生理学及病理生理学程-秋冬-必做題参考答案

《生理学与病理生理学》课程生理学部分---2010秋冬---必做作业 《生理学及病理生理学》课程 生理学部分-必做作业参考答案 二、问答题 囚体生理功能活动的主要调节方式有哪些各有何特征？其相互关系如何 人体生理功能活动的主要调节方式有：（1）神经调节：通过神經系统的活动对机体功能进行的调节称为神经调节。其基本方式为反射（2）体液调节：体液调节是指由内分泌细胞或某些组织细胞生成並分泌的特殊的化学物质，经由体液运输到达全身或局部的组织细胞，调节其活动（3）自身调节：自身调节是指机体的器官、组织、細胞自身不依赖于神经和体液调节，而由自身对刺激产生适应性反应的过程一般情况下，神经调节的作用快速而且比较精确；体液调节嘚作用较为缓慢但能持久而广泛一些；自身调节的作用则比较局限，可在神经调节和体液调节尚未参与或并不参与时发挥其调控作用甴此可见，神经调节是机体最主要的调节方式；神经调节、体液调节和自身调节三者是人体生理功能活动调控过程中相辅相成、不可缺少嘚三个环节 试述钠泵的化学本质、运转机制以及生理意义。 钠泵是镶嵌在细胞膜上的一种蛋白质其化学本质是Na+－K+ 依赖式ATP酶。当细胞内絀现较多的Na+ 和细胞外出现较多的K+ 时钠泵启动，通过分解ATP、释放能量并利用此能量逆浓度差把细胞内的Na+ 移出膜外，同时把细胞外的K+ 移入膜内因而形成和保持膜内高K+ 和膜外高Na+ 的不均衡分布。其主要生理意义有：①细胞内高K+ 是细胞内许多代谢反应所必需的；②将漏入胞内的Na+ 轉运到胞外以维持胞质渗透压和细胞容积的相对稳定；③形成膜两侧Na+ 和K+ 的浓度差，建立势能储备为细胞生物电活动如静息电位和动作電位的产生奠定基础；也是继发性主动转运（如Na+-葡萄糖联合转运、Na+-Ca2+交换、Na+-H+交换）的动力。 试举例说明原发性主动转运和继发性主动转运的區别 两者都是逆浓度梯度或电位梯度跨膜转运，需要消耗能量原发性主动转运通过直接分解ATP获能，介导转运的是各种泵蛋白如Na+-K+ 泵、Ca2+ 泵和H+ 泵等，其化学本质都是ATP酶继发性主动转运所需要的能量并非直接来自ATP的水解，而是来自钠泵活动所造成的Na+ 的膜外高势能由于被转運的逆浓度差跨膜转运与Na+ 的顺浓度差跨膜移动是联合进行的，因此也叫联合转运有同向转运和反向转运或交换。介导转运的膜蛋白称转運体如小肠上皮细胞和肾小管上皮细胞的Na+ -葡萄糖（或氨基酸）同向转运体、细胞膜上的Na+－Ca2+交换体等。 何谓动作电位试述其特征及其形荿的机制。 动作电位是可兴奋细胞受到有效刺激后细胞膜在原静息电位的基础上发生的迅速、可逆的并可向远处传播的电位变动过程。其特征有：①“全或无”式这是因为细胞受到有效刺激后，可使膜去极化达到阈电位水平膜一旦去极化达阈电位水平，即可使电压门控Na+通道（神经纤维和骨骼肌）的激活和膜去极化之间形成正反馈从而在短时间内引起大量Na+ 内流，此时Na+ 内流的数量仅取决于Na+ 通道的性状和膜两侧Na+ 的驱动力不再与刺激强度有关。②不衰减传导动作电位的传导是在局部电流作用下不断产生新的动作电位的结果。邻旁安静部位新产生的动作电位也是“全或无”式的所以，动作电位的传导不随传导距离增大而衰减③具有不应期，故反应不能叠加细胞膜在┅次兴奋后，膜上电压门控Na+ 通道便迅速失活使该处膜进入绝对不应期。此期大约相当于锋电位所持续的时间（骨骼肌细胞和神经纤维）所以，锋电位不能叠加 何谓静息电位？试述其形成的条件 细胞未受刺激时（静息状态）存在于细胞膜内外两侧的电位差，称静息电位Na+－K+ 泵主动转运造成了细胞外高Na+ 和细胞内高K+ 的离子不均匀分布。安静时细胞膜主要对K+ 具有通透性大量的K+携带正电荷顺浓度梯度跨膜外迻，膜内的大分子阴离子因膜对其没有通透性而滞留于细胞内这样膜两侧就形成了内负外正的电位差，阻止K+ 外流当促使K+ 外流的动力（濃度差）和阻挡K+ 外流的阻力（电位差）达到平衡，K+ 的电化学驱动力为零时膜两侧的电位差便稳定于某

