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生理学—细胞的基本功能思维导图
这是一篇关于生理学—细胞的基本功能思维导图，包含细胞的电活动、肌细胞的收缩等。
编辑于2023-11-16 17:40:16
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细胞的基本功能
肌细胞的收缩
横纹肌
骨骼肌神经-肌接头处的兴奋传递
骨骼肌-神经肌接头
运动神经末梢与其所支配的骨骼肌细胞之间的特化结构
结构
接头前膜
突触囊泡
乙酰胆碱（Ach）
接头间隙
接头后膜/终板膜
N2型Ach受体阳离子通道
乙酰胆碱酯酶
Ach→胆碱+乙酸
兴奋传递过程
终板电位（EPP）
Na净内流使终板膜发生去极化反应
属于局部电位
微终版电位（MEPP）
在静息状态下，因囊泡的随机运动也会发生单个囊泡的自发释放，并引起终板电位的微弱去极化
横纹肌细的结构特征
肌原纤维和肌节
肌管系统
组成
横管（T管）
横纹肌细胞膜内陷并向深部延伸形成
纵管（L管）
＝肌质网（SR）
钙泵
逆浓度梯度将胞质中的Ca转至SR内
终池/连接肌质网（JSR）
特点
钙离子浓度高
终池膜中含有
钙释放通道/雷诺丁受体（RYR）
分布
与T管膜或肌膜上的L型钙通道相对应
二联管
心肌
T管+单侧终池
三联管
骨骼肌
T管+两侧终池
横纹肌细胞收缩机制
肌丝滑动原理
横纹肌的肌原纤维由与其走向平行的粗肌丝和细肌丝构成，肌肉的缩短和伸长系粗肌丝和细肌丝在肌节内相互滑动所致，而粗肌丝和细肌丝本身长度均不改变
肌丝的分子结构
粗肌丝
肌球蛋白
杆部
头部
横桥
ATP酶活性
可与肌动蛋白结合
被激活后向M线方向扭动
细肌丝
肌动蛋白
肌球蛋白结合位点
与肌球蛋白的横桥结合
原肌球蛋白
覆盖肌球蛋白结合位点
肌钙蛋白
肌肉舒张时保持原肌球蛋白位点
肌钙蛋白T（TnT）
与原肌球蛋白相连
肌钙蛋白I（TnI）
与肌动蛋白相连
有Ca结合位点，进而引起原肌球蛋白位点移动
肌钙蛋白C（TnC）
分类
收缩蛋白
肌球蛋白，肌动蛋白
调节蛋白
原肌球蛋白，肌钙蛋白
肌丝滑动过程
横桥周期
肌球蛋白的横桥与肌动蛋白结合，扭动，复位的过程
横桥周期的运转模式和肌肉收缩的表现
实质
通过肌动蛋白与肌球蛋白的相互作用，将分解ATP获得的化学能转变为机械能的过程
肌肉缩短产生的张力由某一瞬间与肌动蛋白结合的横桥数决定，而肌肉缩短的速度取决于横桥周期长短
横纹肌细胞的兴奋-收缩偶联
将横纹肌细胞产生动作电位的电兴奋过程与肌丝滑行的机制收缩联系起来的中介机制
偶联因子
Ca
部位
三联管或二联管
基本步骤
影响横纹肌收缩效能的因素
肌肉收缩效能
肌肉收缩时产生的张力大小，缩短程度，以及产生张力或缩短的速度
分类
等长收缩
等张收缩
常见收缩形式
先等长收缩，再等张收缩
包括
负荷
前负荷
肌肉在收缩前所承受的负荷
决定肌肉在收缩前的长度—初长度
被动张力
前负荷时肌肉受到牵拉而弹性回位的力
主动张力
在等长收缩中，不同初长度条件下肌肉主动收缩产生的张力
最适初长度
产生最大收缩张力的初长度
相对应的肌节长度
2.0～2.2微米
后负荷
肌肉在收缩后所承受的负荷
＝等张收缩产生的收缩张力
肌肉收缩能力
指与前负荷和后负荷无关，又能影响细胞收缩效能的肌肉内在特性
收缩的总和
肌细胞收缩的叠加性质
多纤维总和（＝多运动单位总和）
多根肌纤维同步收缩产生的叠加效应
运动单位
骨骼肌一个运动神经元及其轴突分支所支配的全部肌纤维所构成的运动单位
大小原则
频率总和
提高骨骼肌收缩频率而产生的叠加效应
单收缩
