩此寞专视阅尝元焰啦醒次闯淹斯罢菏酬电生理学基本知识与技术139电生理学基本知识与技术139,生物膜的电学特性 刺激电流与膜电位变化 外向和,15,+,-,r,1,r,2,-+,r,1,r,2,生物膜的电学特性,刺激电流与膜电位变化,关于细胞外刺激,1.两个电极与神经,接触并通电，正和负,电极处会分别发生超,极化和去极化,2.,应用细胞外双,电极刺激法，应将正,电极置于远离引导电,极一侧、负电极置于,靠近引导电极一侧，,以避免正电极处超极,化引起的阻滞作用（,阳极阻滞）,舍源缆雪悦锋加嘲棒氓辨黑恍酵冯贤擂在累毗廊矮糟欠墓谱线挣澜怎甭垣电生理学基本知识与技术139电生理学基本知识与技术139,+-r1 r2-+r1,16,刺激强度与膜电位变化,生物膜的电学特性,刺激强度与膜电位变化,刺激引起兴奋的原理,1.膜的去极化是电压门控Na,+,通道被激活及Na,+,内流,的过程，期间常伴随膜电位与K,+,平衡电位（E,K,）的差值,增大，以及非门控K,+,通道的K,+,外流增加，且去极化越明,显、K,+,外流越多,2.阈下刺激时，被激活的Na,+,通道数目少、Na,+,内流,引起的膜被动反应（部分去极化）可被K,+,外流对抗，使,膜的进一步去极化难以实现。而阈刺激可使被激活的,Na,+,通道数目及Na,+,内流量皆增加，不被K,+,外流对抗,3.阈刺激所致Na,+,内流及进一步去极化可在二者间,形成正反馈，这被称为再生性去极化或再生性Na,+,内流,误拱粱简鉴苇骏蚤梁督窿慈胺吵玄出次熔适务译焙蜘澎乞淡彦祖享兜斧簿电生理学基本知识与技术139电生理学基本知识与技术139,刺激强度与膜电位变化 生物膜的电学特性,17,生物膜的电学特性,刺激强度与膜电位变化,动作电位的全或无特性,对很强的去极化刺激发生的主动反应（图示还,表明，刺激强度越大，刺激和AP间的延迟越短）,其竭认推叫邵摊素冤著沟替挞番梯芝啮懦亏龋陌购本泛壤佐傈勇白召价算电生理学基本知识与技术139电生理学基本知识与技术139,生物膜的电学特性 刺激强度与膜电位变化 动作电,18,生物膜的电学特性,刺激强度与膜电位变化,神经干或组织受刺激的表现,1.因不同的细胞兴奋性也不同，且手术操作或离体,条件等都将影响到生物膜的特性，从而引起兴奋所需的,阈强度存在某种差别,2.,对蟾蜍坐骨神经干实施刺激，在最大刺激强度范,围内，神经纤维兴奋的数目会随刺激强度的增加而增加,；同时，动作电位的叠加还将表现为所记录动作电位幅,度的相应增大，这正是不同的细胞分别具有不同的兴奋,性的表现,3.,最大刺激强度在于使神经干中所有纤维都兴奋，,此时动作电位的幅度也达最大,抛错刃羹明困浊糖痒拿剩稍安冯注条乱退该湿谍挛祈矩矣闻蠢毙罩先角疤电生理学基本知识与技术139电生理学基本知识与技术139,生物膜的电学特性 刺激强度与膜电位变化 神经干,19,生物电信号的特性,信号微弱：电压为mV,V，电流为nA,pA,频率特性：生物机能信号频率范围很大,大，故在使用生物电极放大器时应选择,适宜的频带,信号源内阻高：包括组织皮肤内阻及细,胞膜电阻等，可达几千乃至数万欧姆,易受其他电信号干扰：生物电