生理学课件细胞的基本功能临床医学本科人卫第八版.ppt

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1、1第二章第二章 细胞的基本功能细胞的基本功能2细胞的基本功能细胞的基本功能细胞膜细胞膜物质转运功能信号转导功能（自学）：细胞膜受体；配体生物电活动（神经细胞）静息电位动作电位肌细胞的收缩肌细胞的收缩（骨骼肌）3第一节第一节 细胞膜的物质转细胞膜的物质转运功能运功能4病例病例遗传性球形红细胞增多症遗传性球形红细胞增多症患者女性，患者女性，22岁。临床表现为贫血、黄疸，有十多年的岁。临床表现为贫血、黄疸，有十多年的贫血病史。该患者有明显的脾大。实验室检查表明该患贫血病史。该患者有明显的脾大。实验室检查表明该患者的红细胞大部分是小的球形红细胞，而且这种红细胞者的红细胞大部分是小的球形红细胞，而且这种

2、红细胞的渗透脆性较高。将患者的红细胞体外孵育时，的渗透脆性较高。将患者的红细胞体外孵育时，溶血较溶血较正常人严重。正常人严重。如果加入糖和如果加入糖和ATP可明显抑制溶血的发生。可明显抑制溶血的发生。查该患者红细胞内钠和钾浓度正常，查该患者红细胞内钠和钾浓度正常，但细胞膜对钠和钾但细胞膜对钠和钾的通透性是正常的的通透性是正常的3倍，并且细胞膜上的钠倍，并且细胞膜上的钠-钾泵水平也钾泵水平也是正常的是正常的3倍。倍。5案例问题案例问题红细胞为什么会破裂（溶血）？红细胞为什么会破裂（溶血）？水是如何通过细胞膜的？水是如何通过细胞膜的？钠和钾是如何通过细胞膜的？钠和钾是如何通过细胞膜的？什么是钠什么

3、是钠-钾泵，其生理作用是什么？钾泵，其生理作用是什么？为什么加入糖和为什么加入糖和ATP能够抑制溶血？能够抑制溶血？化学组成化学组成：脂质；蛋白质；糖液态镶嵌模型液态镶嵌模型6一、细胞膜的分子结构一、细胞膜的分子结构7二二 跨细胞膜的物质转运跨细胞膜的物质转运跨膜物质转运的动力跨膜物质转运的动力（决定转运方向）势能（电-化学驱动力）：浓度势能；电荷势能化学能：ATP跨膜物质转运的方式跨膜物质转运的方式细胞膜的通透性决定物质通过细胞膜的难易程度8二二 跨细胞膜的物质转运跨细胞膜的物质转运脂溶性物质；少数不带电荷的极性小分子脂溶性物质；少数不带电荷的极性小分子（气体、水）单纯扩散（simple d

4、iffusion）动力：势能非脂溶性的小分子物质或带电离子非脂溶性的小分子物质或带电离子细胞膜蛋白质辅助易化扩散（facilitated diffusion）主动转运（active transport）大分子和颗粒物质大分子和颗粒物质膜泡运输：出胞/入胞（吞噬；吞饮）9易化扩散易化扩散（facilitated diffussion）在膜蛋白的帮助（或介导）下，非脂溶性的小分子物质或带在膜蛋白的帮助（或介导）下，非脂溶性的小分子物质或带电离子顺浓度梯度和（或）电位梯度进行的跨膜转运电离子顺浓度梯度和（或）电位梯度进行的跨膜转运动力：势能膜蛋白通道：经通道（channel）易化扩散载体：经载体（c

5、arrier）易化扩散10经通道易化扩散经通道易化扩散转运物质转运物质:各种带电离子基本特征基本特征离子选择性门控特性电压门控通道化学门控通道机械门控通道11经载体易化扩散经载体易化扩散转运物质：转运物质：水溶性小分子物质；离子特点特点结构特异性饱和现象竞争性抑制某些物质在膜蛋白的帮助下，由细胞代谢供能而进行的某些物质在膜蛋白的帮助下，由细胞代谢供能而进行的逆浓度梯度和（或）电位梯度跨膜转运逆浓度梯度和（或）电位梯度跨膜转运膜蛋白：载体（ATP酶，泵）动力：化学能（ATP）直接利用（原发性主动转运）间接利用（继发性主动转运）化学能（泵）势能（同向/反向转运体）葡萄糖在小肠的吸收和肾小管的重吸收

