第二講細胞的電活動

1、第二講第二講 細胞的電活動細胞的電活動 患者，女性，患者，女性，4848歲，以進行性肌無力就診，既往歲，以進行性肌無力就診，既往患有患有1 1型糖尿病及高血壓，一直服用胰島素及普萘洛型糖尿病及高血壓，一直服用胰島素及普萘洛爾。實驗室檢查發(fā)現(xiàn)血鉀為爾。實驗室檢查發(fā)現(xiàn)血鉀為6.5 mmol/l6.5 mmol/l。診治后醫(yī)生。診治后醫(yī)生調(diào)整了藥物劑量，減少了普萘洛爾的用量，增加了胰調(diào)整了藥物劑量，減少了普萘洛爾的用量，增加了胰島素的用量，島素的用量，6 6天后，患者血鉀降至正常，肌力也恢天后，患者血鉀降至正常，肌力也恢復(fù)正常。復(fù)正常。問題：問題： 1. 1.該病人的診斷是什么？該病人的診斷是什么？

2、 2. 2.血鉀的變化對細胞的興奮性有何影響？血鉀的變化對細胞的興奮性有何影響？ 3. 3.試分析患者肌無力的原因？試分析患者肌無力的原因？ 4. 4.醫(yī)生調(diào)整患者的胰島素用量為何有利于改善肌無力的醫(yī)生調(diào)整患者的胰島素用量為何有利于改善肌無力的癥狀？癥狀？ 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）。細胞生物電現(xiàn)象是普遍存在的，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)。電緊張電位：由膜的被動電學特性

3、決定其空間分布的膜電位細胞的生物電活動是器官生物電產(chǎn)生的基礎(chǔ)。臨床上用于輔助性診斷 大量細胞電活動的總和表現(xiàn)跨膜電位：膜內(nèi)外兩側(cè)帶電離子的不均勻分布和一定條件下離子的跨膜移動而產(chǎn)生的細胞膜兩側(cè)的電位差細胞外電位記錄：如心電圖、腦電圖等細胞內(nèi)電位記錄：單細胞電位測定定義：定義： 實驗現(xiàn)象實驗現(xiàn)象： 1. 1.極極 化化(polarization):(polarization):平穩(wěn)的靜息電位存在時細胞膜電位外正內(nèi)平穩(wěn)的靜息電位存在時細胞膜電位外正內(nèi)負的狀態(tài)負的狀態(tài). .2.2.去極化去極化(depolarization):(depolarization):靜息電位減小的過程或狀態(tài)靜息電位減小的過

4、程或狀態(tài). .3.3.超極化超極化( (hyperpolarizationhyperpolarization): ):靜息電位增大的過程或狀態(tài)靜息電位增大的過程或狀態(tài). .4.4.超射超射(overshoot):(overshoot):去極化至零電位后膜電位如進一步變?yōu)檎等O化至零電位后膜電位如進一步變?yōu)檎? ,則稱為反極化則稱為反極化, ,膜電位高于零電位的部分稱為超射膜電位高于零電位的部分稱為超射. .5.5.復(fù)極化復(fù)極化(repolarization):(repolarization):質(zhì)膜去極化后再向靜息電位方向恢復(fù)質(zhì)膜去極化后再向靜息電位方向恢復(fù)的過程的過程. .6.rp6.rp

5、值值: : 神經(jīng)細胞約神經(jīng)細胞約-70mv;-70mv; 骨骼肌細胞約骨骼肌細胞約-90mv;-90mv; 平滑肌細胞約平滑肌細胞約-55mv;-55mv; 紅細胞約為紅細胞約為-10-10mvmv （一）（一）產(chǎn)生離子擴散有產(chǎn)生離子擴散有2 2個條件：個條件： 鈉泵的活動，形成膜內(nèi)外離子的濃度差鈉泵的活動，形成膜內(nèi)外離子的濃度差 靜息時膜對離子有選擇性通透性，主要是鉀離子靜息時膜對離子有選擇性通透性，主要是鉀離子 膜兩側(cè)膜兩側(cè) k k+ + 差是促使差是促使k k+ +擴散的擴散的動力動力，但隨著，但隨著k k+ +的不斷擴散，膜兩側(cè)不斷加大的電位差是的不斷擴散，膜兩側(cè)不斷加大的電位差是k

