靜息電位第三動作電位

靜息電位第三動作電位第1頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)神經(jīng)元膜的物質(zhì)轉運細胞膜的功能：

1.

隔離細胞內(nèi)外液

2.跨膜物質(zhì)轉運，完成細胞內(nèi)外細胞物質(zhì)交換

3.電離子跨膜運動，是神經(jīng)元電活動的基礎物質(zhì)轉運的基本原則：簡單的可直接擴散小分子物質(zhì)通過膜蛋白轉運復雜的要通過膜運動

第2頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月Section１．MembraneTransportLipidBilayer--primarybarrier,selectivelypermeable第3頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月一、通過脂質(zhì)雙層的物質(zhì)擴散單純擴散

SimpleDiffusion條件：膜兩側濃度差的大小，膜通透性

膜通透性：

物質(zhì)的脂溶性

分子的大小帶點狀態(tài)O2CO2N2NO乙醇，尿素，類固醇激素第4頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月Carrier-mediated二、通過膜蛋白介導的物質(zhì)轉運膜蛋白包括：通道，載體，離子泵和轉運體。被動轉運：不耗能，順濃度差/電位差。包括載體和通道介導的易化擴散。主動轉運：耗能，逆濃度差/電位差包括離子泵介導的原發(fā)性主動轉運和轉運體介導的繼發(fā)性主動轉運第5頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）載體（carrier)介導的易化擴散載體：屬貫穿脂質(zhì)雙層的整合蛋白，轉運機制不清。在高濃度側與被轉運物質(zhì)結合，載體結構蛋白變構，低濃度側解離，完成轉運。轉運特性：1順濃度轉運，不耗能。

2具有化學結構的特異性

3載體數(shù)目有限，具有飽和性

4競爭性主要轉運物質(zhì)：葡萄糖，氨基酸等。第6頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月Characteristicsofcarrier-mediateddiffusionnetmovementalwaysdependsontheconcentrationgradient

SpecificitySaturationCompetitionGlucoseAminoacid第7頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）通道（channel)介導的易化擴散通道主要轉運Na+K+，Ca2+，Cl-等帶電離子，又稱離子通道（ionchannel)。結構特點：貫穿脂質(zhì)雙層，中央有親水性孔道。轉運特性：1順濃度差轉運，不耗能

2離子選擇性（孔道口徑，內(nèi)壁的帶電狀態(tài)）

3具有開和關的門控電性

4產(chǎn)生跨膜離子電流第8頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月Channel-mediated第9頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）離子泵（ionpump)介導的主動轉運原發(fā)性主動轉運：膜蛋白離子泵介導的主動轉運特點：直接利用ATP功能，逆濃度差/電位差進行離子跨膜轉運。離子泵：鈉泵，鈣泵，質(zhì)子泵。最重要的離子泵：鈉泵(鈉-鉀泵，Na+K+-ATP酶）第10頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月（四）轉運體介導的繼發(fā)性主動轉運由轉運體（transporter)來介導，逆濃度差或電位差轉運時，并不直接消耗ATP，能量來源于膜內(nèi)外Na+濃度差。轉運的物質(zhì)：葡萄糖，氨基酸離子交換神經(jīng)遞質(zhì)第11頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月symtransport（同向轉運）(e.g.Na+-glucose,Na+-aminoacidcotransport)Countertransport(反向轉運）(e.g.Na+-Ca2+,Na+-H+exchange)第12頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月三、通過膜“運動”的物質(zhì)轉運大分子物質(zhì)或物質(zhì)團塊，特定功能性物質(zhì)轉運。出胞（exocytosis)：將胞內(nèi)的大分子物質(zhì)通過分泌囊泡的胞吐方式向胞外排出的過程。神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，受體，通道蛋白鑲嵌入膜入胞(endocytosis)：將胞外的大分子物質(zhì)甚至團塊運入胞內(nèi)內(nèi)化（internalization)入胞是固體稱吞噬（phagocytosis),是液體稱胞飲（pinocytosis)，受體介導的入胞（receptor-mediatedendocytosis)

細胞膜上的蛋白質(zhì)如離子通道，受體可內(nèi)化。第13頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月EndocytosisandExocytosis第14頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月Endocytosis第15頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第一階段：離子機制學說生物電現(xiàn)象：18世紀末，Galvani的涼臺實驗1902年Bernstain提出了生物電現(xiàn)象產(chǎn)生機制：膜學說（membranetheory)第二階段：離子機制的證明和離子通道學說1939年，HodginandHuxley用槍烏鰂的神經(jīng)軸突記錄到了跨膜電位證實了靜息電位產(chǎn)生機制的正確性的同時提出了動作電位的Na+學說第三階段：離子通道機制的證明1976年，成功建立膜片鉗和單通道記錄技術生物電記錄的技術概述第16頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)靜息電位

Restingpotentials（RP）靜息電位（restingpotential，RP）：指未受刺激時神經(jīng)元末內(nèi)外兩側的電位差。第17頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月Measuringtherestingmembranepotential

Microelectrode0.5umdiameter第18頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)靜息電位的離子機制一、產(chǎn)生靜息電位的條件1.細胞內(nèi)外K+的不均衡分布2.