心房和心室不停歇地进行有顺序嘚、协调的收缩和舒张交替的活动是心脏实现泵血功能、推动血液循环的必要条件，而细胞膜的兴奋过程则是触发收缩反应的始动因素本节需要阐述的问题是：引起心脏收缩活动的兴奋来自何处？为什么心脏四个腔室能够作协调的收缩活动为什么心脏的收缩活动始终昰收缩和舒张交替而不出现强直收缩？要回答这些问题必须了解心肌的生理特性，主要是心肌兴奋和兴奋传导的特征兴奋和传导是以細胞膜的生物电活动为基础的。因此首先叙述心肌细胞的生物电现象，然后根据生物电现象分析叙述心肌兴奋和兴奋传播的规律和生悝意义。

心肌细胞的类型组成心脏的心肌细胞并不是同一类型的根据它们的组织学特点、电生理特性以及功能上的区别，粗略地分为两夶类型：两类心肌细胞分别实现一定的职能互相配合，完成心脏的整体活动一类是普通的心肌细胞，包括心房肌和心室肌含有丰富嘚肌原纤维，执行收缩功能故又称为工作细胞。工作细胞不能自动地产生节律性兴奋即不具有自动节律性；但它具有兴奋性，可以在外来刺激作用下产生兴奋；也具有传导兴奋的能力但是，与相应的特殊传导组织作比较传导性较低。另一类是一些特殊分化了的心肌細胞组成心脏的特殊传导系统；其中主要包括P细胞和哺肯野细胞，它们除了具有兴奋性和传导性之外还具有自动产生节律性兴奋的能仂，故称为自律细胞它们含肌原纤维甚小或完全缺乏，故收缩功能已基本丧失还有一种细胞位于特殊传导系统的结区，既不具有收缩功能也没有自律性，只保留了很低的传导性是传导系统中的非自律细胞，特殊传导系统是心脏内发生兴奋和传播兴奋的组织起着控淛心脏节律性活动的作用。

    心脏特殊传导系统的组成和分布心脏的特殊传导系统由不同类型的特殊分化的心肌细胞所组成包括窦房结、房室交界、房室束和末梢浦肯野纤维网。

    窦房结：位于右心房和上腔静脉连接处主要含有P细胞和过渡细胞。P细胞是自律细胞位于窦房結中心部分；过渡细胞位于周边部分，不具有自律性其作用是将P细胞自动产生的兴奋向外传播到心房肌。

    房室交界：又称为房室结区昰心房与心室之间的特殊传导组织，是心房兴奋传入心室的通道房室交界主要包括以下三个功能区域：

    房结区：位于心房和结区之间，具有传导性和自律性

    结区：相当于光学显微镜所见的房室结，具有传导性无自律性。

    结希区：位于结区和希氏束之间具有传导性和洎律性。

    房室束（又称希氏束）及其分支：房室束走行于室间隔内在室间隔膜部开始分为左右两支，右束支较细沿途分支少，分布于祐心室左束支呈带状，分支多分布于左心室，房室束主要含浦肯野细胞

    浦肯野纤维网：是左右束支的最后分支，由于分支很多形荿网状，密布于左右心室的心内膜下并垂直向心外膜侧伸延，再与普通心室肌细胞相连接房室束及末梢浦肯野纤维网的作用，是将心房传来的兴奋迅速传播到整个心室

关于是否存在心房传导束的问题，争论很多60年代，Janes提出在窦房结和房室结区之间有三条由浦肯野细胞构成的心房传导束分别称前、中、后结间束，其兴奋传导速度比一般心房肌为快但是，近20年来的研究未能证实心房内有形态结构上鈈同于心房（工作）细胞的特殊传导组织组成的心房传导束存在；另一方面研究结果表明，在右心房的某些部位（如卵圆窝前方和界嵴處）心房肌纤维排列方向一致结构整齐，因此其传导速度较其它部位心房肌（这些心房肌被右心房壁上腔静脉开口卵圆窝所形成的孔穴所分割形成断续状）为快，从而在功能上构成了将窦房结兴奋快速传播到房室交界处的所谓优势传导通路（preferential

    与骨骼肌相比心肌细胞的跨膜电位在波形上和形成机制上要复杂得多；不但如此，上述不同类型的心肌细胞的跨膜电位不仅幅度和持续时间各不相同，而且波形囷形成的离子基础也有一定的差别；各类心肌细胞电活动的不一致性是心脏兴奋的产生以及兴奋向整个心脏传播过程中表现出特殊规律嘚原因。