6、k+ +繼續(xù)擴散的繼續(xù)擴散的阻力阻力，當動力和阻力達到動態(tài)平衡，當動力和阻力達到動態(tài)平衡時，時，k k+ +的凈擴散通量為零的凈擴散通量為零膜兩側(cè)的平衡電位。膜兩側(cè)的平衡電位。 k的電化學驅(qū)動力：k有向細胞外擴散的動力膜兩側(cè)的離子濃度梯度膜兩側(cè)的電位差形成的電位梯度 k+凈外流量0時，k+ 平衡電位 (ek)nernst方程： k+平衡電位 ek= rt/zf lnk+o / k+i = 60 log k+o / k+i （mv)r為氣體常數(shù)，t為絕對溫度，f為法拉第常數(shù)，z為原子價。 ek隨細胞外液k+濃度的改變而改變 靜息電位ek why?k+外流na+內(nèi)流膜內(nèi)外離子濃度梯度的維持：na+

7、 k+ pump（1.靜息電位的產(chǎn)生條件(1)靜息狀態(tài)下細胞膜內(nèi)、外離子分布不勻 na+ina+o1 10 k+i k+o 30 1 cl-icl-o1 14 a-i a-o 4 1(2)靜息狀態(tài)下細胞膜對離子的通透性具有選擇性 通透性：通透性：k k+ + clcl- - na na+ + a a- - 結(jié)論結(jié)論: :rp的產(chǎn)生主要是k向膜外擴散的結(jié)果。 故rpk+的平衡電位（na+及cl-也參與） k k i i順濃度差向膜外擴散順濃度差向膜外擴散 a a- - i i不能向膜外擴散不能向膜外擴散 k+ik+i、a-ia-i膜內(nèi)電位膜內(nèi)電位(負電場負電場) ) k+ok+o膜內(nèi)電位膜內(nèi)電位

8、(正電場正電場) )膜外為正、膜內(nèi)為負的極化狀態(tài)膜外為正、膜內(nèi)為負的極化狀態(tài)當擴散動力與阻力達到動態(tài)平衡時當擴散動力與阻力達到動態(tài)平衡時rprp 氯化鉀 1.5g、胰島素10u加入10%的葡萄糖500ml中，靜脈滴注 目的：促進心肌攝取和代謝葡糖糖，促使鉀離子進入細胞內(nèi)，以利于心臟的正常收縮、減少心律失常，并促進心電圖上抬高的st段回到等電位線。臨臨床床極化液療法1.鉀濃度：icf:140-160mmol/l; ecf:4.20.3mmol/lplasma:3.5-5.5mmol/l2.鉀平衡的調(diào)節(jié)：1）鉀的跨細胞轉(zhuǎn)移-泵漏機制 胰島素、兒茶酚胺、胞外鉀濃度及酸堿平衡狀態(tài)、滲透壓、運動以及機體

9、總鉀量2）腎對鉀排泄的調(diào)節(jié)定義：定義：在靜息電位的基礎(chǔ)上,給細胞一個適當?shù)拇碳?可觸發(fā)其產(chǎn)生可傳播的膜電位波動,稱為動作電位.不同細胞的動作電位具有不同的形態(tài)。 ap實驗現(xiàn)象：實驗現(xiàn)象：動作電位的圖形動作電位的圖形 即后去極化即后超極化 “全或無全或無”的特性的特性 可傳播性可傳播性( (不衰減性不衰減性) ) apap的產(chǎn)生是細胞興奮的標志。的產(chǎn)生是細胞興奮的標志。動作電位的產(chǎn)生機制動作電位的產(chǎn)生機制1.1.apap產(chǎn)生的產(chǎn)生的基本條件基本條件: : 膜內(nèi)外存在膜內(nèi)外存在 nana+ + 差差:nana+ +iinana+ + o 110o 110膜在受到膜在受到閾刺激閾刺激而興奮時，對離子

10、的通透性增而興奮時，對離子的通透性增加加：即電壓門控性即電壓門控性nana+ +、k k+ +通道激活而開放。通道激活而開放。na+ channelsk+ channels1. resting state2. depolarization3. depolarization4. repolarizationthresholdrestingrestingrestingrestingrestingthresholdthresholdthresholdthreshold5. hyperpolarization結(jié)論：結(jié)論：1.ap1.ap的上升支由的上升支由nana內(nèi)流形成，下降支是內(nèi)流形成，下降支是k

11、 k外流外流 形成的，后電位是形成的，后電位是nanak k 泵活動引起的。泵活動引起的。 2.ap2.ap的產(chǎn)生是不消耗能量的，的產(chǎn)生是不消耗能量的，apap的恢復(fù)是消耗能量的的恢復(fù)是消耗能量的（nanak k泵的活動）。泵的活動）。 3.ap=3.ap=nana的平衡電位的平衡電位4.4.鋒電位上升支鋒電位上升支nana+ +的內(nèi)流和下降支的內(nèi)流和下降支k k+ +外流都屬于易化外流都屬于易化擴散。擴散。5.5.后電位的形成過程中后電位的形成過程中nana+ +和和k k+ +的轉(zhuǎn)運屬于主動轉(zhuǎn)運，的轉(zhuǎn)運屬于主動轉(zhuǎn)運，需要消耗能量。需要消耗能量。 resting state-90 mvact

