第十九章第二十章細(xì)胞電活動(dòng)

1、膜電位（膜電位（membrane potential, Vm)靜息電位（靜息電位（resting potential, RP)動(dòng)作電位（動(dòng)作電位（action potential, AP)極化狀態(tài)極化狀態(tài)去極化（去極化（depolarization)超極化（超極化（hyperpolarization)復(fù)極化（復(fù)極化（repolarization)If : Vm=-100 mV, thickness of plasma membrane=4nmThen: electric field250,000V/cmThe plasma membrane mimics a miniature battery

2、. Energy is used to: 1) drives transmembrane transport; 2) signaling：神經(jīng)、肌肉、腺體等：神經(jīng)、肌肉、腺體等一、細(xì)胞電活動(dòng)的現(xiàn)象一、細(xì)胞電活動(dòng)的現(xiàn)象IonIntracellularExtracellularK+Na+Ca2+Cl-HCO3-140 mM15 mM10-7 M20 mM14 mM4 mM145 mM10-3 M120 mM24 mMPlasma membrane(1) Unequal distribution of ions across the plasma membrane largely due to pr

3、imary and secondary active transport磷脂雙層的磷脂雙層的屏障作用屏障作用GatedNon-gatedIonIntracellularExtracellularK+Na+Ca2+Cl-HCO3-140 mM15 mM10-7 M20 mM14 mM4 mM145 mM10-3 M120 mM24 mMPlasma membrane(2) Selective permeability of the plasma membrane account for resting membrane potential選擇性通透膜選擇性通透膜IntracellularExtr

4、acellularExtracellularIntracellular順濃度梯度順濃度梯度逆電位梯度逆電位梯度順濃度梯度順濃度梯度Scenario C: 平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)(equilibrium)電電-化學(xué)驅(qū)動(dòng)力化學(xué)驅(qū)動(dòng)力=RTlnK+iK+o+ zF(Ei-Eo) = 0(Ei-Eo) = -RTzFK+iK+oln= -60K+iK+ologNernst equationEK靜息狀態(tài)下靜息狀態(tài)下Na+的驅(qū)動(dòng)力：的驅(qū)動(dòng)力： VmENa=-70mV-(+60mV)=-130mV 靜息狀態(tài)下靜息狀態(tài)下K+的驅(qū)動(dòng)力：的驅(qū)動(dòng)力： VmEK=70mV(90mV)=+20mV電化學(xué)驅(qū)動(dòng)力電化學(xué)驅(qū)動(dòng)力=V

5、m-E離子離子 *動(dòng)力為負(fù)值時(shí)：推動(dòng)正電荷流入胞動(dòng)力為負(fù)值時(shí)：推動(dòng)正電荷流入胞(內(nèi)向電內(nèi)向電流流 inward current,如如Na+,Ca2+內(nèi)流內(nèi)流) *動(dòng)力為正值時(shí)：推動(dòng)正電荷出胞動(dòng)力為正值時(shí)：推動(dòng)正電荷出胞(外向電流外向電流outward current,如如K+外流外流,Cl-內(nèi)流內(nèi)流)總結(jié)：靜息電位的原理總結(jié)：靜息電位的原理離子在細(xì)胞膜兩側(cè)的不均勻分布：離子在細(xì)胞膜兩側(cè)的不均勻分布： 離子有順濃度和電位梯度（電化學(xué)梯度）流離子有順濃度和電位梯度（電化學(xué)梯度）流動(dòng)的趨勢(shì)動(dòng)的趨勢(shì)靜息狀態(tài)時(shí)，細(xì)胞膜對(duì)靜息狀態(tài)時(shí)，細(xì)胞膜對(duì)K+ 的通透性高（一些的通透性高（一些K+通通道開(kāi)放）道開(kāi)放）細(xì)

6、胞膜上有較多細(xì)胞膜上有較多non-gated鉀通道開(kāi)放鉀通道開(kāi)放 K+順濃度梯度外流，造成膜內(nèi)負(fù)電位狀態(tài)順濃度梯度外流，造成膜內(nèi)負(fù)電位狀態(tài)鈉泵維持離子在膜兩側(cè)的不均勻分布狀態(tài)，同時(shí)鈉泵維持離子在膜兩側(cè)的不均勻分布狀態(tài)，同時(shí)鈉泵活動(dòng)可使膜一定程度的超極化鈉泵活動(dòng)可使膜一定程度的超極化 Consider: What if changes occur in K+ in a patients extracellular fluid? Hypokalemia or Hyperkalemia三、動(dòng)作電位及其產(chǎn)生機(jī)制三、動(dòng)作電位及其產(chǎn)生機(jī)制1. 概概 念：念：可興奮細(xì)胞受到刺激，細(xì)胞膜在靜可興奮細(xì)胞受到刺激

7、，細(xì)胞膜在靜息電位基礎(chǔ)上發(fā)生一次短暫的、可逆的息電位基礎(chǔ)上發(fā)生一次短暫的、可逆的,并可并可向周圍擴(kuò)布的電位波動(dòng)。向周圍擴(kuò)布的電位波動(dòng)。2. 動(dòng)作電位的產(chǎn)生機(jī)制動(dòng)作電位的產(chǎn)生機(jī)制(1) 閾下刺激導(dǎo)致局部膜電位變化（局部反應(yīng)）閾下刺激導(dǎo)致局部膜電位變化（局部反應(yīng)）AP上升支上升支AP下降支下降支(2)(2)局部反應(yīng)引起局部反應(yīng)引起NaNa+ +、K K+ + 通道狀態(tài)改變引起快通道狀態(tài)改變引起快速去極化繼而復(fù)極化速去極化繼而復(fù)極化Hodgkin & Huxley (H-H) model(m-gate)(h-gate)當(dāng)細(xì)胞受到去化極刺激當(dāng)細(xì)胞受到去化極刺激細(xì)胞膜上少量細(xì)胞膜上少量Na+通道激活而開(kāi)