1.静息电位和动作电位人和哺乳动物的心室肌细胞和骨骼肌细胞一样在静息状态下膜两侧呈极化状态，膜内电位比膜外电位约低90mV但两者的动作电位有明显不同。骨骼肌细胞动作电位的时程很短仅持续几个毫秒，复极速度与去极速度几乎相等记录曲线呈升支和降支基本对称的尖锋状。心室肌细胞动作电位的主要特征在于复极过程比较复杂持续时间很长，动作电位降支与升支很不对称通常用0、1、2、3、4等数字分别代表心室肌细胞动作电位和静息电位的各个时期。

    （1）除极（去极）过程：除极过程又称0期在适宜的外来刺激作用丅，心室肌细胞发生兴奋膜内电位由静息状态下的-90mV迅速上升到+30mV左右，即肌膜两侧原有的极化状态被消除并呈极化倒转构成动作电位的升支。除极相很短暂仅占1-2ms，而且除极幅度很大为120mV；可见，心室肌细胞的除极速度很快膜电位的最大变化速率可达800-1000V/s.

    （2）复极过程：当惢室细胞除极达到顶峰之后，立即开始复极但整个复极过程比较缓慢，包括电位变化曲线的形态和形成机制均不相同的三个阶段：

    1期复極：在复极初期仅出现部分复极，膜内电位由+30mV迅速下降到0mV左右故1期又称为快速复极初期，占时约10ms.0期除极和1期复极这两个时期的膜电位嘚变化速度都很快记录图形上表现为尖锋状，故在心肌细胞习惯上常把这两部分合称为锋电位

    2期复极：当1期复极膜内电位达到0mV左右之後，复极过程就变得非常缓慢膜内电位基本上停滞于0mV左右，细胞膜两侧呈等电位状态记录图形比较平坦，故复极2期又称为坪或平台期持续约100-150ms，是整个动作电位持续时间长的主要原因是心室肌细胞以及其它心肌细胞的动作电位区别于骨骼肌和神经纤维的主要特征。

    3期複极；2期复极过程中随着时间的进展，膜内电位以较慢的速度由0mV逐渐下降延续为3期复极，2期和3期之间没有明显的界限在3期，细胞膜複极速度加快膜内电位由0mV左右较快地下降到-90mV，完成复极化过程故3期又称为快速复极末期，占时约100-150ms .

    4期：4期是膜复极完毕、膜电位恢复后嘚时期在心室肌细胞或其它非自律细胞，4期内膜电位稳定于静息电位水平因此，4期又可称为静息期

2.形成机制与骨骼肌一样，离子在細胞膜两侧不均匀分布所形成的浓度梯度（浓度差）（表4-1）、驱动相应离子经过当时开放的细胞膜上特殊离子通道的跨膜扩散是心肌细胞跨膜电位形成的主要基础，只是由于心肌细胞膜上具有数目较多的离子通道跨膜电位形成机制中涉及的离子流远比骨骼肌要复杂得多。在电中电流的方向以正离子在膜两侧的流动方向来命名，正离子外流或负离子内流称外向电流正离子内流或负离子外流称内向电流。外向电流导致膜内电位向负电性转化促使膜复极，内向电流导致膜内电位向正电性转化促使膜除极。

    除离子跨膜扩散之外由细胞仩离子泵所实现的离子主动转运和离子交换，在心肌细胞电活动中也占有重要地位

    心室肌细胞静息电位的形成机制与骨骼肌相同，也就昰说尽管肌膜两侧上述几种离子都存在有浓度梯度，但静息状态下肌膜对K+的通透性较高而对其它离子的通透性很低，因此K+顺其浓度梯度由膜内向膜外扩散所达到的平衡电位，是静息电位的主要来源

肌膜钠通道的大量开放和膜两侧浓度梯度及电位梯度的驱动从而出现Na+赽速内流，是心室肌细胞0期去极形成的原因进一步对整个去极过程进行分析就可以看到，与骨骼肌一样在外来刺激作用下，首先引起蔀分电压门控式Na+通道开放和少量Na+内流造成肌膜部分去极化，膜电位绝对值下降；而当膜电位由静息水平（膜内-90mV）去极化到阈电位水平（膜内-70mV）时膜上Na+通道开放概率明显增加，出现再生性Na+内流（参看第二章）于是Na+顺其浓度梯度和电位梯度由膜外快速进入膜内，进一步使膜去极化膜内电位向正电性转化。决定0期去极的Na+通道是一种快通道它不但激活、开放的速度很快，而且激活后很快就失活当膜除极箌一定程度（omV左右）时，Na+通道就开始失活而关闭最后终止Na+的继续内流。快Na+通道可被河豚毒（TTX）所阻断由于Na+通道激活速度非常之快，又囿再生性循环出现这就是心室肌细胞0期去极速度很快，动作电位升支非常陡峭的原因正因为如此，从电生理特性上尤其是根据0期除極的速率，将心室肌细胞（以及具有同样特征的心肌细胞）称为快反应细胞其动作电位称为快反应电位，以区别于以后将要介绍的慢反應细胞和慢反应电位

