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1、CHAPTER 4人体的基本生理功能INTRODUCTION,第一节 生命活动的基本特征,新陈代谢（metabolism)兴奋性（excitability)生殖（reproduction),刺激（stimulus):引起生物体出现某种反应的内外环境条件的变化。,兴奋性（excitability):组织细胞对刺激产生动作电位(AP)的能力。,可兴奋组织的表现形式,+有-无,刺激强度,刺激持续时间,时间-强度变化率,反变关系,衡量组织兴奋性高低的指标是？,作为刺激，一般需要具备三个条件,刺激的阈值(threshold)即阈强度threshold intensity：刺激作用时间，强度-时间变化率固
2、定不变，刚能引起组织兴奋（AP）的最小刺激强度。阈上刺激阈下刺激,刺 激 引 起 兴 奋 的 条 件,第二节 神经与肌肉的一般生理,恩格斯在100多年前就指出：“地球上几乎没有一种变化发生而不同时显示出电的变化”。,一 细胞的生物电现象及其产生机制,生物电是什么？,可兴奋细胞无论在安静状态还是在活动过程中都表现有电的变化，这种电是伴随着细胞生命活动而出现的。所以称为生物电（bioelectricity）。肌电图 心电图 脑电图,细胞水平生物电表现形式,跨膜电位,生物电活动的实验方法,微电极,静息电位：细胞处于相对安静状态时，细胞膜内外存在的电位差。,（一）静息电位(resting potent
3、ial RP)1.概 念,2.实验现象：,3.与RP相关的概念：膜电位:存在于膜两侧的电位差称为膜电位。膜内负电位：因膜内电位低于膜外，习惯上RP指的是膜内负电位。RP值:哺乳动物的神经纤维为-70-90mV、骨骼肌-90mV、平滑肌细胞-50-60mV，红细胞约为-10mV左右。,极化：安静时，细胞膜两侧外正内负的状态。,RP值描述:RP膜内负电位(-70-90mV)=超极化 RP膜内负电位(-70-50mV)=去极化,-100,去极化:在极化基础上，膜内外电位差 减小。去极化表示细胞处于兴奋过程。,+20,0,-20,-40,-60,-80,mV,阈电位,+20,0,-20,-40,-60
4、,-80,-100,mV,阈电位,超极化：膜内外电位差增大，即膜内负电位大。超极化表示细胞处于抑制状态。,0mv,-70mv,复极化：细胞膜去极化后再向RP方向恢复,4 静息电位产生机制,Bernstein,1902年提出了解释生物电产生机制的膜学说,1）证明RP的实验：,（甲）当A、B电极都位于细胞膜外，无电位改变，证明膜外无电位差。,（乙）当A电极位于细胞膜外，B电极插入膜内时，有电位改变，证明膜内、外间有电位差。,（丙）当A、B电极都位于细胞膜内，无电位改变，证明膜内无电位差。,这种内负外正的电位差是如何形成的？,化学现象,要在膜两侧形成电位差，必须具备两个条件：膜两侧的离子分布不均，存
5、在浓度差；对离子有选择性通透的膜。,(1)静息状态下细胞膜内、外离子分布不匀 Na+iNa+o110,K+iK+o301 Cl-iCl-o114,A-iA-o 41,2）.静息电位的产生条件,主要离子分布：,膜内：,膜外：,(2)静息状态下细胞膜对离子的通透性具有选择性 通透性：K+Cl-Na+A-,膜两侧K+差是促使K+扩散的动力，但随着K+的不断扩散，膜两侧不断加大的电位差是K+继续扩散的阻力，当动力和阻力达到动态平衡时，K+的净扩散通量为零静息电位，又称K+平衡电位。,3）K+平衡电位,Nernst公式,EK=,RT,ZF,K+,R 气体常数 T 绝对温度 Z 离子价数 F 法拉第常数,
6、ln,EK,RP,EK,RP,四乙胺阻断钾通道时，静息电位消失。,ln,哺乳动物骨骼肌细胞的实测值-90mv计算值为-95mv枪乌贼巨轴突测定值-77mv,计算值为-87mv,放射性标记离子观察，细胞安静时膜不仅对钾离子通透，而且对钠离子有通透性。对钾离子的通透性比对钠的达100倍。静息时有少量钠离子进入膜内，所以实测值比计算值要小。,RP产生机制的膜学说:静息状态下细胞膜内外离子分布不均；细胞膜对离子的通透具有选择性:K+Cl-Na+A-,Ki顺浓度差向膜外扩散A-i不能向膜外扩散,K+i、A-i膜内电位(负电场)K+o膜外电位(正电场),膜外为正、膜内为负的极化状态,当扩散动力与阻力达到动
7、态平衡时=RP,结论:RP的产生主要是K向膜外扩散的结果。RP=K+的平衡电位,（二）动作电位(action potential AP)1.概 念：可兴奋细胞受到阈刺激或阈上刺激，细胞膜在静息电位基础上发生一次短暂的、可逆的,并可传导的电位变化。,2.AP实验现象：,三种可兴奋细胞动作电位示意图A 运动神经元；B 骨骼肌细胞；C心室肌细胞,（脉冲）,1）AP产生的基本条件:膜内外存在Na+差:Na+iNa+O 110；膜在受到阈刺激而兴奋时，对离子的通透性增加：即电压门控性Na+、K+通道激活而开放。,3 动作电位的产生机制,当细胞受到刺激,细胞膜上少量Na+通道激活而开放,Na+顺浓度差少量