8、放通道激活而開(kāi)放Na+順濃度差少量?jī)?nèi)流順濃度差少量?jī)?nèi)流膜內(nèi)外電位差膜內(nèi)外電位差當(dāng)膜內(nèi)電位變化到閾電位時(shí)當(dāng)膜內(nèi)電位變化到閾電位時(shí)Na通道大量開(kāi)放通道大量開(kāi)放Na+順電化學(xué)梯度大量?jī)?nèi)流順電化學(xué)梯度大量?jī)?nèi)流（再生式內(nèi)流）（再生式內(nèi)流） Na+i、K+O激活激活Na+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ˋP上升支上升支）Na+通道關(guān)通道關(guān)Na+內(nèi)流停內(nèi)流停+同時(shí)同時(shí)K+通道激活而開(kāi)放通道激活而開(kāi)放K順電化學(xué)梯度順電化學(xué)梯度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RP水平（水平（AP下降支下降支）Na+泵出、泵出、K+泵回，泵回，離子恢復(fù)到興奮

9、前水平離子恢復(fù)到興奮前水平后電位后電位局部反應(yīng)局部反應(yīng)電緊張電位電緊張電位動(dòng)作電位動(dòng)作電位（全或無(wú)、不衰減）（全或無(wú)、不衰減）總結(jié)總結(jié)3. 動(dòng)作電位的特點(diǎn)與產(chǎn)生條件動(dòng)作電位的特點(diǎn)與產(chǎn)生條件(1) 特點(diǎn)特點(diǎn) 全或無(wú)全或無(wú)“All-or-None”; 不衰減性傳導(dǎo)：不衰減性傳導(dǎo)： 局部電流與跳躍式傳導(dǎo)局部電流與跳躍式傳導(dǎo) 不應(yīng)期不應(yīng)期(2) 產(chǎn)生條件產(chǎn)生條件 刺激強(qiáng)度刺激強(qiáng)度 Na+通道狀態(tài)通道狀態(tài)4. 動(dòng)作電位傳導(dǎo)動(dòng)作電位傳導(dǎo) (conduction)傳導(dǎo)機(jī)制傳導(dǎo)機(jī)制 局部電流學(xué)說(shuō)局部電流學(xué)說(shuō) (local current)思考：神經(jīng)纖維的直徑大小對(duì)傳思考：神經(jīng)纖維的直徑大小對(duì)傳導(dǎo)速度有何影響？

10、導(dǎo)速度有何影響？有髓纖維的跳躍式傳導(dǎo)有髓纖維的跳躍式傳導(dǎo) （saltatory conduction） 意義意義： 1）提高傳導(dǎo)速度）提高傳導(dǎo)速度 2）減少能量消耗）減少能量消耗1. 興奮和可興奮細(xì)胞興奮和可興奮細(xì)胞 興奮（興奮（excitation）：在現(xiàn)代生理學(xué)中，興奮就是）：在現(xiàn)代生理學(xué)中，興奮就是動(dòng)作電位或動(dòng)作電位的產(chǎn)生過(guò)程。動(dòng)作電位或動(dòng)作電位的產(chǎn)生過(guò)程?？膳d奮細(xì)胞（可興奮細(xì)胞（excitable cell）：生理學(xué)將神經(jīng)細(xì)胞、）：生理學(xué)將神經(jīng)細(xì)胞、肌細(xì)胞和部分腺細(xì)胞，稱為可興奮細(xì)胞。肌細(xì)胞和部分腺細(xì)胞，稱為可興奮細(xì)胞。* 可興奮細(xì)胞的共同特征：產(chǎn)生動(dòng)作電位?？膳d奮細(xì)胞的共同特征：產(chǎn)生

11、動(dòng)作電位。四、組織的興奮和興奮性四、組織的興奮和興奮性2. 細(xì)胞（或組織）的興奮性細(xì)胞（或組織）的興奮性 興奮性（興奮性（excitability）：可興奮細(xì)胞接受刺）：可興奮細(xì)胞接受刺激產(chǎn)生動(dòng)作電位的能力或特性。激產(chǎn)生動(dòng)作電位的能力或特性。 衡量組織興奮性高低的指標(biāo)衡量組織興奮性高低的指標(biāo)-閾強(qiáng)度（閾值）閾強(qiáng)度（閾值）閾強(qiáng)度（閾強(qiáng)度（threshold intensity）：將刺激時(shí)間和）：將刺激時(shí)間和強(qiáng)度強(qiáng)度/時(shí)間變化率固定后，能使組織發(fā)生興奮時(shí)間變化率固定后，能使組織發(fā)生興奮的最小刺激強(qiáng)度，也稱閾值（的最小刺激強(qiáng)度，也稱閾值（threshold value） 。 興奮性興奮性=1/閾值閾

12、值3. 組織興奮后興奮性的變化：組織興奮后興奮性的變化： 1）絕對(duì)不應(yīng)期）絕對(duì)不應(yīng)期(absolute refractory period, ARP） 2）相對(duì)不應(yīng)期（）相對(duì)不應(yīng)期（relative refractory period, RRP） 3）超常期（）超常期（supranormal period， SP） 4）低常期（）低常期（subnormal period）記錄記錄膜電位膜電位興奮性興奮性絕對(duì)不應(yīng)期絕對(duì)不應(yīng)期（鈉通道失活）（鈉通道失活）相對(duì)不應(yīng)期相對(duì)不應(yīng)期（鈉通道部分恢復(fù)）（鈉通道部分恢復(fù)）超常期超常期（鈉通道大部恢復(fù)、膜電位接近閾電位）（鈉通道大部恢復(fù)、膜電位接近閾電位）低常期

13、低常期（膜內(nèi)電位呈超極化膜內(nèi)電位呈超極化）閾電位閾電位記錄記錄細(xì)胞興奮后興奮性發(fā)生變化的機(jī)制細(xì)胞興奮后興奮性發(fā)生變化的機(jī)制 主要與鈉通道的功能狀態(tài)有關(guān)主要與鈉通道的功能狀態(tài)有關(guān)+200-90mV0200Time (ms)Action potentials of a nerve fiber, a cardiomyocyte and a cardiac pace-maker cell五、不同類型細(xì)胞的電活動(dòng)五、不同類型細(xì)胞的電活動(dòng)（一）心肌細(xì)胞電活動(dòng)現(xiàn)象與意義（一）心肌細(xì)胞電活動(dòng)現(xiàn)象與意義依據(jù)心肌細(xì)胞動(dòng)作電依據(jù)心肌細(xì)胞動(dòng)作電位去極化的速度和膜位去極化的速度和膜電位是否自動(dòng)去極化，電位是否自動(dòng)去極化