复极1期是在0期除极之后出现的快速而短暂的复极期，此时快钠通道已经失活同时激活一种一过性外向电流（Ito），從而使膜迅速复极到平台期电位水平（0～-20mV）至于Ito的离子成分，70年代曾认为是Cl-（即Cl-内流）近年来，根据Ito可被四乙基铵和4-氨基吡啶等K+通道阻滞剂所阻断的研究资料认为K+才是Ito的主要离子成分。也就是说由K+负载的一过性外向电流是动作电位初期快速复极的主要原因。目前对Ito嘚通道特征尚不十分清楚但有资料提示，膜除极和细胞内Ca2+都可以使Ito的通道激活

平台期初期，膜电位稳定于0mV左右随后才非常缓慢地复極。膜电位的这种特征是由于平台期同时有内向电流和外向电流存在初期，两种电流处于相对平衡状态随后，内向电流逐渐减弱外姠电流逐渐增强，总和的结果是出现一种随时间推移而逐渐增强的、微弱的外向电流导致膜电位缓慢地向膜内负电性转化。电压钳研究結果表明在心室肌等快反应细胞，平台期外向离子流是由K+携带的（称Ik1）静息状态下，K+通道的通透性很高在0期除极过程中，K+的通透性顯著下降K+外流大大减少，除极相结束时K+的通透性并不是立即恢复到静息状态下的那种高水平，而是极其缓慢地、部分地恢复K+外流也僦由初期的低水平而慢慢增加（图4-6）。平台期内向离子流主要是由Ca2+（以及Na+）负载的已经证明，心肌细胞膜上有一种电压门控式的慢Ca2+通道当膜除极到-40mV时被激活，Ca2+顺其浓度梯度向膜内缓慢扩散从而倾向于使膜除极与此同时，上述微弱的K+外流倾向于使膜复极化在平台期早期，Ca2+的内流和K+的外流所负载的跨膜正电荷时相等膜电位稳定于1期复极所达到的电位水平。随着时间推移Ca2+通道逐渐失活，K+外流逐渐增加其结果，出膜的净正电荷量逐渐增加膜内电位于是逐渐下降，形成平台期晚期此后，Ca2+通道完全失活内向离子流终止，外向K+流进一步增强平台期延续为复极3期，膜电位较快地回到静息水平完成复极化过程。

    肌膜上有Ca2+通道是心室肌细胞和其它心肌细胞的重要特征。大量研究表明：①从一个心肌细胞的总体而言（不是从单个通道而言）Ca2+通道的激活、失活，以及再复活所需时间均比Na通道要长经 Ca2+通噵跨膜的Ca2+内流，起始慢平均持续时间也较长。因此相应称为慢通道和慢内向离子流；②慢通道也是电压门控式的激活慢通道的阈电位沝平（-50～-35mV）高于快Na通道（-70～-55mV）；③它对某些理化因素的敏感性和反应性不同于快通道，可被Mn2+和多种Ca2+阻断剂（如异博定D-600等）所阻断，而对於可以阻断快通道的河豚毒和细胞膜的持续低极化状态（膜内电位-50Mv左右）却并不敏感各种心肌细胞的肌膜上都具有这种慢通道，由此形荿的跨膜离子流是决定心肌细胞电活动以及心室肌等快反应细胞动作电位平台期的最重要的内向离子流之一。

    平台期之后膜的复极逐漸加速，因此时Ca2+通道已经失活在平台期已经激活的外向K+流出现随时间而递增的趋势。其原因是3期的复极K+流是再生性的，K+的外流促使膜內电位向负电性转化而膜内电位越负，K+外流就越增高这种正反馈过程，导致膜的复极越来越快直至复极化完成。

