人體生物電現(xiàn)象

1、人體生物電現(xiàn)象人體生物電現(xiàn)象主講教師：馬曉松主講教師：馬曉松醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)-mail: 細(xì)胞的基本功能細(xì)胞的基本功能細(xì)胞是構(gòu)成人體的最基本的功能單位。體細(xì)胞是構(gòu)成人體的最基本的功能單位。體內(nèi)所有的生理功能和生化反應(yīng)都是在細(xì)胞及內(nèi)所有的生理功能和生化反應(yīng)都是在細(xì)胞及其產(chǎn)物的物質(zhì)基礎(chǔ)上進(jìn)行的。其產(chǎn)物的物質(zhì)基礎(chǔ)上進(jìn)行的。細(xì)胞膜的基本結(jié)構(gòu)和跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能細(xì)胞膜的基本結(jié)構(gòu)和跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能一、膜的化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)一、膜的化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)二、細(xì)胞膜的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能二、細(xì)胞膜的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模型細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模型 脂質(zhì)雙分子層 磷脂70% 膽固醇30% 少量鞘脂

2、 膜蛋白 功能：載 體、通道、離子泵 受體蛋白形式：表面蛋白質(zhì)、整合蛋 白質(zhì)糖類 糖蛋白、糖脂膜的化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)膜的流態(tài)鑲嵌模型膜的流態(tài)鑲嵌模型磷脂磷脂膽固醇膽固醇整合蛋白整合蛋白糖蛋白糖蛋白糖脂糖脂親水基團(tuán)親水基團(tuán)疏水基團(tuán)疏水基團(tuán)磷脂磷脂糖鏈糖鏈J. D. Robertson 1959 用超薄切片技術(shù)獲得了清晰的細(xì)胞膜照片，顯示暗-明-暗三層結(jié)構(gòu)，它由厚約3.5nm的雙層脂分子和內(nèi)外表面各厚約2nm的蛋白質(zhì)構(gòu)成，總厚約7.5nm細(xì)胞膜的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能細(xì)胞膜的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能（一）單純擴(kuò)散（二）膜蛋白介導(dǎo)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn).經(jīng)載體易化擴(kuò)散.經(jīng)通道易化擴(kuò)散.原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運(yùn).繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運(yùn)（三）出胞

3、與入胞單純擴(kuò)散simple diffusion如：如：O2、CO2、N、乙醇、尿素等；一些類固醇激素也可以。乙醇、尿素等；一些類固醇激素也可以。擴(kuò)散速率擴(kuò)散速率 取決于取決于 ：膜兩側(cè)的濃度差：膜兩側(cè)的濃度差膜對該物質(zhì)的通透性膜對該物質(zhì)的通透性一些脂溶性小分子物質(zhì)由高濃度一些脂溶性小分子物質(zhì)由高濃度向低濃度區(qū)凈移動向低濃度區(qū)凈移動(擴(kuò)散擴(kuò)散)l不耗能，不需要膜蛋白不耗能，不需要膜蛋白 （二）膜蛋白介導(dǎo)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn) 易化擴(kuò)散易化擴(kuò)散：載體介導(dǎo)的易化擴(kuò)散載體介導(dǎo)的易化擴(kuò)散通道介導(dǎo)的易化擴(kuò)散通道介導(dǎo)的易化擴(kuò)散不消耗能量，順濃度差、電位差跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)不消耗能量，順濃度差、電位差跨膜轉(zhuǎn)運(yùn) 主動轉(zhuǎn)運(yùn)主動轉(zhuǎn)運(yùn)：原

4、發(fā)性主動轉(zhuǎn)運(yùn)原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運(yùn)繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運(yùn)繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運(yùn)消耗能量、逆濃度差、電位差的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)消耗能量、逆濃度差、電位差的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)易化擴(kuò)散葡萄糖、氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)依靠各自的蛋白質(zhì)載體葡萄糖、氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)依靠各自的蛋白質(zhì)載體NaNa、K K 、CaCa等離子轉(zhuǎn)運(yùn)依靠各自離子通道等離子轉(zhuǎn)運(yùn)依靠各自離子通道離子通道蛋白離子通道蛋白載體蛋白載體蛋白經(jīng)載體易化擴(kuò)散經(jīng)載體易化擴(kuò)散 一些非脂溶性物質(zhì)（如氨基酸、葡萄糖）一些非脂溶性物質(zhì)（如氨基酸、葡萄糖）借助細(xì)胞膜上的載體蛋白，順濃度差的膜轉(zhuǎn)運(yùn)。借助細(xì)胞膜上的載體蛋白，順濃度差的膜轉(zhuǎn)運(yùn)。 特點(diǎn)（）順濃度梯度 （）具有飽和現(xiàn)象 （）具有選擇特異性 （）具有竟?fàn)幮砸种平?jīng)

