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生理学第一二章
生理学
第一章 绪论
生理学 是研究生物体及其各组成部分正常功能活动规律的一门学科。
任务 阐明机体的功能及相应调节。
（一）内环境及稳态

内环境 细胞生活的液体环境即细胞外液。
稳态 内环境的理化性质，如温度、pH、渗透压和各种液体成分等的相对恒定状态。
稳态的维持需要全身各系统和器官的共同参及和相互协调。
（二）机体生理功能的调节

负反馈
前馈
对偏差的纠正
出现偏差后才进行纠正
对可能出现的偏差提早进行纠正
受控部分的波动
大
小
调控速度
慢
快
缺点
波动性和滞后性
有可能失误
生理意义
维持稳态
使机体活动更准确，更有预见性
正反馈意义：使某些生理功能在短时间内迅速完成，不可逆。

负反馈：受控部分发出的反馈信息调整控制部分的活动，最终使受控部分的活动朝着及它原先活动相反的方向改变。 （调定点）
正反馈：受控部分发出的反馈信息促进或加强控制部分的活动，最终使受控部分的活动朝着及它原先活动相同的方向改变。
前馈：受控部分在反馈信息尚未到达前以受到纠正信息（前馈信息）的影响，及时纠正其指令可能出现的偏差。

第二章 细胞的基本功能
一、细胞膜的物质转运功能
（一）细胞膜的分子结构

液态镶嵌模型：液态脂质双层构成膜的基架，不同结构和功能的蛋白质镶嵌于其中，糖类分子及脂质、蛋白质结合后附在膜的表面。
1.膜脂质
（1）脂质双分子层排列----脂质的双嗜性
（2）膜脂质可因温度的改变而呈凝胶或溶胶的状态，正常人的体温下为溶胶状态，具有一
定程度的流动性。
质膜的流动性及温度、膜脂质的成分、膜蛋白的含量有关。
胆固醇越多，脂肪酸烃链越长，饱和脂肪酸越多，镶嵌的蛋白质含量越多，膜流动性越低。
2.膜蛋白----细胞膜的功能主要是通过膜蛋白来实现的。
（1）表面蛋白：静电引力----脂质 高盐溶液可用于表面蛋白从膜中的洗脱。
离子键----整合蛋白 （结合力较弱）
（2）整合蛋白：及物质跨膜转运功能和受体功能有关的蛋白都属于整合蛋白，如：载体、通道、离子泵、G蛋白耦联受体。
可根据肽链中所含的有足够长度的疏水性片段的数目来推测整合蛋白中跨膜α螺旋的可能数目。
整合蛋白及脂质分子结合紧密，在膜蛋白纯化过程中可用两性洗涤剂使之及脂质分离。
（3）各种功能蛋白质分子在质膜中的位置分布存在着区域特性，这及细胞完成其特殊功能有关。
3.糖类
寡糖和多糖链以共价键的形式及膜蛋白或膜脂质结合而形成糖蛋白或糖脂。可作为一种分子标记发挥受体或抗原的作用。

