精品课程生理学敏案 第二章细胞的基本功能 [目的要求] 1、了解细胞膜的分子结构，掌握细胞膜的物质转运的形式和影响因素 2、掌握静息电位和动作电位的概念、特点和形成的离子机制，并了解静息电位和动作电位形成的理论的主要证据 3、掌据局部兴奋特点和产生机制，掌拆动作电位的引起和兴奋在同一细胞 上的传导机制及特点 4、了解神经-骨酪肌接头的结构特点、掌握神经-骨路肌接头兴奋传递过程，热悉影响神经-骨酪肌接头兴奋传递的 主要因素及其临床意义 5、苹握肌肉收缩原理和前负荷、后负荷、肌肉收缩能力的概念，熟悉前负荷、后负荷、肌肉收缩能力对肌肉收缩的 影响 [讲授重点] 1细胞膜的物质转运的形式和影响因索 2静息电位和动作电位的概念和形成的高子机制 3.局部兴奋、动作电位的引起和兴奋在同一细跑上的传导机制 4,神经-骨酪肌接头处的兴奋传递及影响因素 5.肌肉收缩原理和前负荷、后负荷、肌肉收缩能力对肌肉收缩的影响 「授难占1 1.继发性主动转运 2.静息电位和动作电位形成的离子机制 3.前负荷、后负荷对肌肉收缩的影响 「教材1 生理学(5饭).雄表主给.人民卫生出版社，2000.北京 案例：某男性志者，16岁，近来运动后感到极度无力，尤其是在进食大量淀粉类食物后加重。门诊检查血清钾正常 (4.5E/L) 但运动后血清钾明显降低(2.2/L),经补钾治疗后症状缓解。 1,为什么低血钾会引起极度肌肉无力 2.为什么在进食大量淀粉后症状加重？ 3.血钾增高时对肌肉收缩有何影响？为什么？ 细胞是组成人体和其他生物体的基本结构单位和功能单位。体内所有的生理功能和生化反应都是在细胞及其产物的 物质基础上进行的。只有在了解细跑和细跑器的分子组成和功能的基础上，才能闸明整个人体和各器官、系统的功 能活动及其机制。 一、细胞膜的物质转运功能 (一)细胞膜的结构 1.细胞膜的分子组成主要由脂质、蛋白质和少量糖类组成（图-），膜中脂质的分子数超过蛋白质分子数100倍 以上
精品课程生理学教案 第二章 细胞的基本功能 [目的要求] 1、了解细胞膜的分子结构，掌握细胞膜的物质转运的形式和影响因素 2、掌握静息电位和动作电位的概念、特点和形成的离子机制，并了解静息电位和动作电位形成的理论的主要证据 3、掌握局部兴奋特点和产生机制，掌握动作电位的引起和兴奋在同一细胞 上的传导机制及特点 4、了解神经-骨骼肌接头的结构特点、掌握神经-骨骼肌接头兴奋传递过程，熟悉影响神经-骨骼肌接头兴奋传递的 主要因素及其临床意义 5、掌握肌肉收缩原理和前负荷、后负荷、肌肉收缩能力的概念，熟悉前负荷、后负荷、肌肉收缩能力对肌肉收缩的 影响 [讲授重点] 1．细胞膜的物质转运的形式和影响因素 2. 静息电位和动作电位的概念和形成的离子机制 3. 局部兴奋、动作电位的引起和兴奋在同一细胞上的传导机制 4. 神经-骨骼肌接头处的兴奋传递及影响因素 5. 肌肉收缩原理和前负荷、后负荷、肌肉收缩能力对肌肉收缩的影响 [讲授难点] 1.继发性主动转运 2. 静息电位和动作电位形成的离子机制 3. 前负荷、后负荷对肌肉收缩的影响 [教材] 生理学(5 版),姚泰主编,人民卫生出版社,2000,北京 案例：某男性患者，16 岁，近来运动后感到极度无力，尤其是在进食大量淀粉类食物后加重。门诊检查血清钾正常 （4.5 mEq／L），但运动后血清钾明显降低（2.2mEq／L），经补钾治疗后症状缓解。 1.为什么低血钾会引起极度肌肉无力？ 2.为什么在进食大量淀粉后症状加重？ 3.血钾增高时对肌肉收缩有何影响？为什么？ 细胞是组成人体和其他生物体的基本结构单位和功能单位。体内所有的生理功能和生化反应都是在细胞及其产物的 物质基础上进行的。只有在了解细胞和细胞器的分子组成和功能的基础上，才能阐明整个人体和各器官、系统的功 能活动及其机制。 一、 细胞膜的物质转运功能 （一） 细胞膜的结构 1． 细胞膜的分子组成 主要由脂质、蛋白质和少量糖类组成(图 2-1)。膜中脂质的分子数超过蛋白质分子数 100 倍 以上