5、通道易化擴(kuò)散經(jīng)通道易化擴(kuò)散 溶液中的Na、K、Ca2+ 、Cl-等離子借助通道蛋白介導(dǎo)，順濃度差或電位差的膜轉(zhuǎn)運(yùn)。 一般認(rèn)為它是橫跨質(zhì)膜形成的親水性孔道膜蛋白，能使適宜大小的分子及帶電荷的溶質(zhì)通過如Na+通道、K+通道（機(jī)械門控通道）（機(jī)械門控通道）離子通道離子通道 化學(xué)門控通道化學(xué)門控通道 由化學(xué)物質(zhì)控制其開關(guān)由化學(xué)物質(zhì)控制其開關(guān) 如乙酰膽堿如乙酰膽堿受體受體陽離子通道陽離子通道電壓門控通道電壓門控通道 通道開閉受膜兩側(cè)電位差控制通道開閉受膜兩側(cè)電位差控制機(jī)械門控通道機(jī)械門控通道 由牽張刺激活由牽張刺激活 如血管內(nèi)皮細(xì)胞的機(jī)械門控離子通道如血管內(nèi)皮細(xì)胞的機(jī)械門控離子通道（化學(xué)門控通道）（化學(xué)

6、門控通道）原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運(yùn)primary active transport 細(xì)胞直接利用代謝產(chǎn)生的能量，以泵蛋白為介導(dǎo)，將物質(zhì)濃度梯度或電位梯度跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的過程。 如：鈉-鉀泵（鈉泵，鈉-鉀依賴式ATP酶）鈣泵、H+K+泵等。鈉-鉀泵：鈉泵，鈉鈉泵，鈉-鉀依賴式鉀依賴式ATP酶酶逆濃度差把細(xì)胞內(nèi)逆濃度差把細(xì)胞內(nèi)NaNa+ +移出膜外，移出膜外，K K+ +入膜內(nèi)。使細(xì)胞內(nèi)入膜內(nèi)。使細(xì)胞內(nèi)KK+ + 為細(xì)胞外液中的為細(xì)胞外液中的3030倍，而細(xì)胞外液中倍，而細(xì)胞外液中NaNa+ + 為胞漿中的為胞漿中的1212倍，保持倍，保持NaNa+ +、K K+ +在細(xì)胞膜內(nèi)外不均衡分布。在細(xì)胞膜內(nèi)外不均衡分布

7、。 鈉鈉- -鉀泵活動生理意義鉀泵活動生理意義 胞內(nèi)高胞內(nèi)高K+K+，是胞漿內(nèi)許多代謝反應(yīng)所必需的。，是胞漿內(nèi)許多代謝反應(yīng)所必需的。造成膜內(nèi)外造成膜內(nèi)外 NaNa+ 、K K濃度差，是細(xì)胞生物電活濃度差，是細(xì)胞生物電活 動的前提件。動的前提件。維持胞漿滲透壓和細(xì)胞容積相對穩(wěn)定維持胞漿滲透壓和細(xì)胞容積相對穩(wěn)定4 . 4 . 膜內(nèi)外膜內(nèi)外 NaNa+ 、K K濃度差是維持濃度差是維持NaNa-H H交換的交換的 動力動力對維持細(xì)胞內(nèi)的對維持細(xì)胞內(nèi)的pHpH穩(wěn)定具有重要作用穩(wěn)定具有重要作用膜內(nèi)外膜內(nèi)外 NaNa+ 、K K濃度差是維持濃度差是維持NaNa-Ca2Ca2交換交換 的動力的動力膜內(nèi)外膜內(nèi)

8、外 NaNa+ 、K K濃度差是繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運(yùn)的動力濃度差是繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運(yùn)的動力繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運(yùn)繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運(yùn)secondary active transport 繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運(yùn)是由膜中存在的一種稱繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運(yùn)是由膜中存在的一種稱為為轉(zhuǎn)運(yùn)體膜蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)體膜蛋白利用細(xì)胞膜兩側(cè)的利用細(xì)胞膜兩側(cè)的Na濃度梯度完成的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)。濃度梯度完成的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)。 由于由于Na+泵作用，細(xì)胞內(nèi)泵作用，細(xì)胞內(nèi)Na+濃度下降，濃度下降，使膜外一些物質(zhì)順使膜外一些物質(zhì)順Na+濃度差進(jìn)入細(xì)胞。濃度差進(jìn)入細(xì)胞。如：如：NaNa+ +- -葡萄糖同向轉(zhuǎn)運(yùn)體葡萄糖同向轉(zhuǎn)運(yùn)體 腸道和腎小管上皮細(xì)胞對腸道和腎小管上皮細(xì)胞對 葡

