神经的兴奋与传导.ppt
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1、一、细胞的生物电现象一、细胞的生物电现象(一一)刺激与反应)刺激与反应1、刺刺激激(stimulus)能能为为机机体体(活活组组织织或或细细胞胞)感感受受的的环环境境变化;或引起细胞发生反应的环境变化。变化;或引起细胞发生反应的环境变化。2、刺激的分类、刺激的分类根根据据刺刺激激性性质质:物物质质的的(机机械械、电电、热热等等)、化化学学的的、生生物物刺刺激;根据刺激作用:适宜、不适宜。激;根据刺激作用:适宜、不适宜。3、常常用用电电刺刺激激强强度度、波波形形、时时间间好好控控制制;不不易易引引起起损损伤伤;可重复使用。可重复使用。4、反反应应机机体体(活活组组织织或或细细胞胞)受受到到刺刺激
2、激后后功功能能活活动动状状态态的的改改变变。分分为为:(1)兴兴奋奋:活活动动状状态态增增强强;(2)抑抑制制:活活动动状状态减弱。态减弱。(二二)兴奋性与兴奋)兴奋性与兴奋1、兴奋性、兴奋性(excitability)机体(活组织或细胞)对刺激发 生反应的能力。或细胞受到刺激后产生动作电位的能力。2、兴奋、兴奋(excitement)机体(活组织或细胞)由安静状态 变为活动状态或活动加强过程。或机体产生动作电位的 过程。3、兴奋与兴奋性、兴奋与兴奋性(1)兴奋为外在表现,兴奋性为潜在能力(2)兴奋性的高低是指兴奋反应发生的难易程度(兴奋性高,易发生兴奋;兴奋性低不易发生兴奋)4、衡量指标、衡
3、量指标(1)兴奋的指标:)兴奋的指标:动作电位动作电位(2)兴奋性的指标:阈值)兴奋性的指标:阈值5、可兴奋组织、可兴奋组织神经、肌肉和腺体称为可兴奋组织,因为神经、肌肉和腺体称为可兴奋组织,因为(1)它们兴奋性最高,很小刺激强度就可使它们兴奋;(2)在刺激后出现动作电位,并且可用肉眼或仪器观察 到它 们 的反应。(三)兴奋性指标(三)兴奋性指标-阈值(阈值(threshold)1、刺激三要素、刺激三要素:强度、持续时间、变化率(强度:强度、持续时间、变化率(强度/时间)。时间)。2、常用刺激强度作为兴奋性指标、常用刺激强度作为兴奋性指标。刚能。刚能引起组引起组织产生反应的最小刺激称织产生反应
4、的最小刺激称阈刺激阈刺激,其强度称,其强度称阈强阈强度度,简称,简称阈值阈值(threshold)。)。阈值大小和兴奋性阈值大小和兴奋性成反比。成反比。强度小于和大于阈值的刺激分别称为强度小于和大于阈值的刺激分别称为阈阈下下和和阈上刺阈上刺激激。二、神经、骨骼肌细胞生物电现象二、神经、骨骼肌细胞生物电现象(一一)生物电生物电:可兴奋细胞膜内外两侧存在的跨膜可兴奋细胞膜内外两侧存在的跨膜电变化电变化。(二二)分类分类:单细胞单细胞组织器官组织器官:安静时安静时 静息电位(静息电位(Rp)受刺激时受刺激时 动作电位(动作电位(Ap)反应反应ECG、脑电、肌电等、脑电、肌电等 所有细胞所有细胞Ap的
5、综的综合表现合表现n n进行细胞生物电研究的材料进行细胞生物电研究的材料进行细胞生物电研究的材料进行细胞生物电研究的材料n n1 1、理想的实验材料理想的实验材料理想的实验材料理想的实验材料:枪乌贼的巨大神经纤:枪乌贼的巨大神经纤:枪乌贼的巨大神经纤:枪乌贼的巨大神经纤维,直径达维,直径达维,直径达维,直径达1mm1mm,是,是,是,是2020世纪世纪世纪世纪3030年代英国的年代英国的年代英国的年代英国的J.Z.YoungJ.Z.Young发现的。发现的。发现的。发现的。n n2 2、理想实验工具理想实验工具理想实验工具理想实验工具:19391939年英国年英国年英国年英国A.L.Hodgk