14、，心肌細(xì)胞區(qū)分為：心肌細(xì)胞區(qū)分為： 快反應(yīng)非自律細(xì)胞快反應(yīng)非自律細(xì)胞 工作細(xì)胞（心房工作細(xì)胞（心房/心室的收縮細(xì)胞）心室的收縮細(xì)胞） 快反應(yīng)自律細(xì)胞快反應(yīng)自律細(xì)胞 浦頃野細(xì)胞浦頃野細(xì)胞 慢反應(yīng)細(xì)胞慢反應(yīng)細(xì)胞 竇房結(jié)、房室結(jié)細(xì)竇房結(jié)、房室結(jié)細(xì)胞胞Relationship between action potential of cardiacmyocytes and ECG 心臟節(jié)律性收縮舒張活動(dòng)的基礎(chǔ) 心電圖的基礎(chǔ)1. 靜息電位靜息電位 主要是主要是K+通道通道(IK1)開(kāi)放開(kāi)放和和Na+泵作用；泵作用； IK1，持續(xù)開(kāi)放，背景鉀，持續(xù)開(kāi)放，背景鉀電流，電流，potassium leak，沒(méi)有門

15、控沒(méi)有門控(non-gated)但但通透性受膜電位影響，通透性受膜電位影響，膜電位去極化時(shí)發(fā)生膜電位去極化時(shí)發(fā)生內(nèi)內(nèi)向整流向整流gatednon-gated（二）工作心肌細(xì)胞電活動(dòng)的原理（二）工作心肌細(xì)胞電活動(dòng)的原理 分分0、1、2、3、4期期 去極相去極相 (0期期) 復(fù)極相復(fù)極相 (1、2、3、4期期) 動(dòng)作電位時(shí)程動(dòng)作電位時(shí)程 (action potential duration, APD)長(zhǎng)長(zhǎng)(200 ms)，具有較長(zhǎng)的平，具有較長(zhǎng)的平臺(tái)期臺(tái)期 。(意義意義?) 動(dòng)作電位幅度大動(dòng)作電位幅度大 (120 mV)1) 工作心肌細(xì)胞動(dòng)作電位的特點(diǎn)工作心肌細(xì)胞動(dòng)作電位的特點(diǎn)012342. 動(dòng)作

16、電位動(dòng)作電位012342) 機(jī)制機(jī)制 0期期鈉電導(dǎo)鈉電導(dǎo) 1期期Ito 平臺(tái)期平臺(tái)期 IK1內(nèi)向整流內(nèi)向整流 鈣電導(dǎo)增加鈣電導(dǎo)增加 3期期鉀電導(dǎo)鉀電導(dǎo) 0期去極化期去極化 * 電壓門控鈉通道（電壓門控鈉通道（voltage-gated Na+ channel，INa通道）通道）開(kāi)放，開(kāi)放，Na+快速流入細(xì)胞快速流入細(xì)胞 * 閾電位（閾電位（threshold potential）約為）約為-70 mV * 鈉通道的三種功能狀態(tài)：鈉通道的三種功能狀態(tài)：備用（靜息）：通道關(guān)閉，但受到刺激可以開(kāi)放備用（靜息）：通道關(guān)閉，但受到刺激可以開(kāi)放; 激活：開(kāi)放激活：開(kāi)放 失活：通道不僅關(guān)閉、而且受到刺激也不

17、能開(kāi)放。失活：通道不僅關(guān)閉、而且受到刺激也不能開(kāi)放。 * 鈉通道從失活狀態(tài)向備用狀態(tài)的轉(zhuǎn)變稱復(fù)活鈉通道從失活狀態(tài)向備用狀態(tài)的轉(zhuǎn)變稱復(fù)活 復(fù)活的條件：膜電位從去極化狀態(tài)復(fù)極化復(fù)活的條件：膜電位從去極化狀態(tài)復(fù)極化 * 鈉通道阻斷劑：河豚毒（鈉通道阻斷劑：河豚毒（TTX） 1期（期（phase 1）復(fù)極化：）復(fù)極化： * 瞬時(shí)外向離子流瞬時(shí)外向離子流 (transient outward current，Ito)K+外流；外流； * INa通道的失活和通道的失活和Ito通道的激活共同形成了通道的激活共同形成了1期。期。 * Ito通道也具有激活門和失活門，通道在激通道也具有激活門和失活門，通道在激活

18、后很快就失活關(guān)閉，故名活后很快就失活關(guān)閉，故名“瞬時(shí)性瞬時(shí)性”通道。通道。 內(nèi)向整流內(nèi)向整流 inward rectification 2期期 內(nèi)向整流鉀通道是工作心肌細(xì)胞動(dòng)作電位平內(nèi)向整流鉀通道是工作心肌細(xì)胞動(dòng)作電位平臺(tái)期的基礎(chǔ)臺(tái)期的基礎(chǔ)“整流整流”的概念的概念 “整流整流”（rectification）一詞來(lái)源于電子學(xué)，如人們熟知的）一詞來(lái)源于電子學(xué)，如人們熟知的二極管的整流作用，可將交流電變?yōu)橹绷麟?。二極管的整流作用，可將交流電變?yōu)橹绷麟姟W姆定律：歐姆定律：I = V/R。當(dāng)電阻不變時(shí)，電流與電壓呈正比（直。當(dāng)電阻不變時(shí)，電流與電壓呈正比（直線關(guān)系）。如果這種關(guān)系不成直線而呈曲線，即為