12、ivation state-60+30mvinactivation state+30-90mvopen+30-90mvclosed-90+30mv動作電位產(chǎn)生的條件和閾電位動作電位產(chǎn)生的條件和閾電位 1.閾值（閾值（threshold) 能引發(fā)動作電位的最小刺激強度能引發(fā)動作電位的最小刺激強度. .刺激強度未達到閾值刺激強度未達到閾值, ,動作電位不會動作電位不會發(fā)生發(fā)生; ;刺激強度達到閾值后刺激強度達到閾值后, ,即可觸發(fā)動作電位即可觸發(fā)動作電位. . 2.閾強度閾強度(threshold intensity) 將刺激的持續(xù)時間固定將刺激的持續(xù)時間固定, ,測定能使組織發(fā)生興奮的最小刺激強

13、度測定能使組織發(fā)生興奮的最小刺激強度, ,相當相當于閾強度的刺激為閾刺激于閾強度的刺激為閾刺激, ,大于閾強度的刺激為閾上刺激大于閾強度的刺激為閾上刺激, ,而小于閾強度的而小于閾強度的刺激為閾下刺激刺激為閾下刺激. . 3.閾電位閾電位(threshold potential,ap) 是使膜去極化到膜電位的一個臨界值。它的產(chǎn)生要滿足有使膜發(fā)生去是使膜去極化到膜電位的一個臨界值。它的產(chǎn)生要滿足有使膜發(fā)生去極化的刺激和足夠的強度極化的刺激和足夠的強度. .閾電位先引發(fā)一定數(shù)量的閾電位先引發(fā)一定數(shù)量的nana+ +通道開放，通道開放，nana+ +迅速大量內(nèi)流后，再引發(fā)更多數(shù)量的迅速大量內(nèi)流后，再

14、引發(fā)更多數(shù)量的nana+ +通道開放，爆發(fā)通道開放，爆發(fā)apap，因此，當因此，當膜電位達到閾電位后，導(dǎo)致膜電位達到閾電位后，導(dǎo)致nana+ +通道開放與通道開放與nana+ +內(nèi)流之間出現(xiàn)再生性循環(huán)內(nèi)流之間出現(xiàn)再生性循環(huán) （一）傳導(dǎo)機制：（一）傳導(dǎo)機制：局部電流的形成局部電流的形成 圖示無髓鞘神經(jīng)纖維興奮的傳播原理 a ：上方為一從右向左傳播中的神經(jīng)纖維動作電位；下方示意局部電流的形成,局部電流起源于神經(jīng)纖維的興奮區(qū)（圖中影區(qū) 2 ）與前方未興奮區(qū)（ 1 ）之間膜內(nèi)側(cè)和膜外側(cè)的電位差，如圖中箭頭所示；在興奮區(qū)（ 2 ）與尚處于不應(yīng)期的復(fù)極區(qū)（ 3 ）之間也存在局部電流； b ：示意動作電位前

15、方電緊張電位的波前（二）傳導(dǎo)方式（二）傳導(dǎo)方式： 無髓鞘無髓鞘nn纖維的興奮傳導(dǎo)為近距離局部電流；纖維的興奮傳導(dǎo)為近距離局部電流； 有髓鞘有髓鞘nfnf的興奮傳導(dǎo)為遠距離局部電流的興奮傳導(dǎo)為遠距離局部電流( (跳躍式跳躍式) ) 四四.局部電位（局部電位（local potential) 當去極化的刺激很弱時當去極化的刺激很弱時, ,鈉通道并未被激活鈉通道并未被激活, ,僅在膜的局部產(chǎn)生電緊張僅在膜的局部產(chǎn)生電緊張電位電位; ;當給予稍大的去極化刺激時當給予稍大的去極化刺激時, ,可引起部分鈉通道激活和內(nèi)向離子電流可引起部分鈉通道激活和內(nèi)向離子電流, ,使膜在電緊張電位的基礎(chǔ)上進一步去極化使膜在電緊張電位的基礎(chǔ)上進一步去極化, ,但此時膜的去極化可增加但此時膜的去極化可增加k k+ +的的外向驅(qū)動力外向驅(qū)動力, ,且外向且外向k k+ +電流大于內(nèi)向電流大于內(nèi)向na+na+電流電流, ,遂使膜電位又復(fù)極到靜息電遂使膜電位又復(fù)極到靜息電位水平位水平, ,如此形成的膜電位波動為局部電位如此形成的膜電位波動為局部電位. .局部電位的特點：局部電位的特點：不具有不具有“全或無全或無”現(xiàn)現(xiàn)象。其幅值可隨刺激象。其幅