（二）跨细胞膜的物质转运
1.单纯扩散
（1）没有生物学的机制参及，无需代谢耗能。
（2）单纯扩散转运的物质都是脂溶性（非极性）物质或少数不带电荷的极性小分子。
（3）影响因素：膜两侧的浓度差、膜对该物质的通透性
2.易化扩散
（1）经通道易化扩散
a.在通道蛋白的介导下，顺电-化学梯度跨膜转运，速度106--108。
b.离子选择性
取决于孔道的口径、内壁的化学结构和带电状况。
根据选择性可将通道分为钠通道、钙通道、钾通道、氯通道、非选择性阳离子通道。
c.门控特性
电压门控通道：神经细胞轴突膜中的电压门控钠通道
化学门控通道：N2型乙酰胆碱受体阳离子通道
机械门控通道：耳蜗毛细胞膜中的机械门控钾通道
（2）经载体易化扩散
在载体蛋白介导下顺浓度梯度进行的跨膜转运，如：血液中的葡萄糖进入红细胞。
3.主动转运
（1）原发性主动转运（离子泵）
a.钠-钾泵：3个Na+移出胞外，2个K+移入胞内
意义：①造成细胞内高K+：胞质内代谢反应所必需
②维持胞内低Na+：维持胞内渗透压及细胞容积。
③Na+跨浓度梯度为继发性主动转运提供势能储备。
④钠泵活动形成的Na+和K+跨膜浓度梯度是细胞发生电活动的基础。
⑤钠泵活动的生电效应可直接使膜内电位的负值增大。
b.钙泵：质膜钙ATP酶
（2）继发性主动转运
a.同向转运：Na+-葡萄糖同向转运体（小肠粘膜、肾小管上皮）
Na+-氨基酸同向转运体（小肠粘膜）
Na+-K+-2Cl-同向转运、Na+-HCO3-同向转运（肾小管上皮）
Na+-I-同向转运（甲状腺上皮细胞）
b.反向转运：Na+-Ca2+交换体
Na+-H+交换体
4.膜泡运输

二、细胞的信号转导
（一）概述
1.概念 跨膜信号转导：生物活性物质（激素、神经递质、细胞因子）通过受体或离子通道的作用而激活或抑制细胞功能的过程，即生物信号从细胞外转入细胞内的过程。
2.生理意义 细胞和分子水平的功能调节
3.信号转导的主要通路----受体、配体

（二）离子通道型受体介导的信号转导
离子通道型受体：化学门控通道、电压门控通道、机械门控通道
（三）G蛋白耦联受体介导的信号转导----促代谢型受体
1.信号蛋白和第二信使

AC 腺苷酸环化酶
PLC 磷脂酶C
PLA2 磷脂酶A2
PDE 磷酸二脂酶
cAMP 环-磷酸腺苷
IP3 三磷酸肌醇
DG 二酰甘油
cGMP 环-磷酸鸟苷
PKA 蛋白激酶A
PKC 蛋白激酶C
2.主要的信号转导通路
（1）受体-G蛋白-AC-cAMP-PKA通路

a.PKA在肝细胞激活磷酸化酶激酶而促进肝糖原分解。
b.在心肌细胞使钙通道磷酸化而增强心肌收缩。
c.在海马锥体细胞抑制Ca2+激活的钾通道而使细胞去极化。
（2）受体-G蛋白-PLC-IP3-Ca2+和DG-PKC通路

（3）Ca2+信号系统
a.来源：IP3触发从胞内钙库释放进胞质的Ca2+
经细胞膜中电压门控或化学门控通道由胞外进入胞内的Ca2+
b.作用：作为带电离子可影响膜电位直接改变细胞的功能。
作为第二信使，通过及胞内多种底物蛋白相结合而发挥作用，参及多种胞内信号转导过程。
（四）酶联型受体介导的信号转导
受体分子的特点
1.只有一个跨膜区段
2.胞外结构域含有可结合配体的部位。
3.胞内结构域具有酶的活性或含能及酶结合的位点。
主要类型
1.酪氨酸激酶受体（TKR）
2.酪氨酸激酶结合型受体（TKAR）
3.鸟苷酸环化酶受体
4.丝氨酸/苏氨酸激酶受体
1. 酪氨酸激酶受体及酪氨酸激酶结合型受体
TKR----配体：生长因子（表皮、血小板源、成纤维细胞、肝细胞）和胰岛素
TKAR----配体：生长因子和部分肽类激素（促红细胞生成素、干扰素、白细胞介素、生长激素、催乳素、瘦素）
及G蛋白耦联受体相比，TKR及TKAR介导的信号转导通路较便捷，但产生效应也较缓慢，通过级联反应、对基因表达进行调控产生效应，这些慢效应主要涉及：细胞的代谢、生长、增值、分化、存活等过程。
2.鸟苷酸环化酶受体（GC）