6、甲状腺聚碘心肌细胞Na+-Ca2+交换肾小管分泌H+12主动转运主动转运同向转运体同向转运体反向转运体反向转运体13继发性主动转运举例继发性主动转运举例14钠钠-钾泵钾泵（钠-钾依赖式ATP酶）每分解一分子每分解一分子ATP，将，将3个个Na+移出胞外，将移出胞外，将2个个K+移入胞内移入胞内维持钠和钾的跨膜梯度维持钠和钾的跨膜梯度细胞内高钾维持代谢反应维持细胞内渗透压和细胞容积细胞发生电活动的基础生电效应细胞外高钠提供势能储备抑制剂抑制剂:哇巴因哇巴因15案例问题案例问题红细胞为什么会破裂（溶血）？红细胞为什么会破裂（溶血）？水是如何通过细胞膜的？水是如何通过细胞膜的？钠和钾是如何通过细胞膜

7、的？钠和钾是如何通过细胞膜的？什么是钠什么是钠-钾泵，其生理作用是什么？钾泵，其生理作用是什么？为什么加入糖和为什么加入糖和ATP能够抑制溶血？能够抑制溶血？16小结小结知识点知识点1：物质的跨膜转运：物质的跨膜转运记忆：易化扩散、主动转运的概念；通道、载体的特点理解：物质跨膜转运的影响因素（动力、通透性）应用：各转运方式转运的物质知识点知识点2：钠：钠-钾泵钾泵记忆：钠钾泵的生理作用理解：钠钾泵的生理意义应用：钠钾泵异常对机体的影响第三节第三节 细胞的电活动细胞的电活动17病例病例原发性高血钾周期性麻痹原发性高血钾周期性麻痹患者男性，患者男性，10岁。患有肌肉麻痹症，肌肉周期性挛缩并伴岁。患

8、有肌肉麻痹症，肌肉周期性挛缩并伴有疼痛，随后反应迟缓，肌肉发生瘫痪。体格检查：血钾有疼痛，随后反应迟缓，肌肉发生瘫痪。体格检查：血钾 6.8 mmol/L（正常（正常4.5 mmol/L），细胞内钾离子明显降低，），细胞内钾离子明显降低，症状发生时，骨骼肌细胞膜静息电位幅度降低。同时使用症状发生时，骨骼肌细胞膜静息电位幅度降低。同时使用胰岛素和沙丁胺醇（胰岛素和沙丁胺醇（2受体激动剂），症状得到明显缓解。受体激动剂），症状得到明显缓解。1819案例问题案例问题患者为什么会瘫痪？患者为什么会瘫痪？细胞内外钾离子浓度异常与瘫痪有什么关系？细胞内外钾离子浓度异常与瘫痪有什么关系？什么是静息电位？与钾

9、离子浓度有什么关系？什么是静息电位？与钾离子浓度有什么关系？静息电位降低与瘫痪有什么关系？静息电位降低与瘫痪有什么关系？为什么肌肉先出现挛缩再出现瘫痪？为什么肌肉先出现挛缩再出现瘫痪？细胞电活动的记录方法细胞电活动的记录方法细胞外记录细胞外记录细胞外两点之间电位差心电图脑电图肌电图细胞内记录细胞内记录细胞膜两侧电位差枪乌贼神经玻璃微电极20一、静息电位一、静息电位（resting potential）安静情况下细胞膜两侧存在的外正内负且相对平稳的电位安静情况下细胞膜两侧存在的外正内负且相对平稳的电位差差以神经细胞为例以神经细胞为例：-70 mV21静息电位静息电位极化极化（polarizati