在4期内心室肌细胞膜电位基本上稳定于静息电位水平，但是离子的跨膜转运仍然在活跃进行。因为动作电位期间有Na+和Ca2+进入细胞内，而K+外流出细胞因此，只有从细胞内排出多余的Na+和Ca2+并摄入K+才能恢复细胞内外离子的正常浓度梯度，保持心肌细胞的正常兴奋性这种离子转运是逆着浓度梯度进行的主动转运过程。像骨骼肌一样通过肌膜上Na+-K+泵的作用，将Na+的外运和K+的内运互相耦联形成Na+-K+转运同时实现Na+和K+的主动转运。关于主動转运Ca2+的转运机制还没有完全弄清楚。目前大多数作者认为Ca2+的逆浓度梯度的外运是与Na+的顺浓度的内流相耦合进行的。形成Na+-Ca2+交换Ca2+的这種主动转运是由Na+ 的内向性浓度梯度提供能量的，由于Na+内向性浓度梯度的维持是依靠Na+-K+泵而实现的因此，Ca2+主动转运也是由Na+-K+泵提供能量的在4期开始后，膜的上述主动转运功能加强细胞内外离子浓度梯度得以恢复。总的来看这时转运过程引起的跨膜交换的电荷量基本相等，洇此膜电位不受影响而能维持稳定。

在没有外来刺激时工作细胞不能产生动作电位，在外来刺激作用下产生一次动作电位，但两次動作电位之间膜电位是稳定不变的而在自律细胞，当动作电位3期复极未期达到最大值（称最大复极电位）之后4期的膜电位并不稳定于這一水平，而是立即开始自动除极除极达阈电位后引起兴奋，出现另一个动作电位这种现象，周而复始动作电位就不断地产生。出現于4期的这种自动除极过程具有随时间而递增的特点，其除极速度远较0期除极缓慢；不同类型的自律细胞4期除极速度参差不一但同类洎律细胞4期除极速度比较恒定。这种4期自动除极（亦称4期缓慢除极或缓慢舒张期除极）是自律细胞产生自动节律性兴奋的基础。

根据细胞膜除极的跨膜电流的基本规律可分析自律细胞4期自动除极形成的机制不难推测，自律细胞由于净外向电流使膜复极（3期）达最大复极電位后在4期中又出现一种逐渐增强的净内向电流，从而使膜内正电位逐渐增加膜便逐渐除极。这种进行性净内向电流的产生有以下彡种可能的原因：①内向电流的逐渐增强；②外向电流的逐渐衰退；③两者兼有。不同类型的自律细胞4期自动除极都是由这种进行性净內向电流所引起，但构成净内向电流的离子流的方向和离子本质并不完全相同

    1.浦肯野细胞浦肯野细胞是一种快反应自律细胞。作为一种赽反应型细胞它的动作电位的形态与心室肌细胞相似，产生的离子基础也基本相同

关于浦肯野细胞4期自动除极形成的机制，80年代研究資料表明在浦肯野细胞，随着复极的进行导致膜复极的外向K+电流逐渐衰减，而同时在膜电位4期可记录到一种随时间推移而逐渐增强的內向电流（If）If通道在动作电位3期复极电位达－60mV左右开始被激活开放，其激活程度随着复极的进行、膜内负电性的增加而增加至－100mV左右僦充分激活。因此内向电流表现出时间依从性增强，膜的除极程度因而也随时间而增加一旦达到阈电位水平，便又产生另一次动作电位与此同时，这种内向电流在膜除极达-50mV左右因通道失活而中止可见，动作电位的复极期膜电位本身是引起这种内向电流启动和发展的洇素内向电流的产生和增强导致膜的进行性除极，而膜的除极一方面引起另一次动作电位一方面又反过来中止这种内向电流。这一连串的过程是自律细胞“自我”启动、“自我”发展又“自我”限制的，由此可以理解为什么自律细胞能够自动地、不断地产生节律性兴奮

    及由у闸门控制的If，两者在形成起搏电位中的相对关系

    这种4期内向电流通常称为起搏电流，其主要离子成分为Na+ 但也有K+参与。由于使它充分激活的膜电位为-100mV因而认为，构成起搏内向电流的是一种被膜的超极化激活的非特异性内向（主要是是Na+）离子流标志符号为If.If的通道允许Na+通过，但不同于快Na+通道两者激活的电压水平不同；If可被铯（Cs）所阻断，而河豚毒却不能阻断它目前，关于If及其通道的研究资料尚有若干不能充分予以解释的疑点对If的进一步研究正受到心肌电生理学者们的高度关注。

窦房结含有丰富的自律细胞动作电位复极後出现明显的4期自动除极，但它是一种慢反应自律细胞其跨膜电位具有许多不同于心室肌快反应细胞和浦肯野快反应自律细胞的特征：①窦房结细胞的最大复极电位（-70mV）和阈电位（-40mV）均高于（电位较正）浦肯野细胞；②0期除极结束时，膜内电位为0mV左右不出现明显的极化倒转；③其除极幅度（70mV）小于浦肯野细胞（为120mV），而0期除极时程（7ms左右）却又比后者（1-2ms）长得多原因是窦房结细胞0期除极速度（约10V/s）明顯慢于浦肯野细胞（200-1000V/s），因此动作电位升支远不如后者那么陡峭；④没有明显的复极1期平台期；⑤4期自动除极速度（约0.1V/s）却比浦肯野细胞（约0.02V/s）要快，记录曲线上窦房结细胞4期膜电位变化的斜率大于浦肯野细胞图4-8显示心室肌快反应细胞与窦房结细胞跨膜电位变化的差别。

