一、基本要求

　　掌握： 1.膜蛋白介導的跨膜轉(zhuǎn)運：經(jīng)載體的易化擴散， 經(jīng)通道的易化擴散， 主動轉(zhuǎn)運；

　　2. 細胞靜息電位和動作電位的產(chǎn)生原理；

　　3. 動作電位的引起及興奮在同一細胞上的傳導機制，局部興奮和它向鋒電位的轉(zhuǎn)變；

　　4. 神經(jīng)-肌肉接頭處的興奮傳遞，骨骼肌的興奮一收縮耦聯(lián)；

　　熟悉： 1. 膜的化學組成和分子結(jié)構(gòu)：脂質(zhì)雙分子層，細胞膜蛋白，細胞膜糖類。

　　2. 細胞膜的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能的單純擴散， 繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運；

　　4. 靜息電位和動作電位的特點，興奮性及興奮性的變化規(guī)律；

　　5. 骨骼肌的收縮機制；

　　6. 負荷與肌肉收縮能力的改變對肌肉收縮的影響；

　　了解； 1. 細胞膜的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能的入胞和出胞。

　　2. 生物電現(xiàn)象的觀察和記錄方法；

　　3. 平滑肌的結(jié)構(gòu)和生理特性；

　　二、基本概念

　　流體鑲嵌模型（fluid mosaic model），單純擴散（simple diffusion），通透性（permeability），易化擴散（facilitated diffusion），離子通道（ion channel），化學門控通道（chemically-gated channel），電壓門控通道（voltage-gated channel），機械性門控通道（mechanically-gated channel），主動轉(zhuǎn)運（active transport），鈉-鉀泵（sodium-potassium pump），繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運（secondary active transport），出胞（exocytosis），入胞（endocytosis），興奮性（excitability）、興奮 （excitation）、靜息電位（resting potential）、極化（polarization）、超極化（hyperpolarization）、去極化或除極化 （depolarization）、復極化（repolarization）、動作電位（action potential）、絕對不應期（absolute refractory period）、相對不應期（relative refractory period）、閾電位（threshold membrane potential）、閾強度（threshold intensity）、局部興奮（local excitation）、量子式釋放（quantal release）、終板電位（endplate potential）、興奮-收縮藕聯(lián)（excitation-contraction coupling）

　　三、重點與難點提示

　　第一節(jié) 細胞膜的基本結(jié)構(gòu)和跨膜轉(zhuǎn)運功能

　　1.1 膜的化學組成和分子結(jié)構(gòu)

　　各種膜性結(jié)構(gòu)主要由蛋白質(zhì)和脂質(zhì)以及少量糖構(gòu)成。在功能活躍的膜性結(jié)構(gòu)中占重量百分比最大的是蛋白質(zhì)，但因 蛋白質(zhì)分子巨大，膜中脂質(zhì)分子數(shù)是蛋白質(zhì)分子數(shù)的100倍以上。關(guān)于細胞膜的結(jié)構(gòu)目前公認的是液態(tài)鑲嵌模型（fluid mosaic model） ，即以脂質(zhì)雙分子層為基本構(gòu)架，其中鑲嵌有不同結(jié)構(gòu)與功能的蛋白質(zhì)。

　　1.2細胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能

　　1.2.1單純擴散 脂溶性的小分子物質(zhì)或離子從膜的高濃度側(cè)移向低濃度一側(cè)的現(xiàn)象稱為單純擴散（simple diffusion）。與擴散速度有關(guān)的是膜兩側(cè)的濃度差以及由分子大小、脂溶性高低和帶電狀況決定的通透性。單純擴散的特點是：不需膜蛋白質(zhì)幫助，不消 耗代謝能。轉(zhuǎn)運的物質(zhì)是脂溶性、小分子物質(zhì)，如CO2、O2、N2、NO等。

　　1.2.2易化擴散 指水溶性的小分子物質(zhì)或離子在膜蛋白質(zhì)的幫助下從膜的高濃度一側(cè)移向低濃度一側(cè)稱為易化擴散（facilitated diffusion）。根據(jù)膜蛋白質(zhì)所起的作用不同，易化擴散可分為：（1） 載體中介的易化擴散（facilitated diffusion via carrier） 指借助載體蛋白的跨膜雙向轉(zhuǎn)運功能實行順濃度移動，具有特異性、飽和性和競爭性等特點。轉(zhuǎn)運的物質(zhì)有葡萄糖、氨基酸，如葡萄糖進入紅細胞內(nèi)。（2） 通道中介的易化擴散（facilitated diffusion through ion channel） 一般來說，細胞外液中的Na+ 、Cl- 、Ca2+ 濃度高于細胞內(nèi)液，而K＋ 則相反。當膜蛋白質(zhì)在某一特定狀態(tài)下構(gòu)成離子通道，即可允許相關(guān)離子順濃度差跨膜流動。根據(jù)門控機制不同，通道可分為3 類：①電壓門控通道 指膜通道的開、閉受膜電位控制的離子通道，如可興奮細胞上的Na+通道。②化學門控通道 由某些化學物質(zhì)如神經(jīng)遞質(zhì)或第二信使控制其開閉的離子通道，如終板膜上的Na+通道。③機械門控通道 如聽毛細胞上纖毛的擺動所產(chǎn)生的力可引起離子通道開放。

