人体基本生理功能.ppt

人体的基本生理功能,沈阳药科大学生理教研室,第三章,第一节 生命活动的基本特征,合成代谢（同化作用）,分解代谢（异化作用）,物质代谢,能量代谢：,物质代谢过程中伴随的能量变化 （释放、转移、贮存、利用）,新陈代谢,兴 奋 性,1. 刺激（stimulation）,人体及组织细胞所处环境的变化,有效刺激,无效刺激,刺激的三个条件,刺激的形式：,物理刺激 化学刺激 生物刺激 社会心理性刺激,一定的强度,一定的持续时间,一定的强度对时间的变化率,电刺激（方波刺激）,强度对时间的变化率不变,强度,时间,强度时间曲线,2. 反应,在刺激作用下，机体或组织细胞所发生的 反应变化。,反应的形式,机体由相对静止转变为活动状态或由活动弱转变为活动强的状态 （动作电位）,兴奋：,抑制：,机体由活动转变为相对静止状态或由活动强转变为活动弱的状态 （超极化）,3. 阈强度（threshold intensity）,强度-时间变化率固定，刺激持续时间恒定和足够时，能引起组织产生反应的最小刺激强度，又称阈值。,概念：,最适刺激：能够引起组织发生最大反应的最小 刺激称为最适刺激。,4. 兴奋性（excitability）,概念：可兴奋细胞或组织接受刺激后产生兴奋的能力称兴奋性。 从生物电的角度看，可兴奋细胞受到刺激产生动作电位的能力，称为兴奋性。,衡量指标：阈强度,阈强度低，兴奋性高。 阈强度高，兴奋性低。,二者关系：,适 应 性,适应,机体根据环境变化调整自身行为和生理功能的过程,适应性 (adaptability),机体根据环境变化调整体内各部分活动使之相协调 的功能,生 殖,生 殖（reproduction）,人体生长发育到一定阶段，男性和女性两种个体中发育成熟的生殖细胞相结合，便可形成与自己相似的子代个体，这种能力称为生殖。,概念：,意义：,繁殖后代，延续种系,第二节 神经与骨骼肌细胞的一般生理特性,一、细胞生物电现象及其产生机制,生物电现象及历史 细胞在安静或活动时，都有生物电现象。 应用：心电图、肌电图、脑电图 采用微电极技术对细胞内电位变化进行研究。 方法：细胞水平研究。 材料：微电极、电位仪、枪乌贼大神经。,微电极测量单一神经纤维的膜电位示意图,(一) 静息电位（resting potential, Rp）,细胞安静时，存在于细胞膜内外两侧的电位差。,概念：,特点：,A. 内负外正（极化状态）,B. 大小：有差异，均为mV级,C. 稳定的直流电位,1. 静息电位现象,0mV,神经纤维,微电极测量单一神经纤维的膜电位示意图,2. 静息电位的产生机制,（1）膜内、外的离子分布不均 膜外：Na+和Cl 浓度高 膜内：K+和A浓度高 由于存在离子的浓度梯度（浓度差），因此 离子有顺浓度梯度，向膜内外扩散的趋势。,（2）细胞膜的通透性,安静时 对 Na+和Cl 通透性小 对A几乎不通透 对K+的通透性较大 （K+通道开放）,K+外流,内负外正电位差 =K+的浓度差,K+净通量为0,静息电位=K+的平衡电位,+,K+,K+,K+外流形成 K+平衡电位,神经纤维,电势能,30 K+,1 K+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,A -,浓差势能,K+的平衡电位=59.5 lg,k+o,k+i,= -94.5mv,静息电位 = -90mv,K+的平衡电位 静息电位？