图2-1A细胞膜的分子组成B砖脂的分子结构模式图 2.液态相嵌模型(1 uid mosaic ode1) 以液态的脂质双分子层为基架，其中嵌着具有不同分子结构和不同生理功能的球形蛋白质（图2-2） 图2-2细胞膜液态相嵌模型示意图 二、跨腿物质转运的方式 (一)单纯扩散(simple diffusion) 概念：脂溶性物质从高浓度侧向低浓度侧跨膜转运。体内依靠单纯扩散通过细胞膜的物质只有脂溶性气体分子2 和C02。 图2-3扩散示意图
图 2-1 A 细胞膜的分子组成 B 磷脂的分子结构模式图 2． 液态相嵌模型（fluid mosaic model） 以液态的脂质双分子层为基架,其中镶嵌着具有不同分子结构和不同生理功能的球形蛋白质（图 2-2）。 图 2-2 细胞膜液态相嵌模型示意图 二、跨膜物质转运的方式 （一）单纯扩散 （simple diffusion ） 概念：脂溶性物质从高浓度侧向低浓度侧跨膜转运。体内依靠单纯扩散通过细胞膜的物质只有脂溶性气体分子 O2 和 CO2。 图 2-3 扩散示意图
影响因素： *动力：浓度差 浓度差增大、通透性增高，扩散增大 (二)易化扩散(facilitated diffusion) *特异性 *受调节 3.分类： *投体(carrier)为中介的易化扩散 特点：结构特异性高：有饱和现象：有争性抑制现象：有饱和现象 通道(channel)为中介的易化扩散 特点：有一定特异性，但没有载体严格：可以处于开放或关闭的不同功能状态，其通透性变化快 化学门控通道(chemically-gated channel) 电压门控通道(voltage-gated channel) 机械门控通道(mechanically-gated channel) 影响因素 离子的 (ma 电位差 (三)主动转运（active transport 1.概念：通过细胞本身的耗能将物质从低浓度侧向高浓度侧跨膜转运 被动转运(passive transport)单纯扩散、易化扩散 2.分类： *原发性主动转运(primary active transport) (so 继发性主动转运(secondary active transport)
影响因素： *动力：浓度差 *阻力：通透性（ permeability ） 通透性 ：物质通过膜的难易程度 浓度差增大、通透性增高，扩散增大 （二）易化扩散（facilitated diffusion ） 1. 概念：在膜蛋白的帮助下物质从高浓度侧向低浓度侧跨膜转运 2. 特点： * 从高浓度到低浓度 * 特异性 * 受调节 3. 分类： *载体（ carrier）为中介的易化扩散： 特点：结构特异性高;有饱和现象;有竞争性抑制现象：有饱和现象 *通道（ channel）为中介的易化扩散： 特点：有一定特异性，但没有载体严格;可以处于开放或关闭的不同功能状态，其通透性变化快 化学门控通道（chemically-gated channel） 电压门控通道（voltage-gated channel） 机械门控通道（mechanically-gated channel） 4. 影响因素 离子的易化扩散 （三）主动转运 （ active transport ） 1. 概念：通过细胞本身的耗能将物质从低浓度侧向高浓度侧跨膜转运 被动转运 （ passive transport ）单纯扩散、易化扩散 2. 分类： *原发性主动转运 （primary active transport ） 钠-钾泵（sodium-potassium pump，钠泵） *继发性主动转运 （secondary active transport ）
钠钾泵活动生理意义 胞内低a,维持细胞体积 *胞内高K,酶活性一一新陈代谢正常进行 *势能储备 钠、钾的易化扩散 继发性主动转运，联合转运(cotransport) 同向转运(symport) 逆向转运(antiport) C 图2-7跨摸物质转运示意图 同向转运(symport) B C糖的继发性主动转运D钙的跨膜转运 (四)入胞(endocytosis)和出胞(exocytosis) 入胞和出胞：大分子、团块 需膜的运动 被动转运、主动转运：小分子
