靜息電位第三動作電位

靜息電位第三動作電位第一節(jié)神經(jīng)元膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)細(xì)胞膜的功能：

1.

隔離細(xì)胞內(nèi)外液

2.跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)，完成細(xì)胞內(nèi)外細(xì)胞物質(zhì)交換

3.電離子跨膜運(yùn)動，是神經(jīng)元電活動的基礎(chǔ)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的基本原則：簡單的可直接擴(kuò)散小分子物質(zhì)通過膜蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)復(fù)雜的要通過膜運(yùn)動

第2頁,共75頁，2024年2月25日，星期天Section１．MembraneTransportLipidBilayer--primarybarrier,selectivelypermeable第3頁,共75頁，2024年2月25日，星期天一、通過脂質(zhì)雙層的物質(zhì)擴(kuò)散單純擴(kuò)散

SimpleDiffusion條件：膜兩側(cè)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(diǎn)狀態(tài)O2CO2N2NO乙醇，尿素，類固醇激素第4頁,共75頁，2024年2月25日，星期天Carrier-mediated二、通過膜蛋白介導(dǎo)的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)膜蛋白包括：通道，載體，離子泵和轉(zhuǎn)運(yùn)體。被動轉(zhuǎn)運(yùn)：不耗能，順濃度差/電位差。包括載體和通道介導(dǎo)的易化擴(kuò)散。主動轉(zhuǎn)運(yùn)：耗能，逆濃度差/電位差包括離子泵介導(dǎo)的原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運(yùn)和轉(zhuǎn)運(yùn)體介導(dǎo)的繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運(yùn)第5頁,共75頁，2024年2月25日，星期天（一）載體（carrier)介導(dǎo)的易化擴(kuò)散載體：屬貫穿脂質(zhì)雙層的整合蛋白，轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制不清。在高濃度側(cè)與被轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)結(jié)合，載體結(jié)構(gòu)蛋白變構(gòu)，低濃度側(cè)解離，完成轉(zhuǎn)運(yùn)。轉(zhuǎn)運(yùn)特性：1順濃度轉(zhuǎn)運(yùn)，不耗能。

2具有化學(xué)結(jié)構(gòu)的特異性

3載體數(shù)目有限，具有飽和性

4競爭性主要轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)：葡萄糖，氨基酸等。第6頁,共75頁，2024年2月25日，星期天Characteristicsofcarrier-mediateddiffusionnetmovementalwaysdependsontheconcentrationgradient

SpecificitySaturationCompetitionGlucoseAminoacid第7頁,共75頁，2024年2月25日，星期天（二）通道（channel)介導(dǎo)的易化擴(kuò)散通道主要轉(zhuǎn)運(yùn)Na+K+，Ca2+，Cl-等帶電離子，又稱離子通道（ionchannel)。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：貫穿脂質(zhì)雙層，中央有親水性孔道。轉(zhuǎn)運(yùn)特性：1順濃度差轉(zhuǎn)運(yùn)，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(guān)的門控電性

4產(chǎn)生跨膜離子電流第8頁,共75頁，2024年2月25日，星期天Channel-mediated第9頁,共75頁，2024年2月25日，星期天（三）離子泵（ionpump)介導(dǎo)的主動轉(zhuǎn)運(yùn)原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運(yùn)：膜蛋白離子泵介導(dǎo)的主動轉(zhuǎn)運(yùn)特點(diǎn)：直接利用ATP功能，逆濃度差/電位差進(jìn)行離子跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。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,共75頁，2024年2月25日，星期天（四）轉(zhuǎn)運(yùn)體介導(dǎo)的繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運(yùn)由轉(zhuǎn)運(yùn)體（transporter)來介導(dǎo)，逆濃度差或電位差轉(zhuǎn)運(yùn)時，并不直接消耗ATP，能量來源于膜內(nèi)外Na+濃度差。轉(zhuǎn)運(yùn)的物質(zhì)：葡萄糖，氨基酸離子交換神經(jīng)遞質(zhì)第11頁,共75頁，2024年2月25日，星期天symtransport（同向轉(zhuǎn)運(yùn)）(e.g.Na+-glucose,Na+-aminoacidcotransport)Countertransport(反向轉(zhuǎn)運(yùn)）(e.g.Na+-Ca2+,Na+-H+exchange)第12頁,共75頁，2024年2月25日，星期天三、通過膜“運(yùn)動”的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)大分子物質(zhì)或物質(zhì)團(tuán)塊，特定功能性物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)。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(tuán)塊運(yùn)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(dǎo)的入胞（receptor-mediatedendocytosis)