10、on）超极化超极化（hyperpolarization）去极化去极化（depolarization）超射超射（overshoot）复极化复极化（repolarization）22静息电位的产生机制静息电位的产生机制离子的跨膜转运离子的跨膜转运/流动流动电-化学驱动力（electrochemical driving force）浓度差钠泵细胞膜的选择通透性离子通道23平衡电位平衡电位驱动力驱动力：浓度差；电荷差平衡电位平衡电位：电驱动力=-化学驱动力Nernst公式公式Ex=ln =60 log（mV）EK=-102 mVENa=+56 mVECl=-76 mVEca=+123 mV24RTZF

11、XoXiXoXi静息电位的产生机制静息电位的产生机制K+平衡电位平衡电位细胞内外K+浓度差K+外流细胞膜对细胞膜对Na+的通透性的通透性Na+内流去极化钠泵活动水平钠泵活动水平超极化25二、动作电位二、动作电位动作电位（动作电位（action potential）的概念）的概念细胞在静息电位基础上接受有效刺激后产生的一个迅速的可向远处传播的膜电位波动峰电位（spike potential）去极相复极相后电位（after-potential）后去极化电位后超极化电位26动作电位动作电位动作电位的特点动作电位的特点“全或无”现象不衰减传播脉冲式发放动作电位的产生机制动作电位的产生机制：离子的跨膜流

12、动电-化学驱动力及其变化细胞膜通透性的变化27动作电位的产生机制动作电位的产生机制28钠通道钠通道双双“闸门闸门”激活门（m门）：去极化开放；复极化关闭失活门（h门）：复极化开放；去极化关闭三种状态三种状态静息态激活态失活态静息态（去极化）静息态（去极化）激活态激活态失活态（复极化）失活态（复极化）静息态静息态29再生性循环（正反馈）：再生性循环（正反馈）：使钠通道在短时间内大量开放阻断剂阻断剂河豚毒钠通道钠通道30动作电位的产生机制动作电位的产生机制离子跨膜流动离子跨膜流动电化学驱动力电化学驱动力离子通道离子通道去极相Na+内流（Na+平衡电位）钠通道复极相K+外流钾通道31动作电位的触发动

13、作电位的触发有效刺激有效刺激（阈刺激、阈上刺激）刺激的参数强度持续时间强度-时间变化率阈强度：能使细胞产生动作电位的最小刺激强度阈刺激：相当于阈强度的刺激阈上刺激；阈下刺激32动作电位的触发动作电位的触发阈电位（阈电位（threshold potential）能触发动作电位（钠通道大量开放）的膜电位临界值能触发膜去极化与钠通道开放形成正反馈的膜电位水平33动作电位的传播动作电位的传播动作电位在同一细胞上的传播动作电位在同一细胞上的传播细胞膜依次产生动作电位机制：局部电流学说34跳跃式传导（跳跃式传导（saltatory conduction）有髓神经纤维有髓神经纤维只有在郎飞结处能产生动作电位

14、只有在郎飞结处能产生动作电位郎飞结处轴突膜上存在密集的钠通道35兴奋性及其变化兴奋性及其变化兴奋性（兴奋性（excitability）机体的组织或细胞接受刺激后发生反应的能力或特性可兴奋细胞可兴奋细胞（共同反应：动作电位）神经细胞神经冲动肌细胞收缩腺细胞分泌衡量指标：衡量指标：阈强度（与兴奋性成负相关）36细胞兴奋后兴奋性的变化细胞兴奋后兴奋性的变化绝对不应期绝对不应期相对不应期相对不应期超常期超常期低常期低常期37三、电紧张电位和局部电位三、电紧张电位和局部电位电紧张电位电紧张电位由膜的被动电学特性决定其空间分布和时间变化的膜电位38局部电位局部电位由少量钠通道激活而产生的去极化膜电位波动由