当动作电位频率很低时，每次动作电位后出现一次完整的收缩和舒张过程
产生原因
完成一次收缩过程需要的时间远长于动作电位的时间→动作电位频率增加到一定程度→后一次动作电位所触发的收缩可叠加于前一次收缩
分类
不完全强直收缩
后一次收缩过程叠加于前一次收缩的舒张期
完全强直收缩
后一次收缩过程叠加于前一次收缩的收缩期
细胞膜的物质转运功能 细胞膜与物质的穿膜运输 细胞膜与物质的穿膜运输
细胞的电活动
细胞生物电
细胞在进行生命活动时都伴随有电现象
膜电位
细胞生物电的表现形式，由一些带电离子跨膜流动产生
分类
静息电位（RP）
静息状态下存在于细胞膜两侧的内负外正的电位差
测定
极化
安静时细胞膜两侧处于外正内负的稳定状态
超极化
静息电位增大的过程或状态
去极化
静息电位减小的过程或状态
反极化
膜内电位变为正值，膜两侧极性倒转的状态
复极化
细胞膜去极化后再向静息电位方向恢复的过程
产生机制
细胞膜两侧离子浓度差与平衡电位
形成的跨膜电场对带电离子跨膜移动的作用与浓度差作用正好相反，将阻止该离子的继续扩散
电-化学驱动力
跨膜电场和离子浓度差这两个影响带电离子移动的驱动力的代数和
电位差驱动力＝浓度差驱动力→电-化学驱动力为零→离子净扩散量为零
平衡电位
离子净扩散量为零时的跨膜电位差
静息时细胞对离子的相对通透性
多种离子中，某种离子的通透性越高，静息电位越接近该离子平衡电位
安静状态下，细胞膜K通透性最高，静息电位更接近K平衡电位
静息电位实测值＜K平衡电位
原因
安静时细胞膜对K也有一定通透性
钠泵的生电作用
钠泵通过主动转运可以维持细胞膜两侧Na和K的浓度差
每分解1ATP，3个Na泵出，2个K泵回→膜内电位负值增大
影响静息电位水平的因素
细胞外液K浓度
细胞外K升高→K平衡电位减小→静息电位减小
膜对K和Na的相对通透性
钠泵活动水平
动作电位（AP）
指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
电位
峰电位（动作电位标志）
后电位
后去极化电位（负后电位）
后超极化电位（正后电位）
特点
全或无现象
所给刺激必须达到一定强度（阈电位）→产生动作电位
超过这个强度，刺激再大，决定动作电位去极化幅度和速度的只是Na通道本身性质和钠离子所受电化学驱动力的影响
不衰减传播
幅度和波形
脉冲式发放
产生机制
电-化学驱动力及其变化
电化学驱动力的表示方式
Em（膜电位）-Ex（平衡电位）
正号外向流，负号内向流
差值越大，离子受到的电化学驱动力越大
动作电位期间细胞膜通透性的变化
钠电导和钾电导的变化（Gx）
过程：细胞受到有效刺激，细胞膜的GNa首先增大→Na在较大的电-化学驱动力推动下入胞，膜去极化→膜去极化达到一定程度（阈电位），去极化与GNa之间出现正反馈，膜电位急剧上升，形成动作电位升支直到接近Na平衡电位→去极化达到峰值后GNa迅速减小，GK逐渐增大→K在强大的外向驱动力作用下快速外流→膜迅速复极化形成动作电位降支
膜电导改变的实质
膜中离子通道的开放与关闭
离子通道的功能状态
钠离子
静息态（稳态）
膜电位水平保持在静息电位水平时通道尚未开放的状态
激活门（m门）完全关闭
失活门（h门）接近开放但不能导通
激活态（瞬态）
膜在迅速去极化时电压门控钠通道立即开放的状态
m门开，h门关
失活态（稳态）
通道在激活态之后对去极化刺激不再反应的状态
h门时间依赖性完全关闭，m门开但不能导通
只有通过膜的复极化 ，才能使电压门控钠通道重新回到静息态
钾离子
激活门（n门）
触发
阈刺激
相当于阈强度的刺激
阈上刺激
阈下刺激