19、整流。線關(guān)系）。如果這種關(guān)系不成直線而呈曲線，即為整流。內(nèi)向整流（內(nèi)向整流（inward rectification）：隨著電壓的增大而電流的）：隨著電壓的增大而電流的增加量比按直線關(guān)系的預(yù)期值減少（電流增加量比按直線關(guān)系的預(yù)期值減少（電流-電壓關(guān)系曲線向電壓關(guān)系曲線向下彎曲）。下彎曲）。外向整流（外向整流（outward rectification）：隨著電壓的增大而電流）：隨著電壓的增大而電流的增加量比預(yù)期增大（電流的增加量比預(yù)期增大（電流-電壓關(guān)系曲線向上彎曲）。電壓關(guān)系曲線向上彎曲）。* 2期特點(diǎn)：期特點(diǎn)：膜電位變化很緩慢，形成平臺(tái)（膜電位變化很緩慢，形成平臺(tái)（plateau），也），

20、也稱為平臺(tái)期（稱為平臺(tái)期（plateau phase）。）。 * 主要離子流：主要離子流： L型鈣電流型鈣電流 (long-lasting Ca2+ current, L-type Ca2+ current, ICa-L): Ca2+內(nèi)流內(nèi)流 (意義？意義？) IK1：由于由于IK1通道的內(nèi)向整流特性通道的內(nèi)向整流特性 (胞內(nèi)胞內(nèi)Mg2+、精胺等堵塞、精胺等堵塞通道通道)，阻止，阻止K+外流，從而使動(dòng)作電位外流，從而使動(dòng)作電位2期內(nèi)少量的期內(nèi)少量的Ca2+內(nèi)流內(nèi)流就使膜電位保持在去極化狀態(tài)的平臺(tái)，甚或向上隆起形成圓就使膜電位保持在去極化狀態(tài)的平臺(tái)，甚或向上隆起形成圓頂。隨著動(dòng)作電位復(fù)極化到接近

21、靜息電位時(shí)，內(nèi)向整流現(xiàn)象頂。隨著動(dòng)作電位復(fù)極化到接近靜息電位時(shí)，內(nèi)向整流現(xiàn)象解除，解除，K+又可經(jīng)又可經(jīng)IK1通道外流而加速最后的復(fù)極化過(guò)程。通道外流而加速最后的復(fù)極化過(guò)程。 延遲整流鉀電流延遲整流鉀電流（delayed rectifier K+ current, IKr及及Iks）：平）：平臺(tái)期激活逐步激活臺(tái)期激活逐步激活圖圖9-9. 心室肌細(xì)胞動(dòng)作電位時(shí)程中心室肌細(xì)胞動(dòng)作電位時(shí)程中ICa-L幅幅值的變化值的變化 3期復(fù)極化期復(fù)極化 * Ca2+內(nèi)流逐漸停止和內(nèi)流逐漸停止和K+外流逐漸增加所致外流逐漸增加所致 * 延遲整流鉀通道（延遲整流鉀通道（delayed rectifier K+ ch

22、annel）是）是3期期K+外流的主要通道外流的主要通道 ，包括：，包括： 快速延遲整流鉀通道快速延遲整流鉀通道（rapid delayed rectifier K+ channel，IKr通道）：通道）：IKr通道蛋白中組成通道孔洞的亞基（通道蛋白中組成通道孔洞的亞基（a亞基）由亞基）由HERG（human ether-a-go-go)基因編碼，基因編碼，HERG基因突變可導(dǎo)致基因突變可導(dǎo)致型長(zhǎng)型長(zhǎng)QT綜合征。綜合征。 緩慢延遲整流鉀通道緩慢延遲整流鉀通道（slow delayed rectifier K+ channel，IKs通道）：人類通道）：人類IKs通道的通道的a亞基由亞基由KvL

23、QT1基因編碼，而輔助亞基由基因編碼，而輔助亞基由Mink基因編碼；基因編碼；KvLQT1基因的某種突變會(huì)導(dǎo)致基因的某種突變會(huì)導(dǎo)致I型長(zhǎng)型長(zhǎng)QT綜合征；綜合征；Mink基因突變可導(dǎo)致基因突變可導(dǎo)致V型長(zhǎng)型長(zhǎng)QT綜合征。綜合征。4期（靜息期）期（靜息期）* 離子泵（特別是鈉離子泵（特別是鈉-鉀泵和鈣泵）鉀泵和鈣泵）* 離子交換體（如鈉離子交換體（如鈉-鉀交換體，鈉鉀交換體，鈉-鈣交換鈣交換體等）體等） 將將Na+移出，并將流至膜外的移出，并將流至膜外的K+移入，將胞移入，將胞質(zhì)內(nèi)升高的質(zhì)內(nèi)升高的Ca2+移出細(xì)胞或移出細(xì)胞或/和移入肌質(zhì)網(wǎng)的鈣和移入肌質(zhì)網(wǎng)的鈣池，使胞質(zhì)內(nèi)的離子水平恢復(fù)到高鉀、低鈉和

24、池，使胞質(zhì)內(nèi)的離子水平恢復(fù)到高鉀、低鈉和低鈣的靜息正常水平。低鈣的靜息正常水平。膜電位膜電位興奮性興奮性絕對(duì)不應(yīng)期絕對(duì)不應(yīng)期（鈉通道失活）（鈉通道失活）相對(duì)不應(yīng)期相對(duì)不應(yīng)期（鈉通道部分恢復(fù)）（鈉通道部分恢復(fù)）超常期超常期（鈉通道大部恢復(fù)、膜電位接近閾電位）（鈉通道大部恢復(fù)、膜電位接近閾電位）低常期低常期（膜內(nèi)電位呈超極化膜內(nèi)電位呈超極化）閾電位閾電位記錄記錄神經(jīng)、骨骼肌細(xì)胞神經(jīng)、骨骼肌細(xì)胞興奮后興奮性的變化興奮后興奮性的變化主要與鈉通道的功能狀態(tài)有關(guān)主要與鈉通道的功能狀態(tài)有關(guān)思考：思考：心肌細(xì)胞？心肌細(xì)胞？）特征：）特征：靜息電位靜息電位不穩(wěn)定，當(dāng)膜電位不穩(wěn)定，當(dāng)膜電位復(fù)極化到最大值時(shí)能自動(dòng)去