6、in A.L.Hodgkin 与与与与 A.F.Huxley A.F.Huxley发明玻璃微电极,是一个尖端发明玻璃微电极,是一个尖端发明玻璃微电极,是一个尖端发明玻璃微电极,是一个尖端约为约为约为约为0.5um0.5um的毛细玻管,管内充以饱和的毛细玻管,管内充以饱和的毛细玻管,管内充以饱和的毛细玻管,管内充以饱和KClKCl溶溶溶溶液,可直接插入轴突中。而几乎不影响其正液,可直接插入轴突中。而几乎不影响其正液,可直接插入轴突中。而几乎不影响其正液,可直接插入轴突中。而几乎不影响其正常机能。可以测定神经纤维的静息电位和动常机能。可以测定神经纤维的静息电位和动常机能。可以测定神经纤维的静息电位
7、和动常机能。可以测定神经纤维的静息电位和动作电位。作电位。作电位。作电位。(一)静息电位(一)静息电位(restingpotential,RP)(膜电位)(膜电位)1、含含义义:细细胞胞未未受受到到刺刺激激,处处于于安安静静状状态态下下的的膜膜内内外外的的电电位位差差。表表现现为为膜膜内内较较膜膜外外为为负负,是是一一种种稳稳定定的的直直流流电电位位.2、特点:、特点:A、电位外高内低,若外为零,内为负值。、电位外高内低,若外为零,内为负值。B、大大多多数数细细胞胞的的RP相相对对恒恒定定(只只要要未未受受到到刺刺激激,代代谢谢正正常常),心肌自律细胞和胃肠平滑肌细胞例外。心肌自律细胞和胃肠平
8、滑肌细胞例外。3、数值:哺乳动物神经细胞和心室肌细胞约为、数值:哺乳动物神经细胞和心室肌细胞约为-70-90mv。4、产生机制、产生机制(1)膜的离子流学说膜的离子流学说 Bernstein提出,非生物的人工膜物理模型a、细胞内外各种离子浓度分布不均;、细胞内外各种离子浓度分布不均;b、细胞膜对各种离子有选择的通透性。、细胞膜对各种离子有选择的通透性。具体说,静息时具体说,静息时K+的外流是的外流是RP形成的最主要原因。形成的最主要原因。RP可看作可看作K+的移动所达到平衡电位(的移动所达到平衡电位(K+的平衡电位),但的平衡电位),但实际上实际上RP小于小于K+的平衡电位的平衡电位.小结:小
9、结:K+分布不均,分布不均,K+选择通透,选择通透,K+平衡电位。平衡电位。膜片钳技术证实了这个推论膜片钳技术证实了这个推论 5、描述膜两侧电荷分布状态的常用术语:、描述膜两侧电荷分布状态的常用术语:(1)极化:)极化:静息时胞膜内负外正状态称为膜的极化。静息时胞膜内负外正状态称为膜的极化。(2)超极化)超极化:当膜的两侧极化加剧,即负值增大。:当膜的两侧极化加剧,即负值增大。(3)去极化)去极化:当膜的两侧极化减弱,即负值减小。:当膜的两侧极化减弱,即负值减小。(4)反反极极化化(也也称称超超射射):极极化化状状态态的的翻翻转转(由由外外正正内内负负转转变变为为内内正正外外负负),即即动动作
10、作电电位位上上升升支支中中零零位位线线以以上上的的部分。部分。(5)复极化)复极化:先发生去极化,后恢复到极化状态。:先发生去极化,后恢复到极化状态。(二)动作电位(二)动作电位(actionpotential,AP)1、含义:、含义:可兴奋细胞在接受刺激兴奋时,在RP基础上发生的膜电位由去极化至倒极化与复极化的过程。简单的说:AP实际是在RP基础上发生一次膜两侧电位的快速而可逆的倒转。是兴奋的是兴奋的标志。标志。2、产生机制:、产生机制:当细胞受刺激时,膜去极化,达到阈电位,膜上Na+通道被激活而开放,Na+顺浓度梯度和电位梯度瞬间大量内流,细胞内正电荷迅速增加,电位上升,膜内电位由负到再到