,(二) 细胞的动作电位（Action potential, Ap）,1.动作电位现象,0 mV,神经纤维,AP,与动作电位有关的概念,极化 去极化 复极化 反极化 超极化,锋电位 后电位 负后电位 正后电位 阈电位,去极化：,由内负外正变为外负内正。,反极化或超射：,膜内电位由零变为正值。,复极化：,恢复至静息时内负外正的状态。,极化：,静息时内负外正的状态。,超极化：,原有静息电位值进一步降低。,与极化相关的概念：,时间（ms）,去极化,复极化,超射,动作电位的波形及组成,阈电位：,细胞受刺激后，膜内去极化，达到某一临界值后产生快速的膜内电位上升变化，此临界值称为阈电位。 通常比原有静息电位小1020 mV。,后电位：,锋电位：,描记动作电位曲线，可见其快速的上升支（即去极相）和快速的下降支（即复极相）成一尖锐的脉冲，称为锋电位。,在锋电位下降支最后恢复到静息电位水平以前，膜两侧电位还有一些微小而缓慢的波动，称为后电位。,与电位相关的概念：,负后电位（去极化电位） 正后电位（超极化电位）,时间（ms）,动作电位的波形及组成,2. 动作电位的产生机制,（1）去极化：,Na+内流,阈电位,（高1020 mV）,Na+通道开放,去极化,Na+的平衡电位=超射值,正反馈或自生性增加,去极化电位,产生条件：阈刺激、阈上刺激、多次阈下刺激。,-,-,+,Na+,Na+,-,-,-,-,-,+,+,+,+,+,+,细 胞 外,细 胞 内,1NaCl,Na+ 浓度差,12 NaCl,RP,去极化,RP,（2）复极化：,（3）动作电位后：,过度去极化,Na+通道失活,电压门控K+通道开放,K+外流,细胞内Na+,细胞外K+,Na+-K+泵,恢复离子分布,K+外流,Na+-K+交换,K+,K+,细胞外,1NaCl,12 NaCl,细胞内,Na+,K+,静息期,复极化,3.细胞发生动作电位期间兴奋性的周期性变化,动作电位的组成与兴奋性周期的对应关系,4.动作电位的特点,全或无现象( All or None ),AP,刺激,指同一C上，AP的大小不随剌激强度和传导距离而改变的现象,阈刺激,（三）细胞的局部兴奋,（1）局部兴奋（局部反应）:,（2）局部兴奋的特征：,阈下刺激,Na+通道少量开放,少量Na+内流,局部去极化,无不应期,叠加,时间总和,空间总和,不是“全”或“无”的,向周围电紧张性扩布,可以总合,衰减性的,幅度,速度,Experiments:,-90,-70,-110,-90,-70,-110,阈下刺激,电紧张扩布,空间,时间,局部兴奋与动作电位的区别：,不衰减扩布,电紧张扩布,传播特点,无,有,总和现象,有,无,“全或无”特点,大,小,膜电位变化幅度,多,少,钠通道开放数,阈、阈上刺激、多次阈下,阈下刺激,刺激强度,动作电位,局部兴奋,区别,AP,刺激,阈电位的产生,记录,刺激,神经纤维,二、兴奋在同一细胞上的传递,A. 无髓神经纤维,局部电流,未兴奋段去极化,兴奋,沿神经纤维传导,神经冲动,（一）兴奋传导的机制,局部电流学说,神经纤维传导机制模式图,传导机制局部电流,+ -,+ -,+ -,+ -,+ -,+ -,+ -,+ -,+ -,+ -,+ -,+ -,+ -,- +,- +,- +,神经纤维,A.