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第二节 细胞膜的生物电现象
作者:医学素材…    文章来源:http://www.yx369.com/    点击数:3848    更新时间:2007/8/1
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第二章 细胞的基本功能

第二节 细胞膜的生物电现象

目的要求

1.掌握:静息电位和动作电位的概念.特点和形成的离子机制。

2.了解:静息电位和动作电位的形成的理论的主要依据。

3.掌握:局部兴奋的特点和产生机制,掌握动作电位的引起和兴奋在同一细胞上的传导机制和特点

教学重点

1.静息电位和动作电位的概念和形成的离子机制。

1.局部兴奋.动作电位的引起和兴奋在同一细胞上的传导机制。

教学难点

静息电位和动作电位形成的离子机制。

教学内容

生物电的表现形式:

静息电位——所有细胞在安静时均存在,不同的细胞其静息电位值不同。

动作电位——可兴奋细胞受到阈或阈上刺激时产生。

局部电位——所有细胞受到阈下刺激时产生。

1.静息电位:细胞处于安静状态下(未受刺激时)膜内外的电位差。

静息电位表现为膜个相对为正而膜内相对为负。

(1)形成条件:

①安静时细胞膜两侧存在离子浓度差(离子不均匀分布)(图)

②安静时细胞膜主要对K+通透。也就是说,细胞未受刺激时,膜上离子通道中主要是K+通道开放,允许K+由细胞内流向细胞外,而不允许Na+、Ca2+由细胞外流入细胞内。

(2)形成机制:K+外流的平衡电位即静息电位,静息电位形成过程不消耗能量。

(3)特征:静息电位是K+外流形成的膜两侧稳定的电位差。

只要细胞未受刺激、生理条件不变,这种电位差持续存在,而动作电位则是一种变化电位。细胞处于静息电位时,膜内电位较膜外电位为负,这种膜内为负,膜外为正的状态称为极化状态。而膜内负电位减少或增大,分别称为去极化和超级化。细胞先发生去极化,再向安静时的极化状态恢复称为复极化。

2.动作电位:

(1)概念:可兴奋组织或细胞受到阈上刺激时,在静息电位基础上发生的快速、可逆转、可传播的细胞膜两侧的电变化。动作电位的主要成份是峰电位。

(2)形成条件:

①细胞膜两侧存在离子浓度差,细胞膜内K+浓度高于细胞膜外,而细胞外Na+、Ca2+、Cl-高于细胞内,这种浓度差的维持依靠离子泵的主动转运。(主要是Na+-K+泵的转运)。

②细胞膜在不同状态下对不同离子的通透性不同,例如,安静时主要允许K+通透,而去极化到阈电位水平时又主要允许Na+通透。

③可兴奋组织或细胞受阈上刺激。

(3)形成过程:≥阈刺激→细胞部分去极化→Na+少量内流→去极化至阈电位水平→Na+内流与去极化形成正反馈(Na+爆发性内流)→达到Na+平衡电位(膜内为正膜外为负)→形成动作电位上升支。

膜去极化达一定电位水平→Na+内流停止、K+迅速外流→形成动作电位下降支。

(4)形成机制:(图)

动作电位上升支——Na+内流所致。

动作电位的幅度决定于细胞内外的Na+浓度差,细胞外液Na+浓度降低动作电位幅度也相应降低,而阻断Na+通道(河豚毒)则能阻碍动作电位的产生。

动作电位下降支——K+外流所致。

(5)动作电位特征:

①产生和传播都是“全或无”式的。

②传播的方式为局部电流,传播速度与细胞直径成正比。

③动作电位是一种快速,可逆的电变化,产生动作电位的细胞膜将经历一系列兴奋性的变化:绝对不应期——相对不应期——超常期——低常期,它们与动作电位各时期的对应关系是:峰电位——绝对不应期;负后电位——相对不应期和超常期;正后电位——低常期。

④动作电位期间Na+、K+离子的跨膜转运是通过通道蛋白进行的,通道有开放、关闭、备用三种状态,由当时的膜电位决定,故这种离子通道称为电压门控的离子通道,而形成静息电位的K+通道是非门控的离子通道。当膜的某一离子通道处于失活(关闭)状态时,膜对该离子的通透性为零,同时膜电导就为零(电导与通透性一致),而且不会受刺激而开放,只有通道恢复到备用状态时才可以在特定刺激作用下开放。

3.局部电位:

(1)概念:细胞受到阈下刺激时,细胞膜两侧产生的微弱电变化(较小的膜去极化或超极化反应)。或者说是细胞受刺激后去极化未达到阈电位的电位变化。

(2)形成机制:阈下刺激使膜通道部分开放,产生少量去极化或超极化,故局部电位可以是去极化电位,也可以是超极化电位。局部电位在不同细胞上由不同离子流动形成,而且离子是顺着浓度差流动,不消耗能量。

(3)特点:

①等级性。指局部电位的幅度与刺激强度正相关,而与膜两侧离子浓度差无关,因为离子通道仅部分开放无法达到该离子的电平衡电位,因而不是“全或无”式的。

②可以总和。局部电位没有不应期,一次阈下刺激引起一个局部反应虽然不能引发动作电位,但多个阈下刺激引起的多个局部反应如果在时间上(多个刺激在同一部位连续给予)或空间上(多个刺激在相邻部位同时给予)叠加起来(分别称为时间总和或空间总和),就有可能导致膜去极化到阈电位,从而爆发动作电位。

③电紧张扩布。局部电位不能像动作电位向远处传播,只能以电紧张的方式,影响附近膜的电位。电紧张扩布随扩布距离增加而衰减。

4.兴奋的传播:

(1)兴奋在同一细胞上的传导:可兴奋细胞兴奋的标志是产生动作电位,因此兴奋的传导实质上是动作电位向周围的传播。动作电位以局部电流的方式传导,直径大的细胞电阻较小传导的速度快。有髓鞘的神经纤维动作电位以跳跃式传导,因而比无髓纤维传导快。

动作电位在同一细胞上的传导是“全或无”式的,动作电位的幅度不因传导距离增加而减小。

(2)兴奋在细胞间的传递:细胞间信息传递的主要方式是化学性传递,包括突触传递和非突触传递,某些组织细胞间存在着电传递(缝隙连接)。

神经肌肉接头处的信息传递过程如下:

神经末梢兴奋(接头前膜)发生去极化→膜对Ca2+通透性增加→Ca2+内流→神经末梢释放递质ACh→ACh通过接头间隙扩散到接头后膜(终板膜)并与N型受体结合→终板膜对Na+、K+(以Na+为主)通透性增高→Na+内流→终板电位→总和达阈电位→肌细胞产生动作电位。

特点:①单向传递;②传递延搁;③易受环境因素影响。

记忆要点:①神经肌肉接头处的信息传递实际上是“电—化学—电”的过程,神经末梢电变化引起化学物质释放的关键是Ca2+内流,而化学物质ACh引起终板电位的关键是ACh和受体结合后受体结构改变导致Na+内流增加。

②终板电位是局部电位,具有局部电位的所有特征,本身不能引起肌肉收缩;但每次神经冲动引起的ACh释放量足以使产生的终板电位总和达到邻近肌细胞膜的阈电位水平,使肌细胞产生动作电位。因此,这种兴奋传递是一对一的。

③在接头前膜无Ca2+内流的情况下,ACh有少量自发释放,这是神经紧张性作用的基础。

5.兴奋性的变化规律:绝对不应期——相对不应期——超常期——低常期——恢复。

课后小结

课后练习

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