細胞膜在靜息狀態(tài)時主要只對K+有通透性的假設第19頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月鈉泵的活動，細胞內(nèi)液的K+濃度較細胞外液高，而Na+和Cl-的濃度則細胞外液比細胞內(nèi)液高，這是細胞生物電的產(chǎn)生基礎。第20頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月K+平衡電位形成的離子機制第21頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月極化（polarization)：神經(jīng)元膜內(nèi)負外正的帶電狀態(tài)去極化(depolarization)：膜電位的數(shù)值向負值減少的方向變化超極化(hyperpolarization)：向負值增大的方向變化反極化：變成內(nèi)正外負的狀態(tài)復極化(repolarization)：當膜電位從去極化或反極化狀態(tài)恢復到極化狀態(tài)第22頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月2.K+的平衡電位（Ek）與Nernst方程

equilibriumpotential

TheNernstequation：R氣體常數(shù)（8.31）joules/Kelvin/moleT是絕對溫度Z是離子價數(shù)（K+為+1價）F是法拉第常數(shù)（96500）[K+]o和[K+]i分別代表細胞內(nèi)外K+的濃度=EK=61.5log++0i第23頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月Approximateionconcentrationoneithersideofaneuronalmembrane第24頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月靜息電位形成的機制

Themechanismunderlyingrestingpotential靜息狀態(tài)時，膜上絕大多數(shù)K+通道開放，僅少量Na+通道開放，開放的K+通道比開放的Na+通道多約9倍；細胞內(nèi)K+濃度比細胞外高約30倍。導致細胞內(nèi)的K+順著濃度梯度擴散到膜外，但細胞內(nèi)帶負電荷的蛋白質(zhì)大分子物質(zhì)不能通過細胞膜而留在細胞內(nèi)，從而使膜內(nèi)外出現(xiàn)電位差，即膜內(nèi)帶負電荷，膜外帶正電荷，這種跨膜電位差阻礙了K+的進一步外流。當跨膜的濃度差（K+外流的驅(qū)動力）和電位差（K+外流的阻力）達到平衡時，K+的凈通量為零，膜內(nèi)外電位差就相對地穩(wěn)定在某一水平。

第25頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月特點產(chǎn)生原理記憶口訣穩(wěn)定的直流電位，呈膜外為正、膜內(nèi)為負的極化狀態(tài)1、細胞內(nèi)、外離子分布不均勻：細胞內(nèi)K＋及帶負電的蛋白質(zhì)多，細胞外Na＋、Ca2+、Cl-多。2、膜的選擇通透性：安靜時對K＋的通透性大。3、K＋外流，而膜內(nèi)帶負電的蛋白不能隨K＋外流，形成與K＋隔膜相吸的極化狀態(tài)；4、其數(shù)值相當于K＋的平衡電位。外正內(nèi)負原理三：一不均，二選擇，三是生電鈉泵。第26頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章神經(jīng)電信號和動作電位Electricalsignalandactionpotential局部電位動作電位神經(jīng)元的興奮性第27頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月神經(jīng)電信號：神經(jīng)元在靜息電位基礎上所發(fā)生的膜電位變化。靜息電位變化按其表現(xiàn)和傳播分為：局部變化產(chǎn)生局部電位：等級性和局限性傳播性變化產(chǎn)生動作電位：大小形態(tài)固定，并可長距離傳播第一節(jié)神經(jīng)電信號的概述第28頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)局部電位localizedpotential局部電位：是給與神經(jīng)元膜去極化電刺激引起的電緊張電位及少量Na+通道開放，少量Na+內(nèi)流引起的閾電位以下的去極化反應局部電位類型：

1.

電刺激引起的局部電位

2.

感受器電位

3.

突觸電位(synapticpotential)：指神經(jīng)信號在神經(jīng)元間進行傳遞過程中，由突觸前神經(jīng)元釋放的神經(jīng)遞質(zhì)，作用于突觸后神經(jīng)元所引起的突觸后膜點位的變化，根據(jù)變化不同，可分為興奮性的去極化和抑制性的超極化。

4.效應器點位

5.