　　1.2.3主動轉(zhuǎn)運 主動轉(zhuǎn)運（active transport） 是最重要的物質(zhì)轉(zhuǎn)運形式， 指通過細胞本身的耗能將物質(zhì)從膜的低濃度一側(cè)向高濃度的轉(zhuǎn)運。通常也稱為原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運（primary active transport），如鈉－鉀泵（簡稱鈉泵），通過消耗代謝能ATP逆濃差泵出3個Na+，同時攝入2個K＋，保證細胞外高Na+、細胞內(nèi)K+，從而建 立Na+、K+的勢能儲備。一般細胞將代謝所獲得能量的20～30％用于鈉泵的轉(zhuǎn)運。此外還有鈣泵（Ca2+-Mg2+依賴式ATP酶）、H+-K+泵 （H+-K+依賴式ATP酶）等。

　　繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運（secondary active transport） 指直接消耗某一物質(zhì)的濃度勢能、間接消耗ATP從而逆濃度轉(zhuǎn)運某物質(zhì)。例如葡萄糖進入腎小管和腸粘膜上皮細胞。

　　1.2……4 出胞與入胞 大分子物質(zhì)從細胞內(nèi)移向細胞外稱為出胞（exocytosis）。；反之稱為入胞（endocytosis）。它們均需要細胞膜提供ATP.

　　第二節(jié) 細胞的生物電

　　1.靜息電位

　　1.1 概念 將一對電極在處于靜息狀態(tài)的細胞膜上任意移動，可見兩點間無電位差。如果將其中一個插入膜內(nèi)，則可觀察到電位差。在靜息狀態(tài)下細胞膜兩側(cè)的電位差稱為靜息 電位（resting potential，RP）。以膜外為零，膜內(nèi)則為負值。一般骨骼肌細胞、神經(jīng)細胞和紅細胞的RP分別－90 mV、－70 mV和－10 mV，即不同類型細胞的RP數(shù)值不等。RP存在時膜兩側(cè)所保持的內(nèi)負外正的狀態(tài)稱為極化（polarization）；在RP的基礎上膜內(nèi)朝著正電荷增加 的方向變化時稱為去極化（depolarization），此時膜電位的絕對值小于RP的絕對值；反之，在RP的基礎上膜內(nèi)朝著正電荷減少（或負電荷增 加）的方向發(fā)展稱為超極化（hyperpolarization），其絕對值大于RP的絕對值。

　　1.2 RP的形成機制：如果細胞膜不允許任何帶電離子跨膜移動，則膜兩側(cè)是電中性的。而在靜息狀態(tài)下膜兩側(cè)存在電位差，說明靜息時有帶電離子跨膜移動，實際上任 何生物電的產(chǎn)生都是帶電離子跨膜移動的結(jié)果。細胞內(nèi)K+濃度高于細胞外，靜息時膜上的K+通道開放，K+順濃差外流，膜內(nèi)帶負電荷的蛋白質(zhì)大分子與K+隔 膜相吸，造成膜內(nèi)正外負的狀態(tài)。隨著K+的進一步外流，促使K+ 外流的動力即K+的濃差在減小，而由外流的K+形成的外正內(nèi)負的電位差所構(gòu)成的阻力則增大。當促使K+外流的動力與阻礙K+外流的阻力相等，即K+的電化 學勢能為零時，膜內(nèi)外不再有K+的凈移動。在這個過程中每平方厘米細胞膜上移出約10～12 mol的K＋ ，此時膜兩側(cè)的電位差就是RP……證明RP是K＋外流所形成的依據(jù)有：①與經(jīng)Nernst公式計算的K+的平衡電位近似，Ek＝59.5 log[K+]0/[K+]I （mV）。②改變細胞外液中的K＋濃度，RP隨之改變，如增加骨骼肌細胞外液中的K＋濃度，骨骼肌的RP減小。③用K＋通道的特異性阻斷劑四乙銨后RP變 小。