11、正,形成AP上升支(去极化期和反极化期),当膜内正电荷足以抵抗Na+内流,膜电位达到一个新的平衡点+30mv(即Na+的平衡电位),后Na+通道逐渐失活而关闭,K+通道逐被激活开放,使Na+内流停止,K+快速外流,胞内电位迅速下降,恢复到兴奋前负电位状态,为锋电位的下降支(复极化时期)。Na+通道有三种状态:a,关闭、静息。b,激活打开。c,失活,关闭。去极化Na+通道激活失活复极化使失活解除静息的关闭状态。失活后必须转入静息(关闭)状态才能再次被激活。小小结结:刺刺激激达达阈阈,Na+入入去去极极,K+出出复复极极,Na+泵泵恢复恢复。3、动作电位的组成、动作电位的组成(以神经细胞为例以神经
12、细胞为例)(1)锋电位锋电位:(2)后电位后电位:锋电位后一种时间较长,锋电位后一种时间较长,波波动较动较小小的电位变化的电位变化.去极化(去极化(-900+30)复极化(复极化(+300-90)4、产生条件:、产生条件:(1)刺激产生的去极化要达到一个临界值(阈电位)才)刺激产生的去极化要达到一个临界值(阈电位)才能产生能产生AP。阈电位阈电位是能使是能使Na+通道瞬时大量开放而引发通道瞬时大量开放而引发AP时的临界膜电位时的临界膜电位.(2)膜处于正常静息状态。)膜处于正常静息状态。n n5、特点:特点:“全或无全或无全或无全或无”现象现象现象现象n nA A、APAP的大小与刺激强度无关
13、,它的幅度等于的大小与刺激强度无关,它的幅度等于的大小与刺激强度无关,它的幅度等于的大小与刺激强度无关,它的幅度等于Na+Na+的平的平的平的平衡电位与衡电位与衡电位与衡电位与RPRP绝对值之和)。绝对值之和)。绝对值之和)。绝对值之和)。n nB B、AP AP不仅出现在受刺激的局部,它也可向周围不仅出现在受刺激的局部,它也可向周围不仅出现在受刺激的局部,它也可向周围不仅出现在受刺激的局部,它也可向周围 C C膜膜膜膜传播,且大小不因传播距离而改变传播,且大小不因传播距离而改变传播,且大小不因传播距离而改变传播,且大小不因传播距离而改变(三)兴奋在同一个细胞上的传导(三)兴奋在同一个细胞上的
14、传导(1)含义含义:AP一经产生可沿细胞膜传播。在单一细胞上称传一经产生可沿细胞膜传播。在单一细胞上称传导。神经细胞上传导的导。神经细胞上传导的AP也称也称神经冲动神经冲动。(2)本质本质:局部电流流动(兴奋部位与未兴奋部位之间产生局部电流流动(兴奋部位与未兴奋部位之间产生的外向电流使未兴奋部位兴奋)。的外向电流使未兴奋部位兴奋)。(3)特点特点:双向,双向,不衰减(不衰减(AP产生能量来自离子浓度势能)产生能量来自离子浓度势能)相对不疲劳;相对不疲劳;(4)跳跃式传导:跳跃式传导:有髓纤维传导是相邻朗飞氏结区发生的局有髓纤维传导是相邻朗飞氏结区发生的局部电流。神经髓鞘出现是进化的表现,既能增
15、加神经纤维传导部电流。神经髓鞘出现是进化的表现,既能增加神经纤维传导速度,又能减少能耗。速度,又能减少能耗。n n(四)局部兴奋与局部电位(四)局部兴奋与局部电位n n 阈下刺激产生的较小的去极化反应。其本质阈下刺激产生的较小的去极化反应。其本质阈下刺激产生的较小的去极化反应。其本质阈下刺激产生的较小的去极化反应。其本质是少量是少量是少量是少量Na+Na+内流,其内流,其内流,其内流,其n n特点特点特点特点不具有不具有不具有不具有“全和无全和无全和无全和无”特性。特性。特性。特性。可总和(时间总和空间总和)可总和(时间总和空间总和)可总和(时间总和空间总和)可总和(时间总和空间总和)n n
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