《电生理绪论.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电生理绪论.ppt（25页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、电生理学,佳木斯大学基础医学院 生理教研室 孟德欣,地球上几乎没有一种变化的发生而不同时显示出电的现象。恩格斯,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、诊断和评估疾病进程的重要手段。 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 。,第一节 电生理学概述,一、电生理学,电生理学就是研究有机体中的电现象和电流对机体作用的一门科学，是研究生理过程的一种重要手段，其重要性
2、在于能研究组织或细胞在极短时间内的变化过程。 生物电的变化并不是生理过程的全部变化（还包括化学变化、机械变化等）。因此，我们不能把所获得的资料孤立的研究，而要与其他资料综合起来，才会对生理过程有深入全面的了解。,二、电生理学发展简史,人类首次发现的生物电现象是某些鱼类的电器官的放电现象，如古埃及尼罗河中的一种猫鱼及地中海中的电瑶鱼。 1776年，John Walsh以光闪的形式展示了电器官的放电现象，这标志着电生理学这门学科的创立。,1791年，意大利人Galvani首次报道，用金属弓触及蛙腿肌肉或刺激神经是可引起肌肉的收缩，并将这一现象解释为“animal electricity”。 与Ga
3、lvani同时代的物理学家Volta不同意这种看法，他认为是两块金属弓的两端之间产生了电位差，由此产生的电传递给肌肉所致。Volta 电池。,1837年，意大利物理学教授 Matteucci C第一次直接测量到生物体内存在生物电。 1843年，法国Du Bois Raymond 首先描述了神经的静息电位；并于1848年又发现了神经活动期间也有电位的波动现象，即动作电位。 1850年，von Helmhotz 测定了神经传导速度（蛙为2030m/s）。,关于生物电现象的理论方面 1879年，Hermann提出了变质学说组织未损伤时，内部不存在电位差，电流是在组织损伤的时候产生的，损伤部位与正常部
4、位之间存在着电位差。 1902年，Bernstein提出了生物电产生的膜学说神经或肌肉的细胞膜只对K+离子有特殊的通透性，而对其他离子均无通透性，并设想当神经或肌肉发生兴奋而传导时，细胞膜的选择性暂时消失，用来解释动作电位的产生。 （1890年，著名化学家Ostwald提出了膜通透性理论）,在单个神经元的机能及信息传递机制方面，英国的两位科学家Adrain和Sherrington作出了重大的贡献。Adrain对动作电位传导的许多问题进行了研究，并确定了动作电位“全或无”的特性。而Sherrington研究了不同神经元之间的相互作用，并首先建议用“synapse”一词来描写两个神经元之间的紧密接
5、触点。他们共同获得了1932年的诺贝尔医学-生理学奖。 随着科学技术的发展，特别是阴极射线示波器和电子管放大器的结合推动了电生理学的发展，这方面的代表是美国的科学家Gasser和Erlanger，他们观察并记录了神经的动作电位，并进一步研究了锋电位后的负后电位和正后电位。他们于1944年获得了诺贝尔医学-生理学奖。,随后微电极技术被用于进行细胞电生理学研究。在这方面有突出贡献的是英国的Hodgkin和Huxley以及美国的Cole等人。他们发展了膜学说，创立了离子学说。Cole和Marmont于1949年发明了电压钳技术，之后被Hodgkin、Huxley等加以改进。由于Hodgkin、Hux