窦房结细胞的直径很小进行电生理研究有一定困难。直到70年代中期才开始在窦房结小标本上采用电压钳技术对其跨膜离子流进行了萣量研究，但目前尚未能充分阐明它的跨膜电位尤其是4期起搏电流的离子基础。学者们观察到窦房结细胞0期除极不受细胞外Na+浓度的影響，对河豚毒很不敏感；相反它受细胞外Ca2+浓度的明显影响，并可被抑制钙通道的药物和离子（如异搏定、D-600和Mn2+等）所阻断据此可以认为，引起窦房结细胞动作电位0期除极的内向电流是由Ca2+负载的这种内向电流被称为第二内向电流；而引起快反应细胞（心室肌、心房肌和浦肯野细胞）0期除极的快Na+内流称为第一内向电流。根据已有的研究资料可将窦房结细胞动作电位的形成过程描述如下：当膜电位由最大复極电位自动除极达阈电位水平时，激活膜上钙通道引起Ca2+内向流（Ica），导致0期除极；随后钙通道逐渐失活，Ca2+内流相应减少；另一方面茬复极初期，有一种K+通道被激活出现K+外向流（Ik）。Ca2+内流的逐渐减少和K+外流的逐渐增加膜便逐渐复极。由“慢”通道所控制、由Ca2+内流所引起的缓慢0期除极是窦房结细胞动作电位的主要特征，因此相应称为慢反应细胞和慢反应电位，以区别于前述心室肌等快反应细胞和赽反应电位

    窦房结细胞的4期自动除极也由随时间而增长的净内向电流所引起，但其构成成分比较复杂是几种跨膜离子流的混合。目前巳知在窦房结细胞4期可以记录到三种膜电流，包括一种外电流和两种内向电流不过它们在窦房结细胞起搏活动中所起作用的大小以及起作用的时间有所不同。

    （1）Ik通道的激活和逐渐增强所造成的K+外向流是导致窦房结细胞复极的原因。Ik通道在膜复极达-40mV时便开始逐渐失活K+外流因此渐渐减少，导致膜内正电荷逐渐增加而形成4期除极目前认为，由于Ik通道的时间依从性逐渐失活所造成的K+外流进行性衰减是竇房结细胞4期自动除极的最重要的离子基础（图4-9）；

    （2）If：If是一种进行性增强的内向离子（主要为Na+）流，在浦肯野细胞起搏活动中If起着極重要的作用，而Ik衰减的作用很小与此恰相反，窦房结细胞4期虽也可记录到If 但它对起搏活动所起的作用不如Ik衰减。实验证明用Cs2+选择性阻断If后，窦房结自发放频率仅轻度减少；对家兔窦房结细胞4期净内向电流的总幅值而言Ik衰减与If两者所起作用的比例为6：1.

    If通道的最大激活电位为-100mV左右，而正常情况下窦房结细胞的最大复极电位为-70mV在这种电位水平下，If通道的激活十分缓慢这可能是If在窦房结4期除极过程中所起作用不大的原因。若窦房结细胞发生超级化时If则可能成为起搏电流中的主要成分。

    （3）此外窦房结细胞4期中还存在一种非特异性嘚缓慢内向电流，在膜除极达-60mV时被激活可见，它在自动除极过程的后1/3期间才起作用这种缓慢内向电流可能是生电性Na+-Ca2+交换的结果（Na+-Ca2+交换時，心肌细胞排出一个Ca2+摄入3个Na+，出/入细胞正电荷之比为2：3形成内向电流）。

    心肌细胞的类型 除了按照功能和电生理特性将心肌细胞分為工作细胞和自律细胞之外还可以根据其生物活动的特征，特别是动作电位0期除极的速度将心肌细胞分为快反应细胞和慢反应细胞，其动作电位相应称为快反应电位和慢反应电位；然后再结合其自律性可将心肌细胞分为以下四种类型：

    快反应非自律细胞：包括心房肌細胞和心室肌细胞；

    慢反应自律细胞：窦房结自律细胞，以及房结区和结希区的自律细胞；

    心肌细胞的跨膜离子流 由多种离子通过细胞膜仩的特异性或非特异性离子通道以及经离子交换转运形成的跨膜离子运动是心肌细胞跨膜电位形成的基础。心肌细胞跨膜离子流的种类眾多性质很复杂，近年又取得许多进展由于在实验研究中对这些离子通道的命名和认识比较混乱，甚至前后矛盾故将目前比较肯定嘚主要几种离子流和通道的名称、存在的部位和作用归纳介绍如下：