无髓神经纤维,B. 有髓神经纤维：跳跃式传导,A,B,髓鞘不导电， 不允许离子通过,局部电流在郎飞结间形成,跳跃式传导,有髓神经纤维跳跃式传导,（二）神经纤维的传导速度与分类,哺乳动物的神经纤维分三类：,A类：有髓鞘的躯体传入和传出纤维,B类：有髓鞘的自主神经的节前纤维,C类：无髓鞘的躯体传入纤维和自主神,经纤维的节后纤维,（三）兴奋传导的特征,完整性：结构和生理功能的完整 双向性：向相反的两个反向传导 绝缘性：使神经的调节更为精确 相对不疲劳：耗能较少,（四） 影响传导的因素,细胞直径大小,动作电位去极化幅度,神经纤维：有髓 无髓,三、兴奋在不同细胞间的传递,心肌和平滑肌的细胞间存在缝隙连接。 由6个称为连接子的单体蛋白形成同源六聚体。,（一）动作电位通过缝隙连接的传递,运动单位：,一个运动神经元和所支配的所有肌纤维。,（二）动作电位在神经-肌接头处的传递,神经-肌接头：,运动神经末梢膜与肌膜相接触的部位。,接头前膜,接头后膜（终板膜）,接头间隙：,囊泡（ACh),N2型ACh受体,50 nm,1.神经-肌接头的结构,线粒体,小皱褶,胆碱酯酶,神经-肌接头的结构,2. 神经-肌接头的兴奋传递,神经冲动,接头前膜产生AP,电压门控Ca2+通道开放,Ca2+内流,降低轴浆粘滞性,囊泡的可移动性,中和负电荷,囊泡易与前膜融合,囊泡向前膜移动、融合、释放ACh,ACh+N2受体,受体变构,离子通道开放,主要Na+内流,去极化（终板电位），是局部兴奋,（终板膜）,电紧张方式传导,达到阈电位水平,AP（肌膜）,在肌膜上传导,促进,总和,3.神经-肌接头兴奋传递的特征,单向传递：接头前膜 终板膜 时间延搁 易受药物和其他环境因素的影响,密胆碱：胆碱的类似物 干扰胆碱转运进而影响乙酰胆碱的合成 肉毒杆菌毒素：阻断乙酰胆碱的释放 箭毒类药物：作用于N受体 与Ach竞争N受体，无活性，称受体阻断剂。 有机磷农药：抑制胆碱酯酶 不可逆抑制胆碱酯酶，为神经毒剂。 新斯的明：胆碱脂酶抑制剂 延长乙酰胆碱的作用时间，治疗重症肌无力,四 骨骼肌的收缩,结构基础：,三联管,（一）骨骼肌的兴奋-收缩耦联,骨骼肌纤维终末池中Ca离子的释放过程,（二）骨骼肌的收缩原理,1. 肌丝的分子组成,肌节：,是肌细胞的基本功能单位。,相邻Z线间的一段肌原纤维,1/2明带 + 暗带 + 1/2明带,肌肉收缩时肌细胞内肌丝并没缩短，只是细肌丝向粗肌丝之间的滑行，造成相邻Z线相互靠近，肌小节长度变短（暗带长度不变，明带长度缩短，H带也变短），从而导致肌原纤维以致整个肌细胞和整块肌肉的收缩,肌丝滑行学说,（1）粗肌丝,分子组成：,肌球蛋白（肌凝蛋白）,杆状部主干,球状头横桥,200300个,横桥的特点：,A.是ATP酶，可水解ATP供能,B.与细肌丝中的肌纤蛋白可逆性地结合。,结合一个位点,头向M线方向扭动，拖拉细肌丝,分离,再结合下一个位点,激活,（2）细肌丝,分子组成,肌动（纤）蛋白,原肌球（凝）蛋白,肌钙蛋白,球形单体双螺旋体主干,每一个单体上有一个与肌球蛋白的结合位点,纤维状单体双螺旋结构,安静时，覆盖肌动蛋白上各结合位点,球形,T：结合至原肌球蛋白,C：与Ca2+亲和,I: 信息传递,原肌凝蛋白（tropomyosin）,肌纤蛋白（actin）,肌钙蛋白（troponin）, 肌纤蛋白：每一个单体上有一个与肌凝蛋白的结合位点, 原肌凝蛋白：安静时，覆盖肌纤蛋白上各结合位点, 肌钙蛋白：与Ca2结合后，导致肌纤蛋白结合位点暴露,细肌丝的分子组成,收缩蛋白,调节蛋白,肌动蛋白,肌钙蛋白,肌球蛋白,原肌球蛋白,2.