6、ley和Eccles在神经细胞电生理学方面的贡献，1963年，他们共同获得了诺贝尔医学-生理学奖。 1976年，德国的两位年轻科学家Neher和Sakmann建立了膜片钳技术，首次记录到了单通道的离子电流。1991年，两人因他们的创造性工作和对生理学的突出贡献，获得了诺贝尔医学-生理学奖。 近几十年来，由于膜片钳技术的发展以及其与其他生物技术的综合，如脑片膜片钳、碳纤维电极的应用等，使我们对我们的机体特别是脑功能的了解更加深入。,19世纪后期，在研究许多生物电现象的基本规律之外，也开始进行具有临床实际意义的研究。 1805年，瑞典生理学家Holmgren发现，用光照射眼球，可引起眼球出现一系列
7、的电位波动，这就是最初的视网膜电图。 1876年，法国生理学家就发现心脏活动时伴有电反应，荷兰人Einthoven于90年代初发明了一种“弦线电流计”，可十分准确的描记心脏活动的电流变化，即“心电图”，并通过实验提出了标准导联、，迄今仍被临床应用。Einthoven于1924年获得了诺贝尔医学-生理学奖。,1875年，英国的生理学家Caton报道了其在暴露的兔和猴的脑表面观察到连续的电位波动，并与感觉刺激有关。但他的这个发现当时没有受到重视。其后有多位学者发现了这一现象。 脑电的实际价值在于它的临床应用，这方面的领先者是德国的精神病学医生Berger。1929年，Berger第一次公开发布了在
8、自己儿子头上记录到的人脑电图。并由他发现了癫痫病人的异常脑电图。,第二节 电生理学常用实验技术,一、细胞外记录,细胞外记录是把引导电极安放在神经组织的表面或附近引导神经组织的活动。由于活动部位的神经元产生去极化，未活动的部位处于正常极化状态，在容积导体中的两部位间电位不同，电流从一点流向另外一点。放置于细胞表面的电极就会记录出两者间的电位差。 主要仪器包括放大器、示波器；玻璃微电极和金属微电极都可作为细胞外记录的合适电极。,二、细胞内记录,记录膜电位时，须在膜的两侧各置一个电极形成一个环路，因此一个电极要插入细胞膜内，这种记录方法为细胞内记录。细胞内记录可准确测量膜电位的绝对值，还能测定兴奋性
9、突触后电位、抑制性突触后电位及动作电位。 细胞内记录法是研究神经元基本生物物理特性的有力手段。,三、电压钳技术,电压钳技术（voltage clamp technique）是Cole及其同事设计，后经Hodgkin和Huxley加以完善，并于1952年成功地应用于神经纤维动作电位的研究。 电压钳技术是利用反馈原理，通过一个反馈电路将膜电位在空间和时间上固定于某一恒定的测定值，以研究动作电位产生过程中的离子通透性与膜电位之间依从关系的技术。,原理：在细胞内插入电极V（用于测量细胞内电位）和I（用于注入电流），在某膜电位下，当有膜电流时，膜电位将改变。电极V用于测量膜电位，它与一个高阻抗源跟随器（
10、AV）相连，此跟随器的输出由电位计记录膜电位（Vm），并通过负反馈放大器（AFB）与信号发生器（SG）产生的指令电压（CP）比较，若有差别，则此差别被AFB放大并由AFB通过电极I注入细胞一电流，使Vm接近CP，直到相等。这样就实现了膜电位的恒定。而注入细胞的电流，通过电流监视器测得，此电流即反应在指令膜电位下，细胞的膜电流，其幅值相等，方向相反。,四、膜片钳技术,膜片钳(patch clamp)是Neher和Sakmann于1976年建立的，它利用一个玻璃微电极同时完成膜片（或全细胞）电位的监测、钳制和膜电流的记录，通过观测膜电流的变化来分析通道个体或群体的分子活动。,Micro,（一）工作原理,微电极与细胞膜接触，电极内给予负压后电极尖端边缘与膜之间形成高达109以上的高电阻封接，从而使电极尖端下的小片膜在电学上与周围细胞膜完全隔离，其电位受到钳制电流的控制。,（二）膜片钳记录的四种基本模式,细胞贴附式膜片 （cell attached patch） 内面向外膜片 （inside-out patch） 外面向外膜片 （outside-out patch） 全细胞记录 （whole cell recording）,（三）膜片钳技术应用新进展,碳纤电极与全细胞记录结合对细胞分泌活动的检测 脑片膜片钳,