9、萄糖、氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)的吸收葡萄糖、氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)的吸收 NaNa+ +-Ca-Ca2+2+交換體交換體 反向交換系統(tǒng)反向交換系統(tǒng)出胞與入胞大分子物質(zhì)或物質(zhì)團(tuán)塊通過膜的結(jié)構(gòu)、功能的改變進(jìn)、出細(xì)胞出胞出胞如：內(nèi)分泌細(xì)胞（分泌）激素 外分泌細(xì)胞 （分泌）酶原顆粒神經(jīng)細(xì)胞 （釋放）神經(jīng)遞質(zhì)入胞入胞如：細(xì)菌、異物、大分子營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的過程又分稱吞噬吞噬和吞飲吞飲細(xì)胞的生物電現(xiàn)象 概述概述 恩格斯在100多年前就指出：“地球上幾乎沒有一種變化發(fā)生而不同時顯示出電的變化”。人體及生物體活細(xì)胞在安靜和活動時都存在電活動，這種電活動稱為生物電現(xiàn)象（bioelectricity）。細(xì)胞生物電現(xiàn)象是普遍存在

10、的，臨床上廣泛應(yīng)用的心電圖、腦電圖、肌電圖及視網(wǎng)膜電圖等就是這些不同器官和組織活動時生物電變化的表現(xiàn)。細(xì)胞的生物電現(xiàn)象細(xì)胞的生物電現(xiàn)象一、靜息電位一、靜息電位(resting potential)及產(chǎn)生機(jī)制及產(chǎn)生機(jī)制二、動作電位二、動作電位(action potential)及產(chǎn)生機(jī)制及產(chǎn)生機(jī)制三、組織的興奮和興奮性三、組織的興奮和興奮性一一.靜息電位及產(chǎn)生機(jī)制（靜息電位及產(chǎn)生機(jī)制（RP）-70 -90mv定義定義：安靜狀態(tài)下，細(xì)胞膜內(nèi)外的電位差安靜狀態(tài)下，細(xì)胞膜內(nèi)外的電位差靜息電位及產(chǎn)生機(jī)制（靜息電位及產(chǎn)生機(jī)制（RP）產(chǎn)生：產(chǎn)生：1. 1. 膜內(nèi)膜內(nèi)KK+ +ii 膜外膜外KK+ + o o

11、 2. 2. 安靜狀態(tài)下，膜對安靜狀態(tài)下，膜對 K K+ +具有通具有通透性透性。 膜兩側(cè)膜兩側(cè)KK+ + 差是促使差是促使K K+ +擴(kuò)散的擴(kuò)散的動動力力，但隨著，但隨著K K+ +的不斷擴(kuò)散，膜兩的不斷擴(kuò)散，膜兩側(cè)不斷加大的電位差是側(cè)不斷加大的電位差是K K+ +繼續(xù)繼續(xù)擴(kuò)擴(kuò)散的散的阻力阻力，當(dāng)動力和阻力達(dá)到動，當(dāng)動力和阻力達(dá)到動態(tài)平衡時，態(tài)平衡時，K K+ +的凈擴(kuò)散通量為零的凈擴(kuò)散通量為零膜兩側(cè)的平衡電位膜兩側(cè)的平衡電位稱稱K K+ +平衡電平衡電位位，即，即靜息電位。靜息電位。 -70 -90mv動作電位（動作電位（AP）及其產(chǎn)生機(jī)制）及其產(chǎn)生機(jī)制定義：可興奮細(xì)胞受刺激時，膜在定義：

12、可興奮細(xì)胞受刺激時，膜在RP基礎(chǔ)上發(fā)生快速、基礎(chǔ)上發(fā)生快速、可逆、擴(kuò)布性的電位變化?？赡?、擴(kuò)布性的電位變化。去極化去極化復(fù)極化復(fù)極化70 -90mv去極化過程去極化過程膜受刺激膜受刺激少量少量NaNa+ +內(nèi)流，使膜電位下降內(nèi)流，使膜電位下降達(dá)到閾電位達(dá)到閾電位Na+順著濃度差、電位差大量快速內(nèi)流，直至順著濃度差、電位差大量快速內(nèi)流，直至Na+平平衡電位衡電位鈉通道開放快，失活也快，鈉通道開放快，失活也快，因此稱作因此稱作快通道快通道。閾電位閾電位:引發(fā)引發(fā)APAP（正反饋）的臨界膜電位數(shù)值（正反饋）的臨界膜電位數(shù)值（比（比RPRP小小10-20mv10-20mv）。復(fù)極化過程復(fù)極化過程 Na

