动物生理学细胞兴奋性和生物电现象
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动物生理学复习要点执业兽医资格考试动物生理学第一部分概述一、机体的功能与环境1、动物体所含的液体称为体液,约占体重的60%,细胞外液被称为机体的环境,约占体液的1/3。
2、各种物质在不断转换中达到相对平衡,即动态平衡状态,称为稳态。
二、机体功能的调节1、生理功能的调节方式包括:神经调节、体液调节、自身调节2、神经调节的基本过程是反射(reflex)。
反射:是指在中枢神经系统的参与下,机体对外环境变化产生的有规律的适应性反应,结构基础是反射弧(感受器、传入神经纤维、神经中枢、传出神经纤维、效应器)第二部分细胞的基本功能1、细胞的兴奋性和生物电现象[1] 静息电位:静息电位是指细胞未受刺激时,存在于膜外两侧的电位差。
机制:K+ 在浓度差作用下向细胞外扩散,并滞留在细胞外表面形成向的电场,当达到电-化学平衡时,K+ 净流量为零。
因此,可以说静息电位相当于K+ 外流形成的跨膜平衡电位[2] 动作电位:是细胞受到刺激时静息膜电位发生改变的过程。
机制:当细胞受刺激而兴奋时,膜对Na+ 通透性增大,对K+ 通透性减小,于是细胞外的Na+ 便会顺其波度梯度和电梯度向胞扩散,导致膜负电位减小,直至膜电位比膜外高,形成正外负的反极化状态。
当促使Na+ 流的浓度梯度和阻止Na+ 流的电梯度,这两种拮抗力量相等时,Na+ 的净流停止。
因此,可以说动作电位的去极化过程相当于Na+ 流所形成的电- 化学平衡电位。
[3]细胞受到刺激后能产生动作电位的能力称为兴奋性;在体条件下,产生动作电位的过程称为兴奋。
兴奋性时期①绝对不应期②相对不应期③超常期④低常期[4]阈值:引起细胞兴奋或产生动作电位的最小刺激强度称为阈值,该刺激强度的值则称为刺激的阈值。
阈电位:从静息电位变为动作电位的这一临界值称为阈电位。
2、神经骨骼肌接头也叫运动终板。
第三部分血液一、血液的组成与理化特性1、血量及血液的基本组成成年动物的血量约为体重的5%-9%,一次失血若不超过血量的10%,一般不会影响健康,一次急性失血若达到血量的20%时,生命活动将受到明显影响。
第六讲动物生理一、竞赛中涉及的问题根据国际生物学奥林匹克竞赛(IBO)纲要和全国中学生生物竞赛大纲(试行)要求,有关人体及动物生理的内容,主要包括消化、吸收、呼吸、循环、排泄、免疫、调节(神经和激素)和生殖。
上述内容在中学生物学教学大纲中已有过一些简单的介绍,这里只就竞赛中经常要用到的一些知识作进一步的补充说明。
(一)细胞的生物电现象生物电现象是指生物细胞膜在安静状态和活动时伴有的电现象。
它与细胞兴奋的产生和传导有着密切的关系。
现以神经细胞为例来讨论细胞的生物电现象。
1.静息电位及产生原理(1)静息电位:细胞膜处于安静状态下,存在于膜内外两侧的电位差,称为静息电位。
如下图所示,将两个电极置于安静状态下神经纤维表面任何两点时,示波器屏幕上的光点在等电位线作横向扫描,表示细胞膜表面不存在电位差。
但如将两个电极中的一个微电极(直径不足1μm)的尖端刺入膜内,此时示波器屏幕上光点迅速从等电位下降到一定水平继续作横向扫描,显示膜内电位比膜外电位低,表示细胞膜的内外两侧存在着跨膜电位差。
此电位差即是静息电位。
一般将细胞膜外电位看作零,细胞膜内电位用负值表示。
