《細(xì)胞的電活動(dòng)》PPT課件.ppt

1、第二講 細(xì)胞的電活動(dòng) Bioelectricity Phenomena of the cell,Case,患者，女性，48歲，以進(jìn)行性肌無(wú)力就診，既往患有1型糖尿病及高血壓，一直服用胰島素及普萘洛爾。實(shí)驗(yàn)室檢查發(fā)現(xiàn)血鉀為6.5 mmol/L。診治后醫(yī)生調(diào)整了藥物劑量，減少了普萘洛爾的用量，增加了胰島素的用量，6天后，患者血鉀降至正常，肌力也恢復(fù)正常。 問(wèn)題： 1.該病人的診斷是什么？ 2.血鉀的變化對(duì)細(xì)胞的興奮性有何影響？ 3.試分析患者肌無(wú)力的原因？ 4.醫(yī)生調(diào)整患者的胰島素用量為何有利于改善肌無(wú)力的癥狀？,概述（Introduction),恩格斯在100多年前就指出：“地球上幾乎沒(méi)有一種變

2、化發(fā)生而不同時(shí)顯示出電的變化”。人體及生物體活細(xì)胞在安靜和活動(dòng)時(shí)都存在電活動(dòng)，這種電活動(dòng)稱為生物電現(xiàn)象（bioelectricity）。細(xì)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(dòng)時(shí)生物電變化的表現(xiàn)。,細(xì)胞的電活動(dòng),電緊張電位：由膜的被動(dòng)電學(xué)特性決定其空間分布的膜電位 細(xì)胞的生物電活動(dòng)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(xì)胞電活動(dòng)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(dòng)而產(chǎn)生的細(xì)胞膜兩側(cè)的電位差 細(xì)胞外電位記錄：如心電圖、腦電圖等 細(xì)胞內(nèi)電位記錄：?jiǎn)渭?xì)胞電位測(cè)定,一、靜息電位（R

3、esting potential,RP）,定義：細(xì)胞處于靜息狀態(tài)時(shí)，細(xì)胞膜兩側(cè)存在著外正內(nèi)負(fù)的電位差。 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：,膜電位變化中的幾種狀態(tài) 1.極 化(polarization):平穩(wěn)的靜息電位存在時(shí)細(xì)胞膜電位外正內(nèi)負(fù)的狀態(tài). 2.去極化(depolarization):靜息電位減小的過(guò)程或狀態(tài). 3.超極化(hyperpolarization):靜息電位增大的過(guò)程或狀態(tài). 4.超射(overshoot):去極化至零電位后膜電位如進(jìn)一步變?yōu)檎?則稱為反極化,膜電位高于零電位的部分稱為超射. 5.復(fù)極化(repolarization):質(zhì)膜去極化后再向靜息電位方向恢復(fù)的過(guò)程. 6.RP值: 神

4、經(jīng)細(xì)胞約-70mV; 骨骼肌細(xì)胞約-90mV; 平滑肌細(xì)胞約-55mV; 紅細(xì)胞約為-10mV,靜息電位產(chǎn)生的機(jī)制 （一）產(chǎn)生離子擴(kuò)散有2個(gè)條件： 鈉泵的活動(dòng)，形成膜內(nèi)外離子的濃度差 靜息時(shí)膜對(duì)離子有選擇性通透性，主要是鉀離子 膜兩側(cè)K+差是促使K+擴(kuò)散的動(dòng)力，但隨著K+的不斷擴(kuò)散，膜兩側(cè)不斷加大的電位差是K+繼續(xù)擴(kuò)散的阻力，當(dāng)動(dòng)力和阻力達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，K+的凈擴(kuò)散通量為零膜兩側(cè)的平衡電位。,K的電化學(xué)驅(qū)動(dòng)力：K有向細(xì)胞外擴(kuò)散的動(dòng)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,膜內(nèi)外離子不均衡分布與resting potential 的關(guān)系 K+凈外流量0時(shí)，K+ 平衡電位 (EK) Ne

5、rnst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(duì)溫度，F(xiàn)為法拉第常數(shù)，Z為原子價(jià)。 EK隨細(xì)胞外液K+濃度的改變而改變,靜息電位Ek Why?,(非門控通道),K+外流,Na+內(nèi)流,靜息電位,膜內(nèi)外離子濃度梯度的維持：Na+ K+ pump,（二）靜息電位的產(chǎn)生機(jī)制 1.靜息電位的產(chǎn)生條件 (1)靜息狀態(tài)下細(xì)胞膜內(nèi)、外離子分布不勻 Na+iNa+o110 K+i K+o 301 Cl-iCl-o114 A-i A-o 41 (2)靜息狀態(tài)下細(xì)胞膜對(duì)離子的通透性具有選擇性 通透性：K+ Cl- Na+

6、 A-,2.RP產(chǎn)生機(jī)制的膜學(xué)說(shuō): 結(jié)論:RP的產(chǎn)生主要是K向膜外擴(kuò)散的結(jié)果。 故RPK+的平衡電位（Na+及Cl-也參與）,靜息電位和極化狀態(tài)一個(gè)現(xiàn)象兩種表達(dá) 靜息電位：膜內(nèi)外的電位差 極化狀態(tài)：膜兩側(cè)電荷分布的情況 影響靜息電位大小的主要因素: 1.膜內(nèi)、外K+濃度差 2.膜對(duì)K+和Na的相對(duì)通透性 3. NaK泵活動(dòng)的水平,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(jìn)心肌攝取和代謝葡糖糖，促使鉀離子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，以利于心臟的正常收縮、減少心律失常，并促進(jìn)心電圖上抬高的ST段回到等電位線。,臨床,極化液療法, 正常鉀代謝,1.鉀濃度： ICF:140-1