細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)如離子通道，受體可內(nèi)化。第13頁,共75頁，2024年2月25日，星期天EndocytosisandExocytosis第14頁,共75頁，2024年2月25日，星期天Endocytosis第15頁,共75頁，2024年2月25日，星期天第一階段：離子機(jī)制學(xué)說生物電現(xiàn)象：18世紀(jì)末，Galvani的涼臺實(shí)驗(yàn)1902年Bernstain提出了生物電現(xiàn)象產(chǎn)生機(jī)制：膜學(xué)說（membranetheory)第二階段：離子機(jī)制的證明和離子通道學(xué)說1939年，HodginandHuxley用槍烏鰂的神經(jīng)軸突記錄到了跨膜電位證實(shí)了靜息電位產(chǎn)生機(jī)制的正確性的同時提出了動作電位的Na+學(xué)說第三階段：離子通道機(jī)制的證明1976年，成功建立膜片鉗和單通道記錄技術(shù)生物電記錄的技術(shù)概述第16頁,共75頁，2024年2月25日，星期天第三節(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(cè)的電位差。第17頁,共75頁，2024年2月25日，星期天Measuringtherestingmembranepotential

Microelectrode0.5umdiameter第18頁,共75頁，2024年2月25日，星期天第四節(jié)靜息電位的離子機(jī)制一、產(chǎn)生靜息電位的條件1.細(xì)胞內(nèi)外K+的不均衡分布2.

細(xì)胞膜在靜息狀態(tài)時主要只對K+有通透性的假設(shè)第19頁,共75頁，2024年2月25日，星期天鈉泵的活動，細(xì)胞內(nèi)液的K+濃度較細(xì)胞外液高，而Na+和Cl-的濃度則細(xì)胞外液比細(xì)胞內(nèi)液高，這是細(xì)胞生物電的產(chǎn)生基礎(chǔ)。第20頁,共75頁，2024年2月25日，星期天K+平衡電位形成的離子機(jī)制第21頁,共75頁，2024年2月25日，星期天極化（polarization)：神經(jīng)元膜內(nèi)負(fù)外正的帶電狀態(tài)去極化(depolarization)：膜電位的數(shù)值向負(fù)值減少的方向變化超極化(hyperpolarization)：向負(fù)值增大的方向變化反極化：變成內(nèi)正外負(fù)的狀態(tài)復(fù)極化(repolarization)：當(dāng)膜電位從去極化或反極化狀態(tài)恢復(fù)到極化狀態(tài)第22頁,共75頁，2024年2月25日，星期天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(xì)胞內(nèi)外K+的濃度=EK=61.5log++0i第23頁,共75頁，2024年2月25日，星期天Approximateionconcentrationoneithersideofaneuronalmembrane第24頁,共75頁，2024年2月25日，星期天靜息電位形成的機(jī)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(xì)胞內(nèi)K+濃度比細(xì)胞外高約30倍。導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的K+順著濃度梯度擴(kuò)散到膜外，但細(xì)胞內(nèi)帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)大分子物質(zhì)不能通過細(xì)胞膜而留在細(xì)胞內(nèi)，從而使膜內(nèi)外出現(xiàn)電位差，即膜內(nèi)帶負(fù)電荷，膜外帶正電荷，這種跨膜電位差阻礙了K+的進(jìn)一步外流。當(dāng)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(dá)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,共75頁，2024年2月25日，星期天特點(diǎn)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(fù)的極化狀態(tài)1、細(xì)胞內(nèi)、外離子分布不均勻：細(xì)胞內(nèi)K＋及帶負(fù)電的蛋白質(zhì)多，細(xì)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(fù)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(dāng)于K＋的平衡電位。外正內(nèi)負(fù)原理三：一不均，二選擇，三是生電鈉泵。第26頁,共75頁，2024年2月25日，星期天第三章神經(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,共75頁，2024年2月25日，星期天神經(jīng)電信號：神經(jīng)元在靜息電位基礎(chǔ)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,共75頁，2024年2月25日，星期天第二節(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(yīng)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(jìn)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(diǎn)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(yīng)器點(diǎn)位

5.