15、少量钠通道激活而产生的去极化膜电位波动特点特点等级性电位衰减性传导没有不应期：可叠加总和空间总和时间总和3940案例问题案例问题患者为什么会瘫痪？患者为什么会瘫痪？细胞内外钾离子浓度异常与瘫痪有什么关系？细胞内外钾离子浓度异常与瘫痪有什么关系？什么是静息电位？与钾离子浓度有什么关系？什么是静息电位？与钾离子浓度有什么关系？静息电位降低与瘫痪有什么关系？静息电位降低与瘫痪有什么关系？为什么肌肉先出现挛缩再出现瘫痪？为什么肌肉先出现挛缩再出现瘫痪？41小结小结知识点知识点3：静息电位：静息电位记忆：静息电位的概念、产生机制；与膜电位变化有关的名词理解：离子跨膜流动的影响因素应用：血钾异常对静息电位

16、的影响知识点知识点4：动作电位：动作电位记忆：动作电位的概念、组成、特点、产生机制、传播机制；钠通道的特点；阈强度、阈刺激、阈电位理解：动作电位幅度的影响因素；钠通道再生性循环；跳跃式传导的意义应用：钠通道阻断剂的临床应用小结小结知识点知识点5：兴奋性及其变化：兴奋性及其变化记忆：兴奋性的概念、衡量指标；可兴奋组织；神经细胞兴奋性的周期性变化理解：细胞膜电位和钠通道对兴奋性的影响应用：电解质异常对细胞兴奋性的影响知识点知识点6：局部电位：局部电位记忆：局部电位的概念、特点理解：局部电位与动作电位的区别以及关系应用：人体中的局部电位42第四节第四节 肌细胞的收缩肌细胞的收缩43病例病例重症肌无力

17、重症肌无力患者女性，患者女性，30岁，近三个月来感觉浑身乏力和易疲劳。近岁，近三个月来感觉浑身乏力和易疲劳。近一周，上述症状明显加重，梳头困难并伴有眼睑下垂，上一周，上述症状明显加重，梳头困难并伴有眼睑下垂，上楼梯时几次摔倒在地，休息后可缓解。体格检查：血清中楼梯时几次摔倒在地，休息后可缓解。体格检查：血清中胆碱能受体抗体增多，重复刺激运动神经元时骨骼肌的反胆碱能受体抗体增多，重复刺激运动神经元时骨骼肌的反应下降。使用新斯的明治疗后症状减轻。应下降。使用新斯的明治疗后症状减轻。4445案例问题案例问题患者为什么会出现肌无力的表现？患者为什么会出现肌无力的表现？患者的症状为什么休息后缓解，而反复

18、刺激运动神经骨患者的症状为什么休息后缓解，而反复刺激运动神经骨骼肌的反应性下降？骼肌的反应性下降？骨骼肌上的胆碱能受体是哪一类型？骨骼肌上的胆碱能受体是哪一类型？运动神经如何引起骨骼肌收缩？运动神经如何引起骨骼肌收缩？如何进行治疗？新斯的明为什么有效？如何进行治疗？新斯的明为什么有效？一、横纹肌一、横纹肌（骨骼肌）骨骼肌神经骨骼肌神经-肌接头处的兴奋传递肌接头处的兴奋传递骨骼肌神经-肌接头的结构特征46一、横纹肌一、横纹肌（骨骼肌）骨骼肌神经骨骼肌神经-肌接头处的兴奋传递肌接头处的兴奋传递接头前膜Ca2+通道：去极化激活突触囊泡（乙酰胆碱）接头间隙接头后膜（终板膜）N2型乙酰胆碱受体化学门控通

19、道阳离子通道乙酰胆碱酯酶47神经神经-肌接头处兴奋的传递过程肌接头处兴奋的传递过程电电-化学化学-电电神经末梢动作电位（电）乙酰胆碱释放（化学）钙通道开放（去极化）细胞内Ca2+突触囊泡释放乙酰胆碱：出泡（量子式释放）乙酰胆碱（化学）骨骼肌细胞动作电位（电）乙酰胆碱受体开放Na+内流终板膜去极化终板电位（局部电位）骨骼肌细胞动作电位微终板电位：单个囊泡释放的乙酰胆碱引起的终板膜电位微小的去极化乙酰胆碱酯酶分解乙酰胆碱48横纹肌细胞的结构特征（复习）横纹肌细胞的结构特征（复习）肌原纤维和肌节肌原纤维和肌节（sarcomere）49横纹肌细胞的结构特征（复习）横纹肌细胞的结构特征（复习）肌管系统肌