　　2. 動作電位 動作電位（active potential， AP）是在RP的基礎上可興奮細胞受到有效刺激后引起的迅速的可傳播的電位變化。

　　2.1 波形 以骨骼肌細胞為例來說明。其動作電位分為上升支和下降支，上升支指膜內(nèi)電位從RP的－90 mV到＋30 mV，其中從－90 mV上升到0 mV，屬于典型的去極化；從0 mV到＋30 mV即膜電位變成了內(nèi)正外負，稱為反極化。動作電位在零以上的電位值則稱為超射（overshoot）。下降支指膜內(nèi)電位從＋30 mV逐漸下降至RP水平。這種去極完畢后膜內(nèi)朝著正電荷減少方向發(fā)展，逐漸恢復RP的過程，稱為復極化（repolarization）。在復極的過程中 膜電位可大于RP，出現(xiàn)超極化。動作電位包括其脈沖樣的主要部分即鋒電位和稍后的后電位（去極化后電位和超極化后電位）。這樣動作電位的全過程為：極化- 去極化-反極化-復極化-超極化-恢復。

　　2.2動作電位的形成機制

　　2.2.1上升支的形成：能引起動作電位產(chǎn)生的最小刺激強度稱為閾強 度（threshold intensity） ，該刺激稱為閾刺激。高于或低于閾強度的刺激分別稱為閾上刺激或閾下刺激，當細胞受到閾刺激或閾上刺激，膜上的Na+通道被激活，由于細胞外液中的Na+ 濃度高于膜內(nèi)，Na+ 內(nèi)流時膜內(nèi)正電荷增加。當膜電位變到某一數(shù)值時能引起Na+ 的再生性內(nèi)流，這種能使Na+ 通道大量開放的臨界膜電位稱為閾電位（threshold menbrane potential）。隨著Na+ 的大量內(nèi)流，膜迅速去極化。由于膜外Na+ 較高的濃度勢能，Na+ 在膜內(nèi)負電位減少到零時仍可繼續(xù)內(nèi)流，直到內(nèi)流Na+ 形成的電位差足以對抗Na+ 由于膜外高濃度而形成的內(nèi)流趨勢時，Na+ 通道關(guān)閉，Na+ 內(nèi)流停止。此時存在的電位差即Na+ 的平衡電位，等于超射值。

　　證實上述機制的依據(jù)有：①該超射值與經(jīng)Nernst 公式計算所得Na+ 的平衡電位數(shù)值相近；②改變細胞外液中Na+ 濃度，動作電位的幅度隨之改變，如增加細胞外液的Na+ ，動作電位增大。反之亦然；③采用Na+ 通道的特異性阻斷劑河豚毒（tetrodotoxibn， TTX）、普魯卡因（procaine）及利多卡因（lidocaine）后動作電位不再產(chǎn)生；④用膜片鉗可觀察到動作電位與Na+ 通道開放的高度相關(guān)。因此，動作電位的幅度等于靜息電位的絕對值加上超射值，與K+和Na+的平衡電位有關(guān)。

　　2.2.2下降支：當去極完畢后，Na+ 通道關(guān)閉，此時 K+通道開放，K+順濃度差外流，直到回到靜息電位水平。在復極的晚期，由于鈉－鉀泵的運轉(zhuǎn)可導致超極化的正后電位。

　　2.3 興奮性的周期性變化

　　細 胞受到有效刺激（閾刺激或閾上刺激）時具有產(chǎn)生動作電位（興奮反應）的能力或特性稱為興奮性（excitability）。由于在動作電位的產(chǎn)生過程中， Na+ 通道分別經(jīng)歷備用－激活－失活－備用的循環(huán)狀態(tài)。因此，細胞在產(chǎn)生一次動作電位之后，其興奮性將發(fā)生周期性的變化，分別經(jīng)過絕對不應期、相對不應期、超常 期及低常期。絕對不應期（absolute refractory period）：相當于動作電位的上升支及復極化的前1／3.在這一時期內(nèi)原來激活Na+通道失活，興奮性降至零，此時無論給予細胞多么強大的刺激都不能 再次產(chǎn)生動作電位，其閾強度為無限大。因此，同一個細胞產(chǎn)生的動作電位不能總和，要連續(xù)引起細胞產(chǎn)生兩個動作電位，刺激的間隔時間至少要等于絕對不應期 （約等于鋒電位的持續(xù)時間）。如絕對不應期為2 ms，則給予連續(xù)刺激時每秒鐘所能產(chǎn)生的動作電位次數(shù)不超過500；相對不應期（relative refractory period）：由于Na+ 通道的部分復活到備用狀態(tài)，興奮性逐漸升高，到相對不應期的晚期興奮性基本恢復。此期的興奮性低于正常，需閾上刺激才能再次引起動作電位；超常期：由于 Na+ 通道已復活，且膜電位離閾電位較近，故興奮性高于正常，此時閾下刺激即可再次引起動作電位；低常期：因膜超極化而遠離閾電位，故興奮性再次低于正常。［醫(yī)學教　育網(wǎng) 搜集整理］