肌丝滑行的基本过程,骨骼肌收缩的机制,肌浆中Ca2+浓度增加到阈值，肌钙蛋白和原肌凝 蛋白发生构型改变，肌纤蛋白上结合位点暴露。,横桥头部与结合位点接触并结合,头向暗带中央扭动，细肌丝随之拖向肌节中央方向,肌浆中Ca2+浓度降低到另一阈值，肌钙蛋白与 Ca2+分离，结合位点被覆盖，细肌丝退回原位。,Ca2+与肌钙蛋白的结合和分离是触发和终止肌丝滑行的关键因素。,（横桥周期）,肌节缩短,肌原纤维缩短,肌细胞缩短,肌浆Ca2+浓度增加导致肌纤蛋白上的结合点暴露图解,肌肉收缩,肌肉舒张,一个运动神经元收到刺激后，为什么其所支配的所有肌纤维会发生收缩。,静息电位动作电位Ap沿神经纤维传导至神经纤维末梢神经肌接头的兴奋传递骨骼肌纤维得到Ap,Ap在骨骼肌细胞膜传导兴奋收缩偶联骨骼肌收缩,骨骼肌得到兴奋后，开始收缩,（三）骨骼肌收缩的外在表现,1. 等张收缩和等长收缩,肌肉收缩时：长度、张力发生变化,等张收缩（动力性收缩）：,等长收缩（静力性收缩）：,长度缩短，张力不变,长度不变，张力升高,2. 单收缩和收缩的复合,（1） 单收缩,单收缩曲线,与刺激强度的关系：,阈下刺激：无反应。,阈刺激：小强度收缩。,少量兴奋性高的N兴奋,阈上刺激：较大的收缩。,最适刺激：收缩强度最大。,支配骨骼肌的全部N纤维兴奋,收缩的空间总和,一块完整的肌肉收缩是由许多运动单位共同完成,阈下刺激 由于刺激强度过低，支配骨骼肌的运动神经纤维未能产生兴奋，即动作电位，骨骼肌没有收缩。,阈刺激 当刺激强度增大到阈值时，少数兴奋性高的运动神经纤维产生兴奋，它们所支配的骨骼肌纤维得到兴奋，开始收缩。,阈上刺激 刺激强度进一步增大，更多的运动神经纤维开始兴奋，有更多的骨骼肌纤维开始收缩，收缩强度增加。,最适刺激 当刺激强度增大到某一数值时，全部的运动神经纤维开始兴奋，所有的骨骼肌纤维同时收缩，出现最大收缩。,肌肉收缩的单收缩曲线,1-2潜伏期；2-3收缩期；3-4舒张期；每小格为0.01秒,（2）强直收缩,不完全强直收缩,完全强直收缩,连续刺激，改变刺激频率：,收缩的时间总和,刺激间隔单收缩时程,各自分离的单收缩,刺激间隔单收缩时程,刺激间隔收缩期,刺激间隔收缩期,强直收缩中的肌肉收缩波可以融合，但肌膜上的AP不融合,频率效应的总和,单收缩,不完全强直收缩,强直收缩,强直收缩示意图,第三节 人体与环境,一、人体与外环境,自然环境：气温、气压、光照、温度、环境中 的化学成分、微生物种类等 社会环境：社会因素和心理因素,细胞内液：2/3,体液：人体中所含的水份及溶解于其中的物质。,血浆：1/5,淋巴液,组织液,脑脊液、房水等,最活跃的部分,4/5,细胞外液：1/3,血浆,组织液,淋巴液,细胞内液,二、内环境与稳态,（一）体液与体液分布,（二） 内环境: 细胞直接生存的环境,即细胞外液,O2和CO2分压,渗透压,温度,pH,各种离子浓度,理化性质,处于一种 相对稳定的状态,特征,（三） 内环境稳态 （ homeostasis ）,机体内环境的各种理化性质保持相对稳定的状态称为稳态。