自發(fā)膜電位

6.

局部電流引起的膜電位變化第29頁,共75頁，2024年2月25日，星期天二、局部電位的特性等級性：又稱作刺激強(qiáng)度依賴性2.

電緊張擴(kuò)布性：也稱局限性，隨著擴(kuò)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,共75頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)動作電位及產(chǎn)生機(jī)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(chǔ)上，受到刺激后膜電位所發(fā)生的快速翻轉(zhuǎn)和復(fù)原的過程，是一種可傳導(dǎo)的電信號。

特征：

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

2.全幅式傳導(dǎo)性

3.不可疊加性

第31頁,共75頁，2024年2月25日，星期天二、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(fù)極化相后電位：去極化后電位超極化后電位第32頁,共75頁，2024年2月25日，星期天極化狀態(tài)(

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

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

actionpotential)：在原有靜息電位的基礎(chǔ)上，膜電位發(fā)生的迅速的倒轉(zhuǎn)和恢復(fù)鋒電位(spike)：動作電位是細(xì)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(guān)概念第33頁,共75頁，2024年2月25日，星期天三、動作電位產(chǎn)生的離子機(jī)制（一）鋒電位的離子機(jī)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(chǔ)細(xì)胞外的Na+濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于細(xì)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(diǎn)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(dǎo)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(fù)極化第34頁,共75頁，2024年2月25日，星期天Na+學(xué)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,共75頁，2024年2月25日，星期天Depolarizationofthecellduringtheactionpotentialiscausedbytheinfluxofsodiumionsacrossthemembrane,andrepolarizationiscausedbytheeffluxofpotassiumions.第36頁,共75頁，2024年2月25日，星期天（二）后電位的離子機(jī)制去極化后電位:可能是由于

1.

復(fù)極相是大量K+外流，導(dǎo)致細(xì)胞外K+的蓄積，故延緩了復(fù)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,共75頁，2024年2月25日，星期天①靜息時膜電位②去極化刺激第38頁,共75頁，2024年2月25日，星期天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(kuò)散到膜外，引起超極化。鈉泵作用。⑨細(xì)胞膜電位恢復(fù)到靜息電位水平⑦去極化后電位（負(fù)后電位），此時Na+通道基本恢復(fù)，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(fù)極化，鈣離子內(nèi)流。⑥K+從細(xì)胞轉(zhuǎn)移到細(xì)胞外液使細(xì)胞復(fù)極化⑤Na+通道關(guān)閉，K+通道開放④Na+迅速進(jìn)入細(xì)胞，使細(xì)胞去極化③膜去極化達(dá)閾電位水平，電壓門控Na+通道開放。Na+進(jìn)入細(xì)胞。電壓門控K+通道開始緩慢開放第39頁,共75頁，2024年2月25日，星期天神經(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(dá)閾值，膜部分去極化達(dá)閾電位，鈉通道大量開發(fā)，Na+迅速內(nèi)流；鈉進(jìn)復(fù)極相膜迅速復(fù)極化1、鈉通道迅速關(guān)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(fù)相通過鈉－鉀泵的活動，使細(xì)胞內(nèi)、外離子成分恢復(fù)還原泵還原特點(diǎn)產(chǎn)生原理記憶口訣第40頁,共75頁，2024年2月25日，星期天The