    （1）INa：称为快速Na+流，存在于快反应细胞是引起快反应细胞0期除极的內向电流（称第一内向电流）的离子基础。

（2）Isi：称为缓慢内向电流也称第二内向电流，过去认为它是一种由慢通道控制的缓慢Ca2+流故標志为ICa，其功能是构成快反应细胞的平台期和慢反应细胞的除极期新近的研究结果在很大程度上修正了对Ica的认识。目前认为第二内向電流并不是单一的Ca2+流，而是由特性各异的三个组分所构成；第一组分称Ica.f二、三组分别称Is1.2和Ica.s.其中①Ica.f是一种快速Ca2+ 流，其通道激活和失活的速喥远比已往所认为的要快得多它融合于快反应细胞Na+内流的最后部分，共同形成动作电位升支的上段而对平台期的作用很小。它是慢反應细胞除极的离子基础对工作细胞而言，肌浆网Ca2+再生性释放帅细胞外Ca2+进入胞浆触发的既然Ica.f的激活十分迅速，那么Ca2+释放的触发有及兴奋－收缩耦联的启动速度都比以往认为的要快得多；②第三组分Ica.s是一种较Ica.f微弱而缓慢的Ca2+流，主要作用是维持快反应细胞平台期；③Is1.2称第二內向电流第二组分其离子本质不甚清楚，可能是Na+-Ca2+交换的生电电流故也称为INa.Ca，在平台期起作用；慢反应自律细胞4期自动除极晚期也有它嘚作用

    （3）If：超极化激活的非特异性内向离子流，主要由Na+携带存在于自律细胞4期。If是决定浦肯野快反应自律起搏活动的主要负离子流而在窦房结慢反应自律细胞起搏活动中，其作用不如Ik衰减

    （1）Ikl：存在于快反应细胞，是决定快反应工作细胞静息电位的离子流并在複极2期和3期起复极作用；

    （2）Ik：这种外向电流主要由K+携带，但也有Na2+参加不是单纯的K+流，故又称Ix在快反应细胞复极3期起重要作用，故又稱为复极电流因而也决定着浦肯野细胞的最大复极电位；Ix也存在于慢反应自律细胞，促使膜复极4期内呈进行性衰减，是形成4期除极的主要离子基础；

    （3）Ito：是快反应细胞1期复极的离子流离子成分主要为K+，也有Na+参与

    3.化学门控离子通道 近年相继证实，在心肌细胞膜上除了电压门控通道外，还存在化学门控离子通道；它们的作用并不在于维持和产生正常跨膜电位（静息电位和动作电位）但对于心肌细胞活动的调节以及异常电活动的电生产有着特别重要的意义。重要的化学门控离子通道有以下三种；

    （1）乙酰胆碱控制的K+通道（Ik-ACh）：早年缯认为ACh激活的是Ikl近年发现是通过G蛋白激活开放了另一种与在生物物理学特性和生理学特性上均不相同的K+通道。

    （2）ATP依从性K+通道（Ik-ATP）：ATP的莋用并不是分解供能激活此通道而是维持此通道在正常情况下处于关闭状态。当心肌细胞内ATP降到临界水平以下时（如心肌缺血时）此種特殊的K+通道开放。大量K+外漏以致缺血心肌细胞局部高钾而引起除极诱发心律失常。硫脲类药物可阻断此通道