8、内流膜内外电位差局部电位,当膜内电位变化到阈电位时Na通道大量开放,Na+顺电化学差和膜内负电位的吸引再生式内流,Na+i、K+O激活Na+K+泵,膜内负电位减小到零并变为正电位即Na+平衡电位（AP上升支）,Na+通道关Na+内流停+同时K+通道激活而开放,K顺浓度差和膜外负电位的吸引K迅速外流,膜内电位迅速下降，恢复到RP水平（AP下降支）,Na+泵出、K+泵回，离子恢复到兴奋前水平后电位,2）过程,证明：Nernst公式的计算 AP达到的超射值（正电位值）相当于计算所得的ENa值。应用Na通道特异性阻断剂河豚毒后，内向电流全部消失（AP消失）。,超射值的大小取决于什么因素？,Hodgki
9、n和Huxley于1949年实验证明：细胞内外钠离子浓度比值减小时，动作电位的幅度、去极化速度和动作电位的传导速度都下降。内液钠离子浓度增加，超射值增大，钠离子平衡电位也增大。,EK=,RT,ZF,Na+,ln,3）结论：AP的上升支由Na内流形成，下降支是K外流形成的，后电位是NaK泵活动引起的。AP的产生是不消耗能量的，AP的恢复是消耗能量的（NaK泵的活动）。AP=Na的平衡电位。,4）动作电位的特征：是非衰减式传导的电位。具有“全或无”的现象：即同一细胞上的AP大小不随刺激强度和传导距离而改变的现象。5.动作电位的意义：AP的产生是细胞兴奋的标志。,神经细胞,K+,Na+,K+,动作电
10、位,4 细胞兴奋后兴奋性的变化,绝对不应期：无论多强的刺激也不能再次兴奋的时期。相对不应期：阈上刺激才能再次兴奋的时期。超常期：阈下刺激便能再次兴奋的时期。低常期：阈上刺激才能再次兴奋的时期。,组织兴奋后兴奋性变化的对应关系,分 期 兴奋性 与AP对应关系 机 制绝对不应期 降至零 锋电位 钠通道失活相对不应期 渐恢复 负后电位前期 钠通道部分恢复超常期 正常 负后电位后期 钠通道大部恢复低常期 正常 正后电位 膜内电位呈超极化,绝对不应期的意义：绝对不应期的长短决定两次 兴奋的最小间隔,5 兴奋的引起和传导,引起兴奋的条件。阈强度阈电位：是使去极化突然转变为锋电位时的最小膜电位水平。也可以说
11、是使钠通道突然大量开放产生动作电位的临界膜电位数值。当膜电位达到阈电位后，导致Na+通道开放与Na+内流之间出现再生性循环。,局部电位及其特性,概念：阈下刺激只引起少量钠通道开放，少量钠内流，在受刺激的局部出现一个较小的低于阈电位的去极化反应。（局部兴奋）。,(三)细胞的局部兴奋 local response,特点：不具“全”或“无”的特点 随阈下刺激强度的增强而增大,2 衰减性,电紧张性扩布（electrotonic propagation):局部电位只能沿着膜向邻近作短距离的扩布，并随着扩布距离的增加而迅速衰减乃至消失。,时间性总和,总和,空间性总和,局部电位与动作电位的比较,二 兴奋在同
12、一细胞上的传导（一）传导机制：局部电流学说,静息部位膜内为负电位，膜外为正电位兴奋部位膜内为正电位，膜外为负电位,在兴奋部位和静息部位之间存在着电位差,膜外的正电荷由静息部位向兴奋部位移动膜内的负电荷由兴奋部位向静息部位移动,形成局部电流,膜内：兴奋部位相邻的静息部位的电位上升膜外：兴奋部位相邻的静息部位的电位下降,去极化达到阈电位，触发邻近静息部位膜爆发新的AP,局部电流：,（二）传导方式：无髓鞘N纤维的兴奋传导为近距离局部电流；有髓鞘N纤维的兴奋传导为远距离局部电流(跳跃式)。,（三）传导特点 1、生理完整性 2、双向性 3、相对不疲劳性 4、绝缘性 5、不衰减性或“全或无”现象,小结,1
13、.静息电位动作电位形成机制2.兴奋性周期性变化3.神经冲动的传导,兴奋性阈刺激阈电位阈强度动作电位,名词解释,1对单条神经纤维而言，与较弱的有效刺激相比较，刺激强度增加1倍时，动作电位的幅度：A增加1倍 B减少1倍C增加2倍 D增加05倍E不变2细胞膜内外正常的Na+和K浓度差的形成和维持是由于：A膜在安静时对K通透性大B膜在兴奋时对Na+通透性增加CK易化扩散的结果D膜上Na+-K泵的作用ENa+易化扩散的结果,3神经纤维中相邻两个锋电位的时间间隔至少应大于其：A相对不应期 B绝对不应期C超常期 D低常期E绝对不应期相对不应期4某肌细胞静息电位为70mV，当变为20mV时称为：A极化 B去极化C超极化 D反极化E复极化,5下列关于神经细胞兴奋传导的叙述，哪项是错误的:A动作电位可沿细胞膜传导到整个细胞B传导的方式是通过产生局部电流来刺激未兴奋 部位，使之也出现动作电位C动作电位的幅度随传导距离增加而衰减D传导速度与神经纤维的直径有关E传导速度与温度有关,6神经细胞在接受一次阈上刺激后，兴奋性周期变化的顺序是：A相对不应期、绝对不应期、超常期、低常期B绝对不应期、相对不应期、低常期、超常期C绝对不应期、低常期、相对不应期、超常期D绝对不应期、相对不应期、超常期、低常期E绝对不应期、超常期、低常期、相对不应期,