25、極復(fù)極化到最大值時(shí)能自動(dòng)去極化化 (pace-maker)。動(dòng)作電位動(dòng)作電位分三個(gè)時(shí)相分三個(gè)時(shí)相（0,3,4）,無(wú)無(wú)1期和期和2期期;0相去極化幅度低相去極化幅度低;4相自動(dòng)去極化速度較快相自動(dòng)去極化速度較快(與與快反應(yīng)自律細(xì)胞相比，快反應(yīng)自律細(xì)胞相比，意意義？）。義？）。0344（三）自律心肌細(xì)胞電活動(dòng)的原理（三）自律心肌細(xì)胞電活動(dòng)的原理慢反應(yīng)自律性細(xì)胞慢反應(yīng)自律性細(xì)胞竇房結(jié)、房室結(jié)細(xì)胞竇房結(jié)、房室結(jié)細(xì)胞2）慢反應(yīng)自律細(xì)胞的舒張期自動(dòng)去極化機(jī)制）慢反應(yīng)自律細(xì)胞的舒張期自動(dòng)去極化機(jī)制 至少與三種離子流有關(guān)：至少與三種離子流有關(guān)： Ikr、Iks電流衰減電流衰減If離子流的激活離子流的激活： N

26、a+內(nèi)流為主，內(nèi)流為主，K+外流為輔。外流為輔。 P細(xì)胞的細(xì)胞的If電流幅值遠(yuǎn)小于普肯耶細(xì)胞電流幅值遠(yuǎn)小于普肯耶細(xì)胞 ICa-T離子流（離子流（transient Ca2+ current，T-type Ca2+ current，ICa-T） ：ICa-T通道的激活電位約為通道的激活電位約為-50 mV，ICa-T通道開(kāi)放后形成一個(gè)短暫、微弱的內(nèi)向通道開(kāi)放后形成一個(gè)短暫、微弱的內(nèi)向Ca2+電流，電流，可能參與可能參與P細(xì)胞的起搏活動(dòng)。細(xì)胞的起搏活動(dòng)。圖圖9-14 竇房結(jié)竇房結(jié)P細(xì)胞舒張期去極化和動(dòng)作電位發(fā)生原理示意圖細(xì)胞舒張期去極化和動(dòng)作電位發(fā)生原理示意圖小結(jié)：慢反應(yīng)自律細(xì)胞的小結(jié)：慢反應(yīng)自律

27、細(xì)胞的APAP形成機(jī)制形成機(jī)制復(fù)極化至復(fù)極化至-60mV時(shí)時(shí)If 通道遞增性激活通道遞增性激活3期末期末Ik通道通道遞增性失活遞增性失活自動(dòng)去極后自動(dòng)去極后1/3期期Ca2+通道（通道（T型）開(kāi)放型）開(kāi)放K+遞減性外流遞減性外流Na+遞增性內(nèi)流遞增性內(nèi)流Ca2+內(nèi)流內(nèi)流自自 動(dòng)動(dòng) 去去 極極 達(dá)達(dá) 閾閾 電電 位（位（-40mV）慢慢 Ca2+ 通通 道（道（L型）開(kāi)型）開(kāi) 放放Ca2+ 內(nèi)內(nèi) 流流 產(chǎn)產(chǎn) 生生 AP 的的 0 期期注：注：Ik 失活失活 If 激活激活6 1，故，故4期自動(dòng)去極期自動(dòng)去極If作用不大；作用不大； 但但若在超極化時(shí)，若在超極化時(shí)，4期自動(dòng)去極中期自動(dòng)去極中If的

28、作用增大。的作用增大?？旆磻?yīng)自律性細(xì)胞快反應(yīng)自律性細(xì)胞Purkinje fibers 、Bundle of His 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 0期去極化速度快，幅度大期去極化速度快，幅度大; 4期自動(dòng)去極化，期自動(dòng)去極化，但速度慢。但速度慢。 機(jī)制：機(jī)制： 0、1、2、3期：與心室肌細(xì)胞基本相似。期：與心室肌細(xì)胞基本相似。 4期：為遞增性期：為遞增性Na+為主的內(nèi)向離子流（為主的內(nèi)向離子流（If）+ 外向外向K+電流遞減所引起的自動(dòng)去極化。電流遞減所引起的自動(dòng)去極化。IfIK00最大復(fù)極化電位最大復(fù)極化電位(最大舒張電位最大舒張電位)小結(jié)：快反應(yīng)自律細(xì)胞的小結(jié)：快反應(yīng)自律細(xì)胞的AP形成機(jī)制形成機(jī)制3 期期

29、 末末 K+ 通通 道道的的 遞遞 增增 性性 失失 活活電電 位位 復(fù)復(fù) 極極 至至 -60mV 時(shí)時(shí)If 通通 道道 的的 遞遞 增增 性性 激激 活活 K+ 遞遞 減減 性性 外外 流流Na+ 遞遞 增增 性性 內(nèi)內(nèi) 流流自自 動(dòng)動(dòng) 去去 極極 達(dá)達(dá) 閾閾 電電 位位快快 N+ 通通 道道 開(kāi)開(kāi) 放放Na+ 再再 生生 式式 內(nèi)內(nèi) 流流去去 極極 化化產(chǎn)產(chǎn) 生生 AP 的的 0 期期當(dāng)去極化電位至當(dāng)去極化電位至-50mV時(shí)時(shí)If 通道失活，自動(dòng)去極化終止通道失活，自動(dòng)去極化終止Relationship between action potential of cardiacmyocytes

30、 and ECG思考：K+通道基因突變、功能異常如何影響對(duì)心電圖的波形？tetrodotoxin六、肌細(xì)胞的收縮六、肌細(xì)胞的收縮Contraction of MusclesFunctions:1) Interactions with the external environment;2) Production of body heat( (肌束肌束) )( (肌纖維肌纖維/ /肌細(xì)胞肌細(xì)胞) )( (肌原纖維肌原纖維) )( (肌節(jié)肌節(jié)/ /肌小節(jié)肌小節(jié)) )( (肌絲肌絲) )運(yùn)動(dòng)單位運(yùn)動(dòng)單位 (motor unit) （一）骨骼肌神經(jīng)（一）骨骼肌神經(jīng)-肌接頭的傳遞肌接頭的傳遞1. 神經(jīng)神經(jīng)