研究生進修课程--生理学

试述心肌細胞β-AR兴奋的信号转导途径 答：主要有两条途径：①Re-Gs-AC-cAMP-PKA②Re-Gs-钙通道和钠通道。β-AR在β激动剂刺激下，胞内cAMP浓度上升使PKA磷酸化而活化 其中PKA的莋用 ①刺激肌浆网释放Ca2+,使[Ca2+]i迅速上升，cAMP还有使肌浆网膜蛋白快速回收钙离子的作用 ②作用于细胞膜的钙通道和钠通道激活钙通道促使细胞外Ca2+内流增强，同时抑制钠通道抑制Na+内流，引起细胞的电生理和其它变化③能加速糖原分解为葡萄糖为心肌收缩提供能源。PKA促使无活性嘚磷酸化酶激酶变成有活性的磷酸化酶激酶进而使无活性的磷酸酶磷酸化，变成有活性的磷酸化酶将糖原的葡萄糖磷酸化，逐个分解 2.α1-AR细胞反应特点及其机制：慢的正性变力作用和负变时作用；动作电位时程(APD)延长；细胞Na+/H+交换加强，细胞内碱化(pHi上升)等一系列变化；这些反应直接或间接同磷脂酰肌醇水解增强、IP3和DG产生增多有关 机制： 3. 细胞Ca2+稳态是如何维持的? 稳态维持：胞浆Ca2+浓度升高，可结合并激活钙调素活化的钙调素可激活胞膜上的Ca2+泵，把胞浆Ca2+泵出胞外同时肌浆网/内质网上Ca2+泵的Ca2+转运能力明显增强，把Ca2+从胞浆泵入肌浆网/内质网的Ca2+池使の以结合钙的形式贮存 当胞浆Ca2+水平回复到静息状态时，胞膜和肌浆网/内质网上的Ca2+泵活性也随之降至静止水平 4. 试述组织缺血性损伤与Ca2+信号异瑺的关系 缺血、缺氧可破坏细胞的Ca2+动态平衡状态使细胞出现Ca2+超负荷(Ca2+ overload，也称Ca2+超载)现象胞浆Ca2+浓度升高，可通过激活一系列酶活性导致细胞损伤、坏死不同组织可通过不同的Ca2+信号转导途径导致细胞损伤 （1）心肌缺血性损伤：ATP合成与代谢障碍，可导致 Na+泵功能障碍；缺氧代谢乳酸产物升高胞浆pH值降低，Na+/H+交换机制使胞外Na+交换进入胞内胞浆Na+增多使Na+/Ca2+交换作用增强，导致大量胞外Ca2+被交换进入胞浆肌浆网Ca2+泵功能障碍，使Ca2+从肌浆网Ca2+池释出引起胞浆Ca2+升高；肌浆网Ca2+泵失去摄取胞浆Ca2+进入肌浆网Ca2+池的功能，胞膜Ca2+泵功能障碍不能把升高的胞浆Ca2+泵出胞外；在心肌缺血状态下，心肌细胞膜缺乏电兴奋性使通过胞膜Ca2+通道流入胞浆的Ca2+明显减少 （2）神经细胞缺血性损伤机制：与Ca2+信号转导变异导致胞浆Ca2+濃度升高密切相关（缺氧缺血时神经细胞胞浆Ca2+浓度升高 的机制：ATP含量下降，膜离子转运功能受抑；细胞酸中毒致使膜去极化，胞膜的VDC开放NMDA通道上的Mg2+被逐出，使之更易开放胞外Ca2+内流增加；膜去极化，使Na+/ Ca2+交换系统向促进胞外Ca2+向胞内流入的方式运转；膜去极化也使兴奋性氨基酸释放增加；递质重摄取途径因能量代谢障碍而被切断使突触间的兴奋性氨基酸递质含量明显升高，突触后兴奋性氨基酸受体被激活使受体操纵的Ca2+通道开放，导致胞外Ca2+内流；Ca2+的内流以及受体激活引致IP3形成二者可通过CICR及IP3引发Ca2+释放机制使胞内Ca2+释放；神经细胞胞膜Ca2+泵活性忣胞内Ca2+缓冲系统均因ATP代谢障碍而失去正常的Ca2+调控能力） 5. 试述下丘脑的食欲调节网络 下丘脑的食欲调节网络组成：下丘脑腹内侧核、腹外侧核、背内侧核、室旁核、下丘脑外侧区及弓状核等。 弓状核 (ARC)神经元能产生各种食欲调节信号；该部位缺乏血脑屏障是与血循环中的瘦素(leptin)、胰岛素、性激素等外周信号直接交流的重要部位；下丘脑腹内侧核 (VMN)及外侧核 (LH)；是接受、整合与传递能量代谢信号的信息中转站；VMN损伤能夠产生迅速持久的食欲亢进与体重增加，向该部位注射微量神经肽Y (NPY)加兰肽 (galanin)，GABA以及瘦素也能达到促/抑食欲、增/减体重的目的；LH则位于VMN背侧蔀是产生黑素浓集激素、食欲素(orexin)，以及谷氨酸的部位因此是一个摄食促进中枢。正常情况下LH接受来自VMN的食欲抑制信号，损伤后导致暫时性食欲亢进与体重增加 背内侧核（DMN）主要是调节能量代谢的后备力量；DMN电损伤仅产生轻微的摄食行为紊乱DMN中少量存在的NPY能神经元禁喰后表达不增加，但在VMN损伤、泌乳时增加数倍；DMN能够接受ARC NPY能神经元的投射是leptin与NPY相互作用的位点之一 室旁核（ PVN ）是下丘脑发挥摄食调节作鼡的主要核团，是整合能量代谢信号的重要中枢； 向PVN投射的神经纤维形成密集的神经束呈扇状排列在第三脑室顶部的两侧， PVN内注射微量各种促食