molecularbasicoftheactionpotential第41頁,共75頁，2024年2月25日，星期天4.characterAllornone:同一細(xì)胞動作電位的大小形態(tài)不隨刺激強(qiáng)度而改變的性質(zhì)。Nondecreasingconduction不衰減性傳導(dǎo)NoOverlap不可疊加性第42頁,共75頁，2024年2月25日，星期天第四節(jié)動作電位的產(chǎn)生和傳導(dǎo)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(diǎn)閾電位越低，興奮性越高，閾電位越高，興奮性就越低第43頁,共75頁，2024年2月25日，星期天動作電位的傳播（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(luò)上的擴(kuò)散過程分為：傳導(dǎo)和傳遞動作電位傳導(dǎo)的特點(diǎn)：●長距離傳導(dǎo)●雙向性傳導(dǎo)，而實(shí)際上是單向傳導(dǎo)●傳導(dǎo)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(dǎo)第44頁,共75頁，2024年2月25日，星期天The

myelinsheathandnodeofRanvierNodeofRanvier:0.5umgapofnakedaxon/adjacentregions

Saltatoryconduction

跳躍式傳導(dǎo)第45頁,共75頁，2024年2月25日，星期天第五節(jié)神經(jīng)元的興奮性興奮性excitability興奮Excitation可興奮細(xì)胞excitablecell閾強(qiáng)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(yīng)期：超射期和復(fù)極化前期相對不應(yīng)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,共75頁，2024年2月25日，星期天6.ExcitationandExcitabilityConception：

Excitability(興奮性）:Excitation:（興奮）

ThresholdIntensity（閾強(qiáng)度）andThresholdstimulus（閾刺激）Toinitiateexcitation(AP)ExcitablecellStimulationIntensityDurationdV/dtThefactorofinfluencingExcitability:第47頁,共75頁，2024年2月25日，星期天Thresholdintensity&Thresholdstimulus第48頁,共75頁，2024年2月25日，星期天RefractoryperiodfollowinganAP:1.AbsoluteRefractoryPeriod:inactivationofNa+channel2.RelativeRefractoryPeriod:someNa+channelsopen第49頁,共75頁，2024年2月25日，星期天2.Methodsofrecordingactionpotentialsloudspeaker第50頁,共75頁，2024年2月25日，星期天生物電的直接測量得益于電磁效應(yīng)和電流計(jì)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(shù)

techniquesforstudyingionchannel第51頁,共75頁，2024年2月25日，星期天VoltageClampNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1963"fortheirdiscoveriesconcerningtheionicmechanismsinvolvedinexcitationandinhibitionintheperipheralandcentralportionsofthenervecellmembrane"Eccles Hodgkin Huxley第52頁,共75頁，2024年2月25日，星期天①電壓固定技術(shù)，又稱電壓鉗（Voltageclamp）技術(shù)，用于研究動作電位過程中膜電流的變化。

Im＝＋I(xiàn)c，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,共75頁，2024年2月25日，星期天把細(xì)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,共75頁，2024年2月25日，星期天Currentsrecordedundervoltageclampcondition第55頁,共75頁，2024年2月25日，星期天PatchClamp0.06pA1A=103mA=106uA=109nA=1012pANobelPrizeinPhysiologyorMedicine1991"fortheirdiscoveriesconcerningthefunctionofsingleionchannelsincells"ErwinNeher BertSakmann

②膜片鉗（patchclamp）在電壓鉗制技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種研究離子通道電流的技術(shù)。對電極尖端吸附的細(xì)胞膜片進(jìn)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,共75頁，2024年2月25日，星期天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,共75頁，2024年2月25日，星期天第58頁,共75頁，2024年2月25日，星期天第59頁,共75頁，2024年2月25日，星期天第60頁,共75頁，2024年2月25日，星期天第61頁,共75頁，2024年2月25日，星期天第62頁,共75頁，2024年2月25日，星期天第63頁,共75頁，2024年2月25日，星期天第64頁,共75頁，2024年2月25日，星期天第65頁,共75頁，2024年2月25日，星期天第66頁,共75頁，2024年2月25日，星期天第67頁,共75頁，2024年2月25日，星期天第68頁,共75頁，2024年2月25日，星期天第69頁,共75頁，2024年2月25日，星期天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