13、Na+ +通道失活，通道失活，K K+ +通道開放，通道開放，K K+ +順著濃度差、電位差大量快速順著濃度差、電位差大量快速外流。從而使細(xì)胞膜電位又恢復(fù)到靜外流。從而使細(xì)胞膜電位又恢復(fù)到靜息狀態(tài)水平。息狀態(tài)水平。 APAP的上升支由的上升支由NaNa內(nèi)流形成，下降支內(nèi)流形成，下降支是是K K外流形成的，后電位是外流形成的，后電位是NaNaK K泵活泵活動引起的。動引起的。 APAP的產(chǎn)生是不消耗能量的，的產(chǎn)生是不消耗能量的，APAP的恢的恢復(fù)是消耗能量的（復(fù)是消耗能量的（NaNaK K泵的活動）。泵的活動）。 AP=NaAP=Na的平衡電位。的平衡電位。 結(jié)論結(jié)論當(dāng)細(xì)胞受到刺激當(dāng)細(xì)胞受到刺激

14、細(xì)胞膜上少量細(xì)胞膜上少量NaNa+ +通道激活而開放通道激活而開放NaNa+ + 順濃度差少量內(nèi)流順濃度差少量內(nèi)流膜內(nèi)外電位差膜內(nèi)外電位差-局部電位局部電位當(dāng)膜內(nèi)電位變化到閾電位時當(dāng)膜內(nèi)電位變化到閾電位時NaNa+ + 通道大量開放通道大量開放NaNa+ + 順濃度差和膜內(nèi)負(fù)電位的吸引順濃度差和膜內(nèi)負(fù)電位的吸引再生式內(nèi)流再生式內(nèi)流 NaNa+ +ii、KK+ + O O激活激活NaNa+ +K K+ +泵泵膜內(nèi)負(fù)電位減小到零并變?yōu)檎娢唬?nèi)負(fù)電位減小到零并變?yōu)檎娢唬ˋPAP上升支）上升支）NaNa+ +通道關(guān)通道關(guān)NaNa+ +內(nèi)流停內(nèi)流停+ +同時同時K K+ +通道激活而開放通道激活而

15、開放K K+ +順濃度差和膜外負(fù)電位的吸引順濃度差和膜外負(fù)電位的吸引K K+ +迅速外流迅速外流膜內(nèi)電位迅速下降，恢復(fù)到膜內(nèi)電位迅速下降，恢復(fù)到RPRP水平（水平（APAP下降支）下降支）NaNa+ +泵出、泵出、K K+ +泵回，泵回，離子恢復(fù)到興奮前水平離子恢復(fù)到興奮前水平后電位后電位APAP的產(chǎn)生機(jī)制的產(chǎn)生機(jī)制: :動作電位的特點(diǎn)動作電位的特點(diǎn)1.全或無性:不因刺激強(qiáng)度增強(qiáng)而增大2.可擴(kuò)布性3.不衰減性動作電位的意義動作電位的意義 APAP的產(chǎn)生是細(xì)胞興奮的標(biāo)志，是細(xì)胞功的產(chǎn)生是細(xì)胞興奮的標(biāo)志，是細(xì)胞功能活動的基礎(chǔ)能活動的基礎(chǔ)（四）（四）AP的傳導(dǎo)的傳導(dǎo)有髓鞘神經(jīng)纖維：AP在朗飛氏結(jié)間跳躍式傳導(dǎo)以局部電流形式傳導(dǎo) 興奮興奮：細(xì)胞對刺激產(chǎn)生反應(yīng)的過程。（是AP同義詞） 興奮性：興奮性：可興奮細(xì)胞對刺激產(chǎn)生反應(yīng)（AP）的能力 可興奮細(xì)胞可興奮細(xì)胞：神經(jīng)細(xì)胞、肌細(xì)胞和腺細(xì)胞。 刺激刺激：引起細(xì)胞發(fā)生反應(yīng)的環(huán)境變化 刺激量的三個參數(shù)刺激量的三個參數(shù)： 刺激強(qiáng)度 刺激持續(xù)時間 刺激強(qiáng)度對時間的變化率三、組織的興奮和興奮性三、組織的興奮和興奮性l閾強(qiáng)度閾強(qiáng)度：引起組織細(xì)胞產(chǎn)生興奮的最小刺激強(qiáng)度l衡量組織興奮性的指標(biāo)衡量組織興奮性的指標(biāo)閾上刺激：大于閾強(qiáng)度的刺激 閾刺激：閾強(qiáng)度的刺激閾下刺激：小于