31、-肌接頭（肌接頭（NMJ）微細(xì)結(jié)構(gòu)）微細(xì)結(jié)構(gòu) 接頭前膜接頭前膜（pre-junctional membrane） 接頭后膜或終板膜接頭后膜或終板膜（endplate membrane） 接頭間隙接頭間隙（junctional cleft） 2. 神經(jīng)肌接頭（神經(jīng)肌接頭（NMJ）興奮傳遞的機(jī)制）興奮傳遞的機(jī)制* Activation of ACh-gated ion channel (nAChR) results in End-Plate Potential(EPP)神經(jīng)肌接頭傳遞（電神經(jīng)肌接頭傳遞（電-化學(xué)化學(xué)-電過(guò)程）電過(guò)程）神經(jīng)沖動(dòng)到達(dá)末梢，接頭前膜去極化神經(jīng)沖動(dòng)到達(dá)末梢，接頭前膜去極化電

32、壓門控電壓門控Ca2通道開(kāi)放、通道開(kāi)放、Ca2內(nèi)流內(nèi)流囊泡向接頭前膜移動(dòng)、融合、囊泡向接頭前膜移動(dòng)、融合、破裂，破裂，ACh釋放至接頭間隙釋放至接頭間隙ACh與終板膜與終板膜N2受體結(jié)合、受體結(jié)合、膜對(duì)膜對(duì)Na和和K通透性通透性Na內(nèi)流使終板膜去極化內(nèi)流使終板膜去極化EPPEPP電緊張性擴(kuò)布至周圍肌膜，電緊張性擴(kuò)布至周圍肌膜，使其達(dá)到閾電位和爆發(fā)動(dòng)作電位使其達(dá)到閾電位和爆發(fā)動(dòng)作電位AChE膽堿、膽堿、乙酸乙酸 3. NMJ興奮傳遞的特征興奮傳遞的特征: （1）是電）是電-化學(xué)化學(xué)-電的過(guò)程：電的過(guò)程：N末梢末梢APACh受體受體EPP肌膜肌膜AP （2）具）具1對(duì)對(duì)1的關(guān)系：的關(guān)系： 接頭前膜

33、傳來(lái)一個(gè)接頭前膜傳來(lái)一個(gè)AP，便能引起肌細(xì)胞興，便能引起肌細(xì)胞興奮和收縮一次（因每次奮和收縮一次（因每次ACh釋放的量，產(chǎn)生的釋放的量，產(chǎn)生的EPP是引起肌膜是引起肌膜AP所需閾值的所需閾值的3-4倍）。倍）。 神經(jīng)末梢的一次神經(jīng)末梢的一次AP只能引起一次肌細(xì)胞興只能引起一次肌細(xì)胞興奮和收縮（因終板膜上含有豐富的膽堿酯酶，奮和收縮（因終板膜上含有豐富的膽堿酯酶，能迅速水解能迅速水解ACh）。）。 4. 影響影響NMJ興奮傳遞的興奮傳遞的因素：因素： （1）阻斷）阻斷ACh受體：箭毒受體：箭毒(curare)和和銀環(huán)蛇銀環(huán)蛇毒，肌松劑如馳肌碘（毒，肌松劑如馳肌碘（Flexadil，三碘季胺，三碘

34、季胺酚）。酚）。 （2）抑制膽堿酯酶活性：有機(jī)磷農(nóng)藥，新斯）抑制膽堿酯酶活性：有機(jī)磷農(nóng)藥，新斯的明。的明。 （3）自身免疫性疾?。海┳陨砻庖咝约膊。篗yasthenia Gravis（抗體（抗體破壞破壞ACh受體受體),Lambert-Eaton syndrome（抗體破壞（抗體破壞N末梢末梢Ca2+通道）。通道）。 （4）接頭前膜）接頭前膜ACh釋放釋放：肉毒桿菌中毒肉毒桿菌中毒。1. 1. 興奮興奮- -收縮耦聯(lián)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)收縮耦聯(lián)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)（二）橫紋肌細(xì)胞的興奮（二）橫紋肌細(xì)胞的興奮- -收縮耦聯(lián)收縮耦聯(lián)Transverse tubular system：T管（肌膜在明暗交界處或Z線附近向

35、內(nèi)凹陷而成。肌膜動(dòng)作電位可沿T管傳導(dǎo)，有L型Ca2+通道）。Longitudinal tubular system：L管管（也（也稱肌漿網(wǎng)，稱肌漿網(wǎng)，Sarcoplasmic Reticulum；肌節(jié)兩端的肌節(jié)兩端的L管稱終末池，富含管稱終末池，富含Ca2+，膜膜上有上有Ryanodine受體，是受體，是Ca2+釋放通道釋放通道)。 Triad：T管管+終池終池2. 興奮興奮-收縮耦聯(lián)的關(guān)鍵離子收縮耦聯(lián)的關(guān)鍵離子Ca2+ L型鈣通道和鈣釋放通道型鈣通道和鈣釋放通道 骨骼肌細(xì)胞和心肌細(xì)胞的鈣釋放骨骼肌細(xì)胞和心肌細(xì)胞的鈣釋放 骨骼肌細(xì)胞和心肌細(xì)胞的鈣回收骨骼肌細(xì)胞和心肌細(xì)胞的鈣回收鈣瞬變（鈣瞬變（

36、calcium transient）引起肌肉的收縮和舒張）引起肌肉的收縮和舒張3. 興奮興奮-收縮耦聯(lián)收縮耦聯(lián)肌膜電興奮的傳導(dǎo)肌膜電興奮的傳導(dǎo);肌膜和肌膜和T管上管上L型型Ca2+通道激活通道激活;肌漿網(wǎng)上肌漿網(wǎng)上Ryanodine受體激活，肌漿網(wǎng)受體激活，肌漿網(wǎng)Ca2+釋放釋放(引起鈣瞬變，引起鈣瞬變，calcium transient);觸發(fā)肌絲滑行，肌細(xì)胞收縮。觸發(fā)肌絲滑行，肌細(xì)胞收縮。（三）（三） 橫紋肌的收縮和舒張橫紋肌的收縮和舒張1. 肌絲的分子組成肌絲的分子組成粗肌絲粗肌絲（thick filament） 肌球蛋白（肌球蛋白（myosin） 橫橋（橫橋（cross-bridge）