也能引起一部分钠通道开放，轻微去极化，但很快被增强的K外流（钾漏通道）所抵消
刺激量
刺激的强度
刺激的持续时间
刺激强度-时间变化率
阈强度
能使动作电位产生最小刺激强度
有效刺激
能使细胞产生动作电位的阈刺激或阈上刺激
阈电位（TP）
只有当某些刺激引起膜内正电荷增加，即负电位减小（去极化）并快速减少到一个临界值时，细胞膜的钠电导才能正反馈激活而形成动作电位
这个能触发动作电位的膜电位称为阈电位
影响阈电位水平的因素
电压门控钠通道在细胞膜中的分布密度，功能状态
密度
钠通道密度大→只需较小的膜去极化→阈电位水平低，接近静息电位＝兴奋性高
功能状态
静息，激活与失活
细胞外钙离子水平（稳定剂）
胞外Ca浓度增高→膜对Na的通透性降低→阈电位抬高＝兴奋性降低
传播
动作电位在同一细胞上的传播
传导
细胞膜某一部分产生的动作电位可沿细胞膜不衰减地传遍整个细胞
局部电流
在兴奋区与邻近未兴奋区之间的电流
实质
细胞膜依次再生动作电位
有髓神经纤维和无髓神经纤维
动作电位在细胞之间的传播
缝隙连接（电突触）
连接子
特点
兴奋传播速度快
双向传播
兴奋性及其变化
兴奋性
机体的组织或细胞接受刺激发生反应的能力或特性
衡量标准
阈值越小，兴奋性越高
阈值越大，兴奋性越低
兴奋
机体受到刺激时，功能活动由弱变强或相对静止变为比较活跃的反应过程
可兴奋细胞
对电刺激敏感＝动作电位可作为其兴奋的标志
神经细胞
肌细胞
腺细胞
细胞兴奋后兴奋性变化
绝对不应期
在兴奋发生后的最初一段时间里，无论施加多强的刺激也不能使细胞再次兴奋
特点
阈值无限大，兴奋性为零
原因
兴奋发生时大部分钠通道已处于激活状态，不存在再激活
兴奋后大部分钠通道立即进入失活状态，不可能再次接受刺激激活
相对不应期
绝对不应期后，细胞的兴奋性逐渐恢复，再次接受刺激后可发生兴奋，但刺激强度必须大于原来阈值
特点
兴奋性逐渐从零恢复到接近正常的时期
原因（兴奋性较低）
失活的电压门控钠通道虽已开始复活，但复活的通道数量较少（部分尚处于复活过程中）
因此需要阈上刺激才能引发动作电位
超常期
相对不应期过后，有的细胞还会出现兴奋性轻度增高的时期
原因
电压门控钠通道已基本复活，但膜电位尚未完全回到静息电位，距离阈电位水平较近
只需阈下刺激就能使膜去极化达到阈电位而再次兴奋
低常期
超常期后有的细胞又出现兴奋性的轻度减低
原因
电压门控钠通道完全复活，但膜电位处于轻度超级化状态，与阈电位水平距离加大
需阈上刺激才能引起细胞再次兴奋
电紧张电位和局部电位
细胞膜和胞质的被动电学特性
细胞膜和胞质作为一个静态的电学元件时所表现的电学特性
包括静息状态下的
膜电容
大
膜电阻
小
轴向电阻
直径越小长轴越长轴向电阻就越大
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
电紧张电位的传播范围和生成速度
电紧张电位的特征
无离子通道激活和膜电导改变
等级性电位，电紧张电位的幅度随刺激强度的增大而增大
衰减式传导，随传播距离增加而下降
电位可融合
去极化电紧张电位的幅度达到一定程度时，可引起膜中少量电压门控通道开放，形成局部电位
局部电位
在神经递质的作用下或在电紧张电位的刺激下，细胞膜可出现部分离子通道开放，形成轻度的去极化或超极化反应
这种细胞受到刺激后，由膜主动特性参与即部分离子通道开放形成的，不能向远距离传播的膜电位改变称为局部电位
局部兴奋
少量钠通道激活产生的去极化膜电位波动
局部电位特征和意义
电紧张电位的电学特征
等级性电位，幅度与刺激强度有关
衰减式传导
没有不应期，反应可叠加
空间总和
时间总和
（总和后可使细胞膜去极化达到阈电位，从而引发动作电位）