　　2.4動作電位的特點

　　2.4.1 全或無 給予細胞閾下刺激時不能引起動作電位，而給予閾刺激或閾上刺激時，則同一個細胞產(chǎn)生的動作電位的幅度和持續(xù)時間相等，即動作電位的大小不隨刺激強度的改變 而改變；動作電位在同一個細胞上的傳導也不隨傳導距離的改變而改變，上述現(xiàn)象稱為動作電位產(chǎn)生的全或無（all or none）；這是因為外加刺激只是使膜電位變化到閾電位，動作電位傳導時也是使鄰近未興奮處的膜電位達到閾電位，這樣閾電位只是動作電位的觸發(fā)因素。決定 動作電位的速度與幅度的是當時膜兩側(cè)有關(guān)的離子濃度差及膜對離子的通透性，因此動作電位的波形和大小與刺激強度、傳導距離及細胞的直徑無關(guān)。

　　2.4.2可傳導性 動作電位在同一個細胞以局部電流的方式不衰減傳導，屬數(shù)值式信號；且傳導具有雙向性。而動作電位所攜帶的信息編碼在動作電位的序列中。

　　2.4.3 同一個細胞產(chǎn)生的動作電位不會融合（因絕對不應期的存在）。

　　2.5 動作電位的意義

　　動作電位是可興奮細胞興奮的標志，是肌細胞收縮、腺細胞分泌等功能活動的基礎。

　　3. 局部電位

　　細 胞受到閾下刺激所產(chǎn)生的小的電位變化稱為局部電位（local potential）。包括去極化局部電位（又稱為局部興奮），如終板電位、興奮性突觸后電位等；超極化突觸后電位，如抑制性突觸后電位和感受器電位。局 部電位的特點有：為等級性電位，即局部電位隨刺激強度增大而增大；呈電緊張性擴布，不能遠傳；無不應期，可時間總和及空間總和。

　　第三節(jié) 肌細胞收縮

　　本節(jié)以骨骼肌收縮為例作說明。

　　1.神經(jīng)-肌接頭興奮的傳遞過程及特點

　　1.1 神經(jīng)-肌接頭興奮的傳遞過程

　　骨骼肌細胞無自律 性，受軀體運動神經(jīng)支配。后者可分為多個神經(jīng)末梢，與肌細胞特殊分化的終板膜構(gòu)成神經(jīng)-肌接頭。當運動神經(jīng)末梢產(chǎn)生動作電位時，該處的電壓依從性的Ca2 +通道開放，Ca2+內(nèi)流，囊泡中的ACh以量子式方式（即以囊泡為單位）釋放到間隙，再與終板膜上的N 2 受體結(jié)合，后者發(fā)生變構(gòu)形成孔道（即受體與通道為同一蛋白質(zhì)）。這種帶負電的孔道口徑為0.65 nm ，可允許Na+ （水合Na+ 直徑 0.512 nm）順濃差、電位差內(nèi)流，K＋（水合K+直徑 0.396 nm ）順濃差、逆電位差外流，總的效應是使膜內(nèi)正電荷增加，終板膜去極化，產(chǎn)生終板電位（end-plate potential）。總和后達到鄰近肌細胞膜的閾電位，則肌細胞產(chǎn)生動作電位，引起收縮。

　　1. 2傳遞特點

　　1：1傳遞，即一次神經(jīng)沖動（釋放10－7個ACh分子，使終板電位的總和值超過引起肌細胞動作電位所需閾值的3～4倍，保證了動作電位的產(chǎn)生）引起肌細胞一次動作電位（膽堿酯酶及時清除ACh）和一次收縮；單向；總和；延擱；對內(nèi)環(huán)境變化敏感與易疲勞。

　　2.興奮-收縮耦聯(lián)

　　興 奮-收縮耦聯(lián)（excitation-contraction coupling）指將以動作電位為特征的興奮與以肌絲滑行為特征的收縮聯(lián)系起來的中介過程。包括動作電位沿著橫管膜傳向肌細胞深部、三聯(lián)管處的信息傳遞 以及終末池釋放和重攝取Ca2+ .其中興奮收縮耦聯(lián)的耦聯(lián)因子是Ca2+，結(jié)構(gòu)基礎是三聯(lián)管。