37、細(xì)肌絲細(xì)肌絲（thin filament） 肌動(dòng)蛋白（肌動(dòng)蛋白（actin) 原肌球蛋白（原肌球蛋白（tropomyosin) 肌鈣蛋白（肌鈣蛋白（troponin ）細(xì)肌絲細(xì)肌絲粗肌絲粗肌絲- -肌球蛋白肌球蛋白2. 橫紋肌收縮的原理橫紋肌收縮的原理肌絲滑行學(xué)說(shuō)肌絲滑行學(xué)說(shuō) 直接證據(jù)直接證據(jù)Z lineZ lineM lineA bandH band 肌細(xì)胞收縮時(shí)：肌細(xì)胞收縮時(shí)：相鄰相鄰Z線靠近線靠近,即肌節(jié)縮短；即肌節(jié)縮短；暗帶長(zhǎng)度不變暗帶長(zhǎng)度不變,即粗肌絲長(zhǎng)即粗肌絲長(zhǎng)度不變；度不變；從從Z線到線到H帶邊緣的距離不帶邊緣的距離不變變,即細(xì)肌絲長(zhǎng)度不變即細(xì)肌絲長(zhǎng)度不變;明帶和明帶和H帶變窄。

38、帶變窄。 所以肌細(xì)胞收縮是肌原纖維所以肌細(xì)胞收縮是肌原纖維的縮短的縮短,并不是粗、細(xì)肌絲本并不是粗、細(xì)肌絲本身縮短身縮短,而是細(xì)肌絲向肌節(jié)中而是細(xì)肌絲向肌節(jié)中央央(粗肌絲內(nèi)粗肌絲內(nèi))滑行?；?。Z lineZ lineM lineA bandH bandsliding filaments theoryICT與肌動(dòng)蛋白結(jié)與肌動(dòng)蛋白結(jié)合、抑制肌球合、抑制肌球蛋白與肌動(dòng)蛋蛋白與肌動(dòng)蛋白的相互作用白的相互作用與原肌球蛋白與原肌球蛋白結(jié)合結(jié)合與與Ca2+結(jié)合，結(jié)合，啟動(dòng)收縮啟動(dòng)收縮troponin3. 肌絲滑行的分子機(jī)制肌絲滑行的分子機(jī)制Cross-bridge cycle（橫橋周期）（橫橋周期） 指橫

39、橋激活、與肌動(dòng)蛋白結(jié)合、耗能擺動(dòng)、獲能解指橫橋激活、與肌動(dòng)蛋白結(jié)合、耗能擺動(dòng)、獲能解離、復(fù)位及再結(jié)合的周期性活動(dòng)過(guò)程。離、復(fù)位及再結(jié)合的周期性活動(dòng)過(guò)程。20-200ms肌節(jié)縮短肌節(jié)縮短,肌細(xì)胞收縮肌細(xì)胞收縮橫橋向橫橋向M線方向擺動(dòng)將細(xì)線方向擺動(dòng)將細(xì)肌絲牽拉到粗肌絲內(nèi)肌絲牽拉到粗肌絲內(nèi)橫橋與結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合，頭部橫橋與結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合，頭部分解分解ATP貯存的能量釋放貯存的能量釋放原肌球蛋白位移，原肌球蛋白位移，暴露細(xì)肌絲上的結(jié)合位點(diǎn)暴露細(xì)肌絲上的結(jié)合位點(diǎn)Ca2+與肌鈣蛋白結(jié)合與肌鈣蛋白結(jié)合肌鈣蛋白構(gòu)型改變肌鈣蛋白構(gòu)型改變終池膜上的鈣通道開(kāi)放終池膜上的鈣通道開(kāi)放終池內(nèi)的終池內(nèi)的Ca2+進(jìn)入肌質(zhì)進(jìn)入肌質(zhì)

40、橫紋肌收縮的過(guò)程小結(jié)橫紋肌收縮的過(guò)程小結(jié)Sources of ATP O2Muscle relaxationmechanisms that restore sarcoplamic Ca2+ Back to calcium store: Ca2+ pump in sarcoplasmic reticulum membrane; 100% in skeletal muscle; 70% in cardiac muscle Out of the cell: Na+-Ca2+ exchanger in cell membrane; Ca2+ pump in cell membrane;Excitati

41、onThe sarcolemma is depolarized & action potential (AP) propagates;AP spreads inside along the T-tubules & eventually transmitted from T-tubule to terminal sacs of sarcoplasmic reticulum;Ca2+ is released from sarcoplasmic reticulum into sarcoplasm;ContractionCa2+ binds to troponin leading to coopera

42、tive conformational changes in troponin-tropomyosin system;The inhibition of actin and myosin interaction is released;Crossbridges of myosin filaments are attached to actin filaments;Tension is exerted and/or the muscle shortens by the sliding filament mechanism;RelaxationCa2+ is pumped back into sa

43、rcoplasmic reticulum;Crossbridges are detached from the thin filaments;Troponin-tropomyosin regulated inhibition of actin and myosin interaction is restored;Active tension disappears and the rest length is restored;Summary: Sequential events of muscle contraction and relaxation（四）影響橫紋肌收縮效能的因素（四）影響橫紋

44、肌收縮效能的因素 1. 肌肉收縮的形式肌肉收縮的形式 等張收縮等張收縮(Isotonic contractions): 肌肉縮肌肉縮短、張力不變。短、張力不變。 等長(zhǎng)收縮等長(zhǎng)收縮(Isometric contractions): 肌肉肌肉長(zhǎng)度不變，張力增加長(zhǎng)度不變，張力增加 單收縮、復(fù)合收縮、強(qiáng)直收縮單收縮、復(fù)合收縮、強(qiáng)直收縮Force transducer等張收縮等張收縮Isotonic contraction等長(zhǎng)收縮等長(zhǎng)收縮Isometric contractionPivot(treppe)單收縮、復(fù)合收縮與強(qiáng)直收縮單收縮、復(fù)合收縮與強(qiáng)直收縮2. 影響收縮效能的因素影響收縮效能的因素前負(fù)荷