自發(fā)膜電位

6.

局部電流引起的膜電位變化第29頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月二、局部電位的特性等級性：又稱作刺激強度依賴性2.

電緊張擴布性：也稱局限性，隨著擴布距離增大而衰減。3.

總和性：時間性總和、空間性總和

第30頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)動作電位及產(chǎn)生機制

ThemechanismunderlyingAP

一、動作電位（actionpotential,AP)的概念和特征動作電位：是神經(jīng)元在靜息電位基礎上，受到刺激后膜電位所發(fā)生的快速翻轉和復原的過程，是一種可傳導的電信號。

特征：

1.全或無現(xiàn)象同一細胞內(nèi)的AP的大小不隨刺激強度而改變

2.全幅式傳導性

3.不可疊加性

第31頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月二、動作電位的過程和成分動作電位由三部分組成：局部電位鋒電位：去極化相負極化相后電位：去極化后電位超極化后電位第32頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月極化狀態(tài)(

polarization)：將靜息狀態(tài)下細胞膜跨膜電位內(nèi)負外正的狀態(tài)；超極化(

hyperpolarization)：膜內(nèi)負電位增大(例如從-70mv變?yōu)?90mv)去極化(depolarization)：膜內(nèi)負電位減小(例如從-70mv變?yōu)?60mv)復極化(repolarization)：細胞膜去極化后再向原來靜息電位方向恢復動作電位(

actionpotential)：在原有靜息電位的基礎上，膜電位發(fā)生的迅速的倒轉和恢復鋒電位(spike)：動作電位是細胞興奮的表現(xiàn)，主要表現(xiàn)為一個尖鋒形的電位波動１．相關概念第33頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月三、動作電位產(chǎn)生的離子機制（一）鋒電位的離子機制1鋒電位產(chǎn)生的條件：神經(jīng)元的RP是鋒電位產(chǎn)生的基礎細胞外的Na+濃度遠遠大于細胞內(nèi)Na+濃度[Na+]o>[Na+]I

刺激引起Na+通道開放2鋒電位幅度和Na+平衡電位（ENa)

鋒電位頂點的膜電位水平是由ENa決定的鋒電位的上升支是由Na+內(nèi)流所致鋒電位的下降支，是由上升支去極化導致大量電壓門控K+

通道開放，在電壓差和濃度差的共同驅(qū)動下，大量K+外流產(chǎn)生負極化第34頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月Na+學說鋒電位超射與ENa+接近降低鈉離子濃度降低鋒電位幅度TTX阻斷劑抑制動作電位產(chǎn)生第35頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月Depolarizationofthecellduringtheactionpotentialiscausedbytheinfluxofsodiumionsacrossthemembrane,andrepolarizationiscausedbytheeffluxofpotassiumions.第36頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）后電位的離子機制去極化后電位:可能是由于

1.

復極相是大量K+外流，導致細胞外K+的蓄積，故延緩了復極化的過程

2.鋒電位期間激活的Ca2+內(nèi)流超極化后電位：

1.K+繼續(xù)外流

2.生電性鈉泵的作用第37頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月①靜息時膜電位②去極化刺激第38頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月⑧超極化后電位（正后電），此時K+通道仍然開放，使較多的K+擴散到膜外，引起超極化。鈉泵作用。⑨細胞膜電位恢復到靜息電位水平⑦去極化后電位（負后電位），此時Na+通道基本恢復，膜電位仍小于正常靜息電位，與閾電位差距小，故興奮性高于正常。大量鉀離子外流，蓄積延緩復極化，鈣離子內(nèi)流。⑥K+從細胞轉移到細胞外液使細胞復極化⑤Na+通道關閉，K+通道開放④Na+迅速進入細胞，使細胞去極化③膜去極化達閾電位水平，電壓門控Na+通道開放。Na+進入細胞。電壓門控K+通道開始緩慢開放第39頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月神經(jīng)纖維動作電位產(chǎn)生的原理去極相膜受刺激后發(fā)生快速去極相刺激達閾值，膜部分去極化達閾電位，鈉通道大量開發(fā)，Na+迅速內(nèi)流；鈉進復極相膜迅速復極化1、鈉通道迅速關閉，Na+內(nèi)流停止；2、膜對K+通透性增高，K迅速外流；鉀出恢復相通過鈉－鉀泵的活動，使細胞內(nèi)、外離子成分恢復還原泵還原特點產(chǎn)生原理記憶口訣第40頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月The

molecularbasicoftheactionpotential第41頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月4.characterAllornone:同一細胞動作電位的大小形態(tài)不隨刺激強度而改變的性質(zhì)。Nondecreasingconduction不衰減性傳導NoOverlap不可疊加性第42頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)動作電位的產(chǎn)生和傳導Actionpotentialgenerationandconduction