20、管系统三联管50横纹肌细胞的收缩机制横纹肌细胞的收缩机制肌丝滑行理论（肌丝滑行理论（myofilament sliding theory）51肌丝的分子组成肌丝的分子组成粗肌丝粗肌丝肌球蛋白（myosin）横桥（cross-bridge）ATP酶活性与细肌丝结合向M线方向扭动52肌丝的分子组成肌丝的分子组成细肌丝细肌丝肌动蛋白（actin）构成细肌丝主干横桥结合位点原肌球蛋白（tropomyosin）掩盖横桥结合位点肌钙蛋白（troponin）T亚单位：与原肌球蛋白相连I亚单位：与肌动蛋白相连C亚单位：能够与Ca2+结合53肌丝滑行的过程肌丝滑行的过程54化学能化学能机械能机械能横桥周期横桥周

21、期（cross bridge cycling）横纹肌细胞的兴奋横纹肌细胞的兴奋-收缩耦联收缩耦联三联管三联管T管管肌质网肌质网L型钙通道ryanodine受体（钙释放通道）钙泵（钙回收）55横纹肌细胞的兴奋横纹肌细胞的兴奋-收缩耦联收缩耦联56影响横纹肌收缩效能的因素影响横纹肌收缩效能的因素收缩效能收缩效能（performance of contraction）张力大小缩短程度产生张力或缩短速度收缩形式收缩形式等长收缩（isometric contraction）等张收缩（isotonic contraction）57影响横纹肌收缩效能的因素影响横纹肌收缩效能的因素前负荷前负荷（preload

22、）肌肉在收缩前所承受的负荷初长度（initial length）最适初长度（optimal initial length）58影响横纹肌收缩效能的因素影响横纹肌收缩效能的因素后负荷后负荷（afterload）肌肉在收缩后所承受的负荷肌肉收缩能力肌肉收缩能力（contractility）影响肌肉收缩效能的肌肉内在特性横桥摆动的数量肌原纤维肥大细胞内Ca2+浓度横桥摆动的质量ATP酶活性59影响横纹肌收缩效能的因素影响横纹肌收缩效能的因素收缩的总和收缩的总和多纤维总和：大小原则频率总和：单收缩；不完全强直收缩；完全强直收缩6061案例问题案例问题患者为什么会出现肌无力的表现？患者为什么会出现肌无力

23、的表现？患者的症状为什么休息后缓解，而反复刺激运动神经骨患者的症状为什么休息后缓解，而反复刺激运动神经骨骼肌的反应性下降？骼肌的反应性下降？骨骼肌上的胆碱能受体是哪一类型？骨骼肌上的胆碱能受体是哪一类型？运动神经如何引起骨骼肌收缩？运动神经如何引起骨骼肌收缩？如何进行治疗？新斯的明为什么有效？如何进行治疗？新斯的明为什么有效？小结小结知识点知识点7：骨骼肌神经：骨骼肌神经-肌接头处的兴奋传递肌接头处的兴奋传递（电-化学-电）记忆：接头的关键分子靶点；终板电位的特点；微终板电位的概念理解：接头兴奋的传递过程应用：接头传递异常的临床表现知识点知识点8：骨骼肌收缩：骨骼肌收缩记忆：肌丝滑行理论；粗、细肌丝的分子组成及其功能；兴奋-收缩耦联的概念、结构基础、关键离子；肌肉的收缩形式、影响因素理解：横桥周期；兴奋-收缩耦联的过程；前负荷、后负荷对肌肉收缩的影响应用：肌肉收缩过程ATP的消耗及其异常时的表现62