7、60mmol/L; ECF:4.20.3mmol/L Plasma:3.5-5.5mmol/L 2.鉀平衡的調(diào)節(jié)： 1）鉀的跨細(xì)胞轉(zhuǎn)移-泵漏機(jī)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(yùn)動(dòng)以及機(jī)體總鉀量 2）腎對(duì)鉀排泄的調(diào)節(jié),二、動(dòng)作電位（Action potential，AP),定義：在靜息電位的基礎(chǔ)上,給細(xì)胞一個(gè)適當(dāng)?shù)拇碳?可觸發(fā)其產(chǎn)生可傳播的膜電位波動(dòng),稱為動(dòng)作電位.不同細(xì)胞的動(dòng)作電位具有不同的形態(tài)。 AP實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：,動(dòng)作電位的圖形,動(dòng)作電位的波形變化,動(dòng)作電位的上升支-Depolarization： 1. 去極化：70mV-0mV 2. 反極化：0mV-50mV 動(dòng)作電位

8、的下降支-Repolarization： 1. 復(fù)極化：膜電位迅速開始下降的過(guò)程. 三. 后電位-After-potential： 負(fù)后電位：即后去極化 正后電位：即后超極化,動(dòng)作電位的特點(diǎn)： “全或無(wú)”的特性 可傳播性(不衰減性) 動(dòng)作電位的意義： AP的產(chǎn)生是細(xì)胞興奮的標(biāo)志。,動(dòng)作電位的產(chǎn)生機(jī)制 1.AP產(chǎn)生的基本條件: 膜內(nèi)外存在Na+差:Na+iNa+O 110 膜在受到閾刺激而興奮時(shí)，對(duì)離子的通透性增加：即電壓門控性Na+、K+通道激活而開放。,Na+ channels,K+ channels,1. Resting state,2. Depolarization,3. Depolar

9、ization,4. Repolarization,Threshold,Resting,Resting,Resting,Resting,Resting,Threshold,Threshold,Threshold,Threshold,5. Hyperpolarization,結(jié)論： 1.AP的上升支由Na內(nèi)流形成，下降支是K外流 形成的，后電位是NaK 泵活動(dòng)引起的。 2.AP的產(chǎn)生是不消耗能量的，AP的恢復(fù)是消耗能量的（NaK泵的活動(dòng)）。 3.AP=Na的平衡電位 4.鋒電位上升支Na+的內(nèi)流和下降支K+外流都屬于易化擴(kuò)散。 5.后電位的形成過(guò)程中Na+和K+的轉(zhuǎn)運(yùn)屬于主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)，需要消耗能量。

10、, 電壓依賴式的鈉通道的狀態(tài), 電壓依賴式的鉀通道的狀態(tài),Open +30-90mV,Closed -90+30mV,動(dòng)作電位產(chǎn)生的條件和閾電位 1.閾值（threshold) 能引發(fā)動(dòng)作電位的最小刺激強(qiáng)度.刺激強(qiáng)度未達(dá)到閾值,動(dòng)作電位不會(huì)發(fā)生;刺激強(qiáng)度達(dá)到閾值后,即可觸發(fā)動(dòng)作電位. 2.閾強(qiáng)度(threshold intensity) 將刺激的持續(xù)時(shí)間固定,測(cè)定能使組織發(fā)生興奮的最小刺激強(qiáng)度,相當(dāng)于閾強(qiáng)度的刺激為閾刺激,大于閾強(qiáng)度的刺激為閾上刺激,而小于閾強(qiáng)度的刺激為閾下刺激. 3.閾電位(threshold potential,AP) 是使膜去極化到膜電位的一個(gè)臨界值。它的產(chǎn)生要滿足有使膜

11、發(fā)生去極化的刺激和足夠的強(qiáng)度.閾電位先引發(fā)一定數(shù)量的Na+通道開放，Na+迅速大量?jī)?nèi)流后，再引發(fā)更多數(shù)量的Na+通道開放，爆發(fā)AP，因此，當(dāng)膜電位達(dá)到閾電位后，導(dǎo)致Na+通道開放與Na+內(nèi)流之間出現(xiàn)再生性循環(huán),三、動(dòng)作電位的傳播,（一）傳導(dǎo)機(jī)制：局部電流的形成,圖示無(wú)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(dòng)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(dòng)作電位前方電緊張電位的波前,（二）傳導(dǎo)方式： 無(wú)髓鞘N纖維的興奮傳導(dǎo)為近距離局部電流； 有髓鞘NF的興奮傳導(dǎo)為遠(yuǎn)距離局部電流(跳躍式),四.局部電位（local potential) 當(dāng)去極化的刺激很弱時(shí),鈉通道并未被激活,僅在膜的局部產(chǎn)生電緊張電位;當(dāng)給予稍大的去極化刺激時(shí),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(jìn)一步去極化,但此時(shí)膜的去極化可增加K+的外向驅(qū)動(dòng)力,且外向K+電流大于內(nèi)向Na+電流,遂使膜電位又復(fù)極到靜息電位水平,如此形成的膜電位波動(dòng)為局部電位.,局部電位的特點(diǎn)： 不具有“全或無(wú)”現(xiàn)象。其幅值可隨刺激