静息电位测量示意图A.膜表面无电位差B.膜内外两侧有电位差同类细胞的静息电位较恒定,如哺乳类动物神经细胞的静息电位为-70~-90mV。
安静时,细胞膜两侧这种数值比较稳定的内负外正的状态,称为极化。
极化与静息电位都是细胞处于静息状态的标志。
以静息电位为准,若膜内电位向负值增大的方向变化,称为超极化;若膜内电位向负值减小的方向变化,称为去极化;细胞发生去极化后向原先的极化方向恢复,称为复极化。
从生物电来看,细胞的兴奋和抑制都是以极化为基础,细胞去极化时表现为兴奋,超极化时则表现为抑制。
(2)静息电位的产生原理:“离子流学说”认为,生物电产生的前提是细胞膜内外的离子分布和浓度不同,以及在不同生理状态下,细胞膜对各种离子的通透性有差异。
据测定,在静息状态下细胞膜内外主要离子分布及膜对离子的通透性见下表。
第三节细胞的兴奋性和生物电现象恩格斯在100多年前总结自然科学成就时指出:“地球几乎没有一种变化发生而不同时显示出电的现象”;生物体当然也不例外。
事实上,在埃及残存史前古文字中,已有电鱼击人的记载;但对于生物电现象的研究,只能是在人类对于电现象一般规律和本质有所认识以后,并随着电测量仪器的精密化而日趋深入。
目前,对健康人和患者进行心电图、脑电图、肌电图,甚至视网膜电图、胃肠电图的检查,已经成为发现、诊断和估量疾病进程的重要手段;但人体和各器官的电现象的产生,是以细胞水平的生物电现象为基础的,并且在生理学的发展历史上,生物电现象的研究是同生物组织或细胞的另一重要特性--兴奋性--的研究相伴随进行。
一、兴奋性和刺激引起兴奋的条件(一)兴奋性和兴奋含义及其变迁上世纪中后期的生理学家用两栖类动物做实验时,发现青蛙或蟾蜍的某些组织在离体的情况下,也能在一定的时间内维持和表现出某些生命现象。
这些生命现象的表现之一是:当这些组织受到一些外加的刺激因素(如机械的、化学的、温热的或适当的电刺激)作用时,可以应答性出现一些特定的反应或暂时性的功能改变。
这些活组织或细胞对外界刺激发生反应的能力,就是生理学最早对于兴奋性(excitability)的定义。
例如,把蟾蜍的腓肠肌和支配它的神经由体内剥离出来,制成神经-肌肉标本,这时如果在神经游离端一侧轻轻地触动神经,或通以适当的电流,那么在经过一个极短的潜伏期后,可以看到肌肉出现一次快速的缩短和舒张;如把刺激直接施加于肌肉,也会引起类似的收缩反应;而且只要刺激不造成组织的损伤,上述反应可以重复出现。
这就是神经和肌肉组织具有兴奋性能证明。
实际上,几乎所有活组织或细胞都具有某种程度的对外界刺激发生反应的能力,只是反应的灵敏度和反应的表现形式有所不同。
在各种动物组织中,一般以神经和肌细胞,以及某些腺细胞表现出较高的兴奋性;这就是说它们只需接受较小的程度的刺激,就能表现出某种形式的反应,因此称为可兴奋细胞或可兴奋组织。
细胞的兴奋性和⽣物电现象 ⼀、兴奋性和阈值 兴奋性是指机体对刺激发⽣反应(或产⽣动作电位)的能⼒或特性。
⽣理学上把能够引起机体或组织发⽣兴奋反应的最⼩刺激强度,称为阈值。
刺激强度等于阈值的刺激,称为阈刺激。
组织的兴奋性与阈值成反⽐关系,即阈值越⼩,说明组织的兴奋性越⾼。
故阈值⼤⼩可以反映兴奋性的⾼低。
⼆、静息电位和动作电位及其产⽣原理 ⽣物电现象是指⽣物细胞在⽣命活动过程中所伴随的电现象。
它与细胞兴奋的产⽣和传导有着密切关系。
