生理学课件细胞的基本功能临床医学本科人卫第八版2016.ppt

1,第二章 细胞的基本功能,2,细胞的基本功能,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（骨骼肌）,3,第一节 细胞膜的物质转运功能,4,病例遗传性球形红细胞增多症,患者女性，22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者的红细胞大部分是小的球形红细胞，而且这种红细胞的渗透脆性较高。将患者的红细胞体外孵育时， 溶血较正常人严重。 如果加入糖和ATP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， 但细胞膜对钠和钾的通透性是正常的3倍，并且细胞膜上的钠-钾泵水平也是正常的3倍。,5,案例问题,红细胞为什么会破裂（溶血）？ 水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-钾泵，其生理作用是什么？ 为什么加入糖和ATP能够抑制溶血？,化学组成：脂质；蛋白质；糖 液态镶嵌模型,6,一、细胞膜的分子结构,7,二 跨细胞膜的物质转运,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 细胞膜的通透性 决定物质通过细胞膜的难易程度,8,二 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（气体、水） 单纯扩散（simple diffusion） 动力：势能 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 膜泡运输：出胞/入胞（吞噬；吞饮）,9,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（carrier）易化扩散,10,经通道易化扩散,转运物质: 各种带电离子 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,转运物质：水溶性小分子物质；离子 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 甲状腺聚碘 心肌细胞Na+-Ca2+交换 肾小管分泌H+,12,主动转运,同向转运体 反向转运体,13,继发性主动转运举例,14,钠-钾泵（钠-钾依赖式ATP酶）,每分解一分子ATP，将3个Na+移出胞外，将2个K+移入胞内 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: 哇巴因,15,案例问题,红细胞为什么会破裂（溶血）？ 水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-钾泵，其生理作用是什么？ 为什么加入糖和ATP能够抑制溶血？,16,小结,知识点1：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2：钠-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 细胞的电活动,17,病例原发性高血钾周期性麻痹,患者男性，10岁。患有肌肉麻痹症，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 6.8 mmol/L（正常4.5 mmol/L），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。同时使用胰岛素和沙丁胺醇（2受体激动剂），症状得到明显缓解。,18,19,案例问题,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？ 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？ 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 细胞膜两侧电位差 枪乌贼神经 玻璃微电极,20,一、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差 以神经细胞为例：-70 mV,21,静息电位,极化（polarization） 超极化（hyperpolarization） 去极化（depolarization） 超射（overshoot） 复极化（repolarization）,22,静息电位的产生机制,离子的跨膜转运/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,驱动力：浓度差；电荷差 平衡电位：电驱动力 = -化学驱动力 Nernst公式 Ex = ln = 60 log （mV） EK = -102 mV ENa = +56 mV ECl = -76 mV Eca = +123 mV,24,RT ZF,Xo Xi,Xo Xi,静息电位的产生机制,K+平衡电位 细胞内外K+浓度差 K+外流 细胞膜对Na+的通透性 Na+内流 去极化 钠泵活动水平 超极化,25,二、动作电位,动作电位（action potential）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：离子的跨膜流动 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,28,钠通道,双“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 静息态 激活态 失活态 静息态（去极化）激活态失活态（复极化）静息态,29,再生性循环（正反馈）：使钠通道在短时间内大量开放 阻断剂 河豚毒,钠通道,30,动作电位的产生机制,离子跨膜流动 电化学驱动力 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,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,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（saltatory conduction）,有髓神经纤维 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（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（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：阈强度（与兴奋性成负相关）,36,细胞兴奋后兴奋性的变化,绝对不应期 相对不应期 超常期 低常期,37,三、电紧张电位和局部电位,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,由少量钠通道激活而产生的去极化膜电位波动 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,39,40,案例问题,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？ 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？ 为什么肌肉先出现挛缩再出现瘫痪？,41,小结,知识点3：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的影响 知识点4：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,知识点5：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6：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 肌细胞的收缩,43,病例重症肌无力,患者女性，30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应下降。使用新斯的明治疗后症状减轻。,44,45,案例问题,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，而反复刺激运动神经骨骼肌的反应性下降？ 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？ 如何进行治疗？新斯的明为什么有效？,一、横纹肌（骨骼肌）,骨骼肌神经-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（骨骼肌）,骨骼肌神经-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 化学门控通道 阳离子通道 乙酰胆碱酯酶,47,神经-肌接头处兴奋的传递过程,电-化学-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）,肌原纤维和肌节（sarcomere）,49,横纹肌细胞的结构特征（复习）,肌管系统 三联管,50,横纹肌细胞的收缩机制,肌丝滑行理论（myofilament sliding theory）,51,肌丝的分子组成,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,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,54,化学能机械能 横桥周期 （cross bridge cycling）,横纹肌细胞的兴奋-收缩耦联,三联管 T管 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-收缩耦联,56,影响横纹肌收缩效能的因素,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 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,前负荷（preload） 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,后负荷（afterload） 肌肉在收缩后所承受的负荷 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,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,60,61,案例问题,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，而反复刺激运动神经骨骼肌的反应性下降？ 骨