　　3. 肌細胞收縮

　　肌肉收縮受三大因素的影響：前負荷、后負荷及肌肉收縮能力。

　　3.1前負荷

　　肌 肉收縮以前所遇到的負荷稱為前負荷，前負荷決定初長度。從長度-張力曲線可以看出，在一定范圍內(nèi)，前負荷越大，初長度越長，粗細肌絲的有效重疊越多，肌肉 收縮越強。當肌肉收縮達到最大時所對應的為最適前負荷和最適初長度，此時作等長收縮，產(chǎn)生的張力最大；作等張收縮，產(chǎn)生的縮短最大。超過最適前負荷后，隨 著前負荷與初長度增加，粗、細肌絲的有效重疊反而減少，肌肉收縮減弱；

　　3.2后負荷

　　指肌肉收縮過程中所遇到的負荷。 從肌肉的張力－速度曲線可以看出， 后負荷越大，肌肉收縮所產(chǎn)生的張力越大，縮短速度和程度越小。

　　3.3肌肉收縮能力

　　與前、后負荷無關(guān)的肌肉本身的內(nèi)在收縮特性。肌肉收縮能力與肌肉收縮強度呈正變關(guān)系。

　　單項選擇題

　　1 細胞膜的熱力學穩(wěn)定性主要由于

　　A 分子間電荷吸引 B 分子間共價鍵 C 蛋白質(zhì)的粘合

　　D脂質(zhì)分子的雙嗜性 E 糖鍵的作用

　　2 載體中介的易化擴散產(chǎn)生飽和現(xiàn)象的機理是

　　A跨膜梯度降低 B 載體數(shù)量減少 C 能量不夠

　　D載體數(shù)量所致的轉(zhuǎn)運極限 E 疲勞

　　3 鈉泵活動最重要的意義是：

　　A維持細胞內(nèi)高鉀 B防止細胞腫脹 C建立勢能儲備

　　D消耗多余的ATP E 維持細胞外高鈣［醫(yī)學　教育網(wǎng) 搜集整理］

　　4 單個細胞的動作電位波形不能完全融合的原因是

　　A 刺激強度不夠 B 刺激頻率不夠 C 不應期

　　D 細胞興奮性過高 E 離子分布恢復不完全

　　5 組織處于絕對不應期，其興奮性

　　A 為零 B高于正常 C低于正常

　　D.無限大 E.正常

　　6 神經(jīng)細胞動作電位的幅值取決于

　　A.刺激強度 B.刺激持續(xù)時間 C. K＋和Na＋的平衡電位

　　D.閾電位水平 E.興奮性高低

　　7與靜息電位值的大小無關(guān)的

　　A.膜內(nèi)外離子濃度差 B.膜對鉀離子的通透性

　　C.膜的表面積 D.膜對鈉離子的通透性

　　E.膜對蛋白質(zhì)等負離子的通透性

　　8 骨骼肌細胞外液中鈉離子濃度降低使

　　A.靜息電位增大 B.動作電位幅度變小

　　C.去極化加速 D.膜電位降低

　　E.復極化加速

　　9.動作電位的超射值接近于

　　A.鈉離子平衡電位 B.鉀離子平衡電位

　　C.鈉離子平衡電位與鉀離子平衡電位的代數(shù)和

　　D.鈉離子平衡電位與鉀離子平衡電位的絕對值之差

　　E.鋒電位減去后電位

　　10.在局部興奮中，不應期不明顯的原因是

　　A.激活的鈉離子通道數(shù)量少，失活也少

　　B.與動作電位中的鈉離子通道性質(zhì)不同

　　C.閾下刺激的后作用時間短

　　D.沒有鈉離子通道的再生性開放機制

　　E.鉀離子通道開放

　　11.運動終板膜上的受體是

　　A.M受體 B.N1受體 C.N2受體

　　D.β受體 E.α受體

　　12.神經(jīng)沖動編碼信息于

　　A.鋒電位幅度 B.動作電位時程 C.鋒電位傳導速度

　　D.動作電位頻率 E.鋒電位傳導距離

　　13.終板膜上與終板電位產(chǎn)生有關(guān)的離子通道是

　　A.電壓門控鈉離子通道

　　B.電壓門控鉀離子通道

　　C.電壓門控鈣離子通道

　　D.化學門控非特異性鎂通道

　　E.化學門控鈉離子和鉀離子通道

　　參考答案：

　　1D 2 D 3 C 4 C 5 A 6 C 7 C 8 B 9 A 10 A 11 C 12 D 13 E