閾電位（thresholdpotential):是觸發(fā)再生性動作電位的臨界膜電位水平，是局部電位和鋒電位的分界點閾電位越低，興奮性越高，閾電位越高，興奮性就越低第43頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月動作電位的傳播（propagationofAP)動作電位的傳播：是指神經(jīng)元的任意部位產(chǎn)生的AP，在神經(jīng)元網(wǎng)絡上的擴散過程分為：傳導和傳遞動作電位傳導的特點：●長距離傳導●雙向性傳導，而實際上是單向傳導●傳導速度與神經(jīng)纖維的直徑呈正比●在有髓神經(jīng)纖維上跳躍式傳導第44頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月The

myelinsheathandnodeofRanvierNodeofRanvier:0.5umgapofnakedaxon/adjacentregions

Saltatoryconduction

跳躍式傳導第45頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)神經(jīng)元的興奮性興奮性excitability興奮Excitation可興奮細胞excitablecell閾強度thresholdintensity閾刺激thresholdstimulus影響神經(jīng)元興奮性的因素1.靜息電位和閾電位水平兩者的差值越小，興奮性越高，越大，則興奮性越低。2.Na+通道功能狀態(tài)3.Ca2+的影響4.動作電位過程中神經(jīng)元興奮性的變化絕對不應期：超射期和復極化前期相對不應期：鋒電位下降支的晚期超常期：去極化后電位器期低常期：超極化后電位期第46頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月6.ExcitationandExcitabilityConception：

Excitability(興奮性）:Excitation:（興奮）

ThresholdIntensity（閾強度）andThresholdstimulus（閾刺激）Toinitiateexcitation(AP)ExcitablecellStimulationIntensityDurationdV/dtThefactorofinfluencingExcitability:第47頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月Thresholdintensity&Thresholdstimulus第48頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月RefractoryperiodfollowinganAP:1.AbsoluteRefractoryPeriod:inactivationofNa+channel2.RelativeRefractoryPeriod:someNa+channelsopen第49頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月2.Methodsofrecordingactionpotentialsloudspeaker第50頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月生物電的直接測量得益于電磁效應和電流計的發(fā)明ExtracellularRecording：Fieldpotential(場電位)IntercellularRecording：

VoltageClamp

PatchClampHowtostudy?第三節(jié)離子電流的分離與記錄方法

1.研究離子通道的技術

techniquesforstudyingionchannel第51頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月VoltageClampNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1963"fortheirdiscoveriesconcerningtheionicmechanismsinvolvedinexcitationandinhibitionintheperipheralandcentralportionsofthenervecellmembrane"Eccles Hodgkin Huxley第52頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月①電壓固定技術，又稱電壓鉗（Voltageclamp）技術，用于研究動作電位過程中膜電流的變化。

Im＝＋Ic，Q＝CV,Ic=＝Cm

，所以Im＝＋Cm

，令＝0，得Im＝。固定膜電位Vm不變，膜電容電流Ic為零，膜總電流Im等于離子電流Iion。第53頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月把細胞膜電位固定在某一水平時，稱為保持電位（holdingpotential），如有離子跨膜移動，膜電位將偏離保持電壓。電壓電極測出這一膜電位的變化，反饋電路輸入一反向電流，膜電位固定在保持電位水平，所輸入電流量的數(shù)值反映了該指令電位下的膜電流的大小。第54頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月Currentsrecordedundervoltageclampcondition第55頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月PatchClamp0.06pA1A=103mA=106uA=109nA=1012pANobelPrizeinPhysiologyorMedicine1991"fortheirdiscoveriesconcerningthefunctionofsingleionchannelsincells"ErwinNeher BertSakmann

②膜片鉗（patchclamp）在電壓鉗制技術基礎上發(fā)展而來的一種研究離子通道電流的技術。對電極尖端吸附的細胞膜片進行膜電流記錄的方法，若所記錄的膜片上只有單個離子通道時，即位單通道記錄。P26P91第56頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月A:pathclampB:大鼠肌肉單通道離子電流記錄曲線向上為通道開放第57頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第58頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第59頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第60頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第61頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第62頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第63頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第64頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第65頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第66頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第67頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第68頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第69頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月2.離子電流的分離方法

ioniccurrentsegregated

(1)離子置換法ionexchangeA蔗糖sucrose氯化膽堿B灌流氯化膽堿鉀離子電流第70頁，課件共