细胞的⽣物电现象主要出现在细胞膜两侧,故把这种电位称为跨膜电位,主要表现为细胞在安静时所具有的静息电位和细胞在受到刺激时产⽣的动作电位。
⼼电图、脑电图等均是由⽣物电引导出来的。
(⼀)静息电位及其产⽣原理 静息电位是指细胞在安静时,存在于膜内外的电位差。
⽣物电产⽣的原理可⽤“离⼦学说”解释。
该学说认为:膜电位的产⽣是由于膜内外各种离⼦的分布不均衡,以及膜在不同情况下,对各种离⼦的通透性不同所造成的。
在静息状态下,细胞膜对K+有较⾼的通透性,⽽膜内K+⼜⾼于膜外,K+顺浓度差向膜外扩散;细胞膜对蛋⽩质负离⼦(A-)⽆通透性,膜内⼤分⼦A-被考试,⼤站收集阻⽌在膜的内侧,从⽽形成膜内为负、膜外为正的电位差。
这种电位差产⽣后,可阻⽌K+的进⼀步向外扩散,使膜内外电位差达到⼀个稳定的数值,即静息电位。
因此,静息电位主要是K+外流所形成的电-化学平衡电位。
(⼆)动作电位及其产⽣原理 细胞膜受刺激⽽兴奋时,在静息电位的基础上,发⽣⼀次扩布性的电位变化,称为动作电位。
动作电位是⼀个连续的膜电位变化过程,波形分为上升相和下降相。
细胞膜受刺激⽽兴奋时,膜上Na+通道迅速开放,由于膜外Na+浓度⾼于膜内,电位⽐膜内正,所以,Na+顺浓度差和电位差内流,使膜内的负电位迅速消失,并进⽽转为正电位。
这种膜内为正、膜外为负的电位梯度,阻⽌Na+继续内流。
当促使Na+内流的浓度梯度与阻⽌Na+内流的电位梯度相等时,Na+内流停⽌。
一概述1、机体功能与环境(1)体液与内环境的概念动物体内所含的液体统称为体液,约占体重的60%,大部分体液约2/3存在于细胞内,称为细胞内液,还有1/3存在于细胞外称为细胞外液。
由于体内几乎所有细胞都生活在细胞外液这样一个稳定而特殊的环境中,将细胞外液称为机体的内环境。
(2)稳态的概念内环境化学成分和生理特性保持相对稳定的生理学现象称之为稳态。
2、机体功能的调节(1)机体功能调节的基本方式神经调节是最主要的一种调节形式,它的基本过程是反射,反射活动的结构基础是反射弧。
体液调节机体内某种特定的细胞,能合成并分泌某些具有信息传递功能的化学物质,经体液途径运送到特殊的靶组织、细胞,作用于相应的受体,对把组织细胞活动进行的调节。
自身调节当内外环境发生变化时,机体器官、细胞的功能自动发生的适应性反应。
(2)反射与反射弧的概念反射(Reflex)是指在中枢神经系统参与下,机体对内外环境变化所做出的规律性应答。
反射有非条件反射和条件反射反射弧是反射的结构基础和基本单位,也叫反射通路,由5部分组成,感受器、传入神经纤维、反射中枢、传出神经纤维、效应器。
二细胞的基本功能1、细胞的兴奋性和生物电现象(1)静息电位和动作电位的概念及其产生机制静息电位是指细胞未受到刺激时存在于细胞膜两侧的电位差,有时也称膜电位,表现为外正内负。
产生机制:细胞内外K+的不均衡分布和静息状态下细胞膜对K+的通透性是细胞在静息状态下保持极化状态的基础。
静息状态下,膜内的K+浓度远高于膜外,且此时膜对的K+通透性高,结果以易化扩散的形式移向膜外,但带负电荷的大分子蛋白不能通过膜而留在膜内。
故随着K+的移出,膜内电位变负而膜外变正,当K+外移造成的电场力足以对抗K+继续外移时,膜内外不再有的K+净移动,此时存在于膜内外两侧的电位即为静息电位。
因此,静息电位是的K+平衡电位,静息电位主要是K+外流所致。
动作电位是细胞受到刺激时膜电位的变化过程。
动作电位的产生是细胞兴奋的标志。