45、前負(fù)荷( Preload): determines initial length of muscle fibers and hence sarcomeres; 后負(fù)荷后負(fù)荷(After-load): determines length of cross-bridge cycles and hence total number of cross-bridges interacting with thin filaments; 肌肉的收縮性肌肉的收縮性(Contractility): intrinsic properties of muscles and neurohumoral factors

46、affecting those properties 1) 前負(fù)荷（前負(fù)荷（Preload)：肌肉收縮前所承受的負(fù)荷：肌肉收縮前所承受的負(fù)荷,決定了決定了肌肉的初長(zhǎng)度。肌肉的初長(zhǎng)度。 肌節(jié)肌節(jié)最適最適初長(zhǎng)（初長(zhǎng)（2.0-2.2 m）時(shí)，粗細(xì)肌絲重疊佳，肌時(shí)，粗細(xì)肌絲重疊佳，肌縮速度、幅度和張力最大；縮速度、幅度和張力最大； 大于大于最適初長(zhǎng)時(shí)，粗細(xì)肌絲重疊最適初長(zhǎng)時(shí)，粗細(xì)肌絲重疊，肌縮速度、幅度和，肌縮速度、幅度和張力張力； 小于小于最適初長(zhǎng)時(shí)，細(xì)肌絲可縮短距離最適初長(zhǎng)時(shí)，細(xì)肌絲可縮短距離效能效能 。 人體大部分骨骼肌的靜態(tài)長(zhǎng)度即是其最適初長(zhǎng)，故人體大部分骨骼肌的靜態(tài)長(zhǎng)度即是其最適初長(zhǎng)，故Op

47、timal initial length也稱也稱Resting length.Z線線M線線Z線線肌節(jié)肌節(jié)Optimal initial length (resting length) 2) 后負(fù)荷后負(fù)荷(After load)：肌肉縮短過(guò)程中所承受的：肌肉縮短過(guò)程中所承受的負(fù)荷。負(fù)荷。 后負(fù)荷為后負(fù)荷為0肌縮速度、幅度肌縮速度、幅度和張力最??；和張力最?。缓筘?fù)荷后負(fù)荷肌縮速度、幅度肌縮速度、幅度和張力和張力；后負(fù)荷后負(fù)荷肌縮速度、幅度肌縮速度、幅度和張力和張力。后負(fù)荷過(guò)大，雖肌縮張力后負(fù)荷過(guò)大，雖肌縮張力，但肌縮速度、幅度，但肌縮速度、幅度，不利作功；，不利作功；后負(fù)荷過(guò)小，雖肌縮速度、幅度后

48、負(fù)荷過(guò)小，雖肌縮速度、幅度，但肌縮張力，但肌縮張力，也不利作功。，也不利作功。3) 肌縮能力肌縮能力：是指與負(fù)荷無(wú)關(guān)、決定肌縮效：是指與負(fù)荷無(wú)關(guān)、決定肌縮效應(yīng)的內(nèi)在特性，取決于應(yīng)的內(nèi)在特性，取決于E-C耦聯(lián)期間胞漿內(nèi)耦聯(lián)期間胞漿內(nèi)Ca2+的水平和肌球蛋白的的水平和肌球蛋白的ATP酶活性。骨骼肌酶活性。骨骼肌纖維可分為兩類纖維可分為兩類.Type I muscle fibreType II muscle fibreOther namesSlow twitch; oxidative;redFast twitch; glycolytic; whiteMyosin isoenzyme ATPase r

49、ateSlowFastCa2+-pumping capacity of sarcoplasmic reticulumlowHighDiametersmallLargeGlycolytic capacitylowHighOxidative capacity HighLowFunctionLong, slow, posture-maintaining contractionsFine, skilled movementTypes of skeletal musclesFatigueresistantEasily fatigued Morphological and functional chara

50、cteristics; Mechanisms of contraction;（五）平滑肌的收縮和舒張（五）平滑肌的收縮和舒張1. 形態(tài)學(xué)特征形態(tài)學(xué)特征involuntary muscle; innervated by ANS ; found primarily in the walls of hollow organs;Spindle-shaped cells typically arranged in sheets;No t-tubules & little sarcoplasmic reticulum;No sarcomeres (so are not striated) but are

51、made up of thick & thin myofilaments. Thin filaments in smooth muscle do not contain troponin;Calcium binds to calmodulin. The calcium-calmodulin complex activates myosin which then binds to actin & contraction (swivelling of cross-bridges) begins. Two types of smooth muscles 多個(gè)單位平滑肌 單個(gè)單位平滑?。▋?nèi)臟平滑肌）

52、visceral, or unitary, smooth muscle 1) found in the walls of hollow organs (e.g., small blood vessels, digestive tract, urinary system, & reproductive system) 2) multiple fibers contract as a unit (because impulses travel easily across gap junctions from cell to cell) &, in some cases, are self-exci

53、table (generate spontaneous action potentials & contractions) multiunit smooth muscle 1) consists of motor units that are activated by nervous stimulation 2) found in the walls of large blood vessels, in the eye (adusting the shape of the lens to permit accommodation & the size of the pupil to adjus

54、t the amount of light entering the eye), & at the base of hair follicle (the goose bump muscles)2. 平滑肌細(xì)胞電活動(dòng)平滑肌細(xì)胞電活動(dòng) Opening of voltage-gated calcium channels accounts for the action potential of most smooth muscle cells.3. 平滑肌細(xì)胞鈣信號(hào)平滑肌細(xì)胞鈣信號(hào)4. 平滑肌收縮與舒張平滑肌收縮與舒張Mechanisms of smooth muscle contraction Binding of acetylcholine to muscarinic receptorsresulting in calcium release from store （GPCR-IP3-SOCE）or Increased influx of Ca2+ into the cell via