钠-钾泵活动生理意义 *胞内低 Na，维持细胞体积 *胞内高 K，酶活性----新陈代谢正常进行 * 势能储备 钠、钾的易化扩散 继发性主动转运，联合转运 （cotransport） 同向转运（symport） 逆向转运（antiport） （四）入胞（endocytosis）和 出胞（exocytosis） 入胞和出胞：大分子、团块，需膜的运动 被动转运、主动转运：小分子
6 学 图2-8入胞作用示意图 二、细驹的生物电活动 (一)静息电位(Resting potential,Rp) 1.概念安静状态下细跑膜两侧的电位差 极化(po):外正内负，膜两侧电位差等于 去极化(depolarization):膜两侧电位差低于R即 复极化(repolarization):由去极化恢复极化 超极化(hyperpolarization):膜两侧电位差高于即 图2.9即测症示意图.· 2.RP的形成机理： CK]P[K]◆K外流 pt高， 促进K外流的浓度势能 =,阻碍K外流的电场力 K的净外流为零 证明： 1、Nernst公式 Ek=59.5 Log [K+]o/[K+]i (mV) 理论值-87m,实际值-7a
二、 细胞的生物电活动 （一） 静息电位（Resting potential, RP) 1．概念 安静状态下细胞膜两侧的电位差 极化 (polarization)：外正内负，膜两侧电位差等于 RP 去极化（depolarization)：膜两侧电位差低于 RP 复极化（repolarization)：由去极化恢复极化 超极化(hyperpolarization)：膜两侧电位差高于 RP 证明： 1、Nernst 公式 Ek= 59.5 Log [K+ ]o/[K+ ]i (mV) 理论值 -87mV，实际值 -77mV
Z、改变细胞外液中的K+浓度，即变化与Nernst公式预期的理论值相似 (二)动作电位 L.概念细胞受刺激后在P基础上发生的一次膜两侧电位快速倒转和复原，称动作电位Action Potential,A) (图2-10 兴奋(excitation):产生AP 兴奋性(excitability):接受刺激产生AP的能力 上升支去极化(-70mV到0mv) 「峰电位 招射(0mV到+30mW) 下古 复极化(+30rmV到-70mV) 去极化后电位（负后电位） 后电位 超极化后电位（正后电位） 翠 2.Action Potential,产生机制 去极化膜内外Na+不均匀分布（外高内低） 膜突然对+通透增大（+通道开放） 内流达平衡电位 复极化：阳通道关闭，K+通道开放，K+外流 证据： (1)ernst公式 ENa=59.5 Log [Na+]o/[Na+]i (mV) 超射值B (2)改变细胞外波的Na+浓度，AP变化与Nernst公式预期的理论值相似 图2-12降低细胞外液的十浓度对 AP的响w (3)河豚毒(tetrodotoxin.,TTX)阻断钠通道，AP不再产生 (4)电压钳或膜片钳测定不同离子膜电流和膜通透性变化
2、改变细胞外液中的 K+浓度，RP 变化与 Nernst 公式预期的理论值相似 （二）动作电位 1．概念 细胞受刺激后在 RP 基础上发生的一次膜两侧电位快速倒转和复原，称动作电位(Action Potential, AP) （图 2-10） 兴奋（excitation）：产生 AP 兴奋性（excitability）：接受刺激产生 AP 的能力 2. Action Potential,产生机制 去极化 膜内外 Na+不均匀分布（外高内低） 膜突然对 Na+通透增大（ Na+通道开放） Na+内流达 Na+平衡电位 复极化 ：Na+通道关闭， K+通道开放， K+外流 证据： （1）Nernst 公式 ENa= 59.5 Log [Na+]o/[Na+]i (mV) 超射值= ENa （2）改变细胞外液的 Na＋浓度，AP 变化与 Nernst 公式预期的理论值相似 （3）河豚毒(tetrodotoxin,TTX）阻断钠通道，AP 不再产生 （4）电压钳或膜片钳测定不同离子膜电流和膜通透性变化