,生理学研究的重点内容：,基本概念 基本生命活动过程 生理过程的调节,调节的目标 : 内环境稳态 调节方式：神经调节、体液调节、自身调节 调节的精确：体内的反馈控制系统,第四节 人体基本功能的调节,一、神经调节,反射(reflex)：,在中枢神经系统的参与下，机体对内、外环境的变化所作出的规律性反应。,实现反射的结构基础是反射弧(reflex arc),效应器,感受器,传入神经,神经中枢,传出神经,特点：迅速、准确、短暂、局限。,反射弧,P4,必须有完整的反射弧,二、体液调节,概念： 方式： 特点：缓慢、温和、持久、广泛。,内分泌细胞,远隔分泌：血液循环至远隔靶器官,旁分泌：弥散作用至邻近细胞,自分泌：作用自身及周围同类细胞,特殊的化学物质（激素）,靶细胞,调节功能,神经-体液调节：在某些情况下，神经调节和体液调节存在密切的关系,三、自身调节,概念： 特点：范围小，不十分灵敏,机体的一些组织细胞能在不依赖于神经、体液因素的作用下，自身对周围环境的变化发生的适应性反应。,例：骨骼肌、心脏,第五节 体内控制系统,非自动控制系统：“开环”系统 反馈控制系统：“闭环”系统 前馈控制系统：超前性和预见性,下丘脑-腺垂体-肾上腺皮质轴,下丘脑,CRH,腺垂体,ACTH,肾上腺皮质束状带、网状带,糖皮质H,分泌,分泌,分泌,（+）,（+）,闭环调节,开环调节,一、非自动控制系统,二、反馈控制系统,反馈：调节产生的效应作为一个刺激影响调节过程的某一环节，使调节过程加强或减弱。,环境,机体,神经调节,体液调节,自身调节,反应,正反馈,负反馈,加强,减弱,（一）负反馈：调节的结果反过来使调节的原因或过程减弱,意义：使机体的某项功能保持恒定 例如：减压反射,（二）正反馈：调节的结果反过来使调节的原因或过程加强,意义：使机体的某项功能在同一方向不断加强，使这一功能得以迅速完成 例如：排尿反射、生理性止血,BP ,颈A窦、主A弓感受器(+),神经中枢,效应器,BP,减压反射,甲状腺激素分泌调节,血糖调节,排尿反射,调节的结果反过来使调节的原因或过程减弱,调节的结果反过来使调节的原因或过程加强,使机体的某项功能保持恒定,使机体的某项功能在同一方向不断加强，使这一功能得以迅速完成,减压反射、肺牵张反射、甲状腺激素分泌等,排尿反射、血液凝固、去极化过程Na+通道开放、胃蛋白酶原的激活,数量 多 少,定义,意义,举例,负反馈 正反馈,三、前馈控制系统,控制部分发出指令使受控部分进行某一活动，同时又通过另一快捷途径向受控部分发出前馈信号，受控部分在接受控制部分指令进行活动时，又及时地受到前馈信号的调控，因此活动可以更加准确，这就是前馈(feed-forward)。,将手伸向某一目标,神经系统（控制部分） 骨骼肌（受控部分） 手伸向目标,（恰到好处）,条件反射实际上就是前馈。,如：进食之前，食物的形象、气味及有关的语言等条件刺激引起唾液分泌增加，为食物的消化提前做好准备就是前馈。,条件刺激,非条件反射,条件刺激 +非条件反射,条件反射,前馈：具有超前性、预见性，能够提前作出适应性反应。,负反馈：无预见性，一般是在某一生理功能发 生变化后才发挥作用，相对滞后。,