E 2 图2-13电压钳实验布置示意图 图2-14神经AP和膜Na+、K+ 电导改变在时间上的相互关系 3. 钠通透性变化的本质和细胞兴奋性周期性变 ,图215膜片谢实验布置示意图： A:咨中p万正录到的单通道电流，VCMD决定设定的膜电位数值， B:在大鼠胚胎骨路肌细胞膜片上记录到的由ACH激活的单通道。 离子电流，强度为A(皮安)级
3. 钠通透性变化的本质和细胞兴奋性周期性变化
-110mV 60 射间(ms) 图2-16电压门控+通道的膜片钳记录 110rmv突然固定到-50mV, 在3次膜片钳实验 B:将144次莫片钳记录到的离子电流曲线进行平均叠加，得到一条娄似图2-13 中曲线C的a+电流曲线，说明后者是多数Na+通道激活的结果 用态 动 颜活快态 图2-17N+通道三种状态示意图+ 个图2.18神经细胞AP产生 离子机制示意图 4.兴奋性的周期性变化： 绝对不应期(absolue refractory period) 相对不应期((relative refractory period) 超常期(superanor图1 period)
4.兴奋性的周期性变化： 绝对不应期( absolute refractory period) 相对不应期(relative refractory period) 超常期( superanormal period)
低常期(subnormal period) 反后电位的产生机制 去极化后电位（负后电位）：细胞外一过性K蓄积 超极化后电位（正后电位）：泵活动增强 6,电位的引起和传导 阂电位(threshold membrane potential) 能引起a通道大量开放而爆发P的临界膜电位水平。有效刺激本身可以引起膜部分除极，当除极水平达到阀电位 时，便通过再生性循环机制而正反馈地使a+通道大量开放。 A. 图2-19？局都兴奋的女验布（）和实结)示感明见正文 再生性循环 一Na通道开 一→Na内流去极化一AP升支 K通道开 K外流一AP降支 了动作电位的传导 局部电流(local current) 在膜的已兴奋区与相邻接的未兴奋区之间，由于存在电位差而产生局部电流。局部电流的强度数倍于阀强度，并且局 部电流对于未兴奋区是可以引起除极的出膜方向，因此，局部电流是一个有效刺激，使未兴奋区的膜除极达到阀电
低常期(subnormal period) 5.后电位的产生机制 去极化后电位（负后电位）：细胞外一过性 K 蓄积 超极化后电位（正后电位）：Na 泵活动增强 6.电位的引起和传导 阈电位（threshold membrane potential） 能引起 Na 通道大量开放而爆发 AP 的临界膜电位水平。有效刺激本身可以引起膜部分除极，当除极水平达到阈电位 时，便通过再生性循环机制而正反馈地使 Na+通道大量开放。 7 动作电位的传导 局部电流（local current ） 在膜的已兴奋区与相邻接的未兴奋区之间,由于存在电位差而产生局部电流。局部电流的强度数倍于阈强度，并且局 部电流对于未兴奋区是可以引起除极的出膜方向，因此，局部电流是一个有效刺激，使未兴奋区的膜除极达到阈电
位而产生动作电位。兴奋在同一细胞上的传导，实际上是由局部电流引起的逐步兴奋过程。 Direction of Acticn Poteatial ea e 图2-20AP传导的局部电流学说示意图· 跳跃传导(saltatory conduction) 有髓神经纤维的髓椭有电绝缘性，局部电流只能产生在两个郎飞结之间，称为洗跃传导。速度快 节能 de ef 图221AP跳跃传导的示意图 8动作电位的特点 *大小与刺激强度无关 *不衰减传导 *不能融合 9局部电位((local potential 由阀下刺激引起的小的电位变化
位而产生动作电位。兴奋在同一细胞上的传导，实际上是由局部电流引起的逐步兴奋过程。 跳跃传导（saltatory conduction ） 有髓神经纤维的髓鞘有电绝缘性，局部电流只能产生在两个郎飞结之间，称为跳跃传导。 速度快 节能 8 动作电位的特点： * 大小与刺激强度无关 * 不衰减传导 * 不能融合 9 局部电位（local potential) 由阈下刺激引起的小的电位变化