3.丝氨酸/苏氨酸激酶受体----转化生长因子-β受体（TGF-β）
（五）招募型受体介导的信号转导
主要调控造血细胞及免疫细胞的功能。
（六）核受体介导的信号转导
三、细胞的电活动

（一）静息电位（RP）
1.测定和概念
静息电位：细胞在安静状态下，存在于膜内外两侧的电位差。为负值，范围在-10~-100之间。
特点：a.膜内电位比膜外电位低。
b.是一种稳定的直流电位。

2.产生机制

（1）细胞膜两侧离子的浓度差及平衡电位

（2）安静时细胞膜对离子的相对通透性
细胞膜的静息电位应当是根据膜对K+和Na+的通透性将K+平衡电位和Na+平衡电位赋予一定权重后的代数和。
（3）钠泵的生电作用
钠泵活动愈强，细胞内电位的负值就愈大。
影响因素：细胞外液K+浓度
膜对K+和Na+的相对通透性
钠泵活动水平
（二）动作电位（AP）
1.概念和特点
AP：是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波动。
特点：a. “全或无”现象 b.不衰减传播 c.脉冲式发放（有不应期）

2.产生机制（电-化学驱动力、细胞膜通透性）

（1）电-化学驱动力及其变化
(Em-Ex) 膜电位-某种离子的平衡电位-----正号为外向，负号为内向
神经纤维，骨骼肌细胞未受到刺激时，Na+内向驱动力>K+外向驱动力
神经纤维，骨骼肌细胞反极化时，K+外向驱动力> Na+内向驱动力
（2）动作电位期间细胞膜通透性的变化
a.电压钳技术及膜电导的测定----记录宏膜电流
膜对离子的通透性可用膜电导（Gx）（膜电阻的倒数）表示 Gx=Ix/(Em-Ex)
电压钳技术可使膜电位Em被钳制（固定）于任意水平，使电-化学驱动力恒定，从而使通过测定某种离子膜电流的变化来反应其膜电导变化成为可能。
b.钠电导和钾电导的变化

研究膜电导对电压和时间的依赖性
GNa表现为快速一过性激活，GK在GNa失活时逐渐激活。
c.膜电导改变的实质：即膜对离子通透性变化的实质是膜中离子通道的开放和关闭。
膜片钳技术：单通道电流
全细胞电流的变化及单通道开放的数量、通道的开放概率和单通道的电导都有关。
d.离子通道的功能状态

K+离子通道，只有一个激活门（n门），延迟激活。
3.动作电位的触发
（1）阈刺激
a.刺激量的三个参数：刺激的强度、刺激的持续时间、刺激强度-时间变化率
b.能使细胞产生动作电位的最小刺激强度，称为阈强度
c.相当于阈强度的刺激称为阈刺激。（阈上刺激、阈下刺激）
d.有效刺激（阈刺激、阈上刺激）能使细胞产生动作电位的刺激。
（2）阈电位
a.能触发动作电位的膜电位临界值称为阈电位。
b.动作电位的幅度及速度取决于钠通道的性状和离子所受到的电-化学驱动力大小，及刺激强度无关。
4.动作电位的传播
（1）动作电位在同一细胞上的传播（传导）
局部电流学说：兴奋区及未兴奋区形成局部电流，使未兴奋区发生去极化，而成为下一个兴奋区。（顺序发生）
有髓神经纤维：郎飞结----跳跃式传导（快、节约能量）
（2）动作电位在细胞之间的传播
缝隙连接：使某些同类细胞发生同步化活动。（心肌细胞、子宫平滑肌）
电突触：神经细胞----传播速度快，双向传播
5.兴奋性及其变化
（1）兴奋性
是指机体的组织或细胞接受刺激后发生反应的能力或特性。
可兴奋细胞----兴奋性指细胞接受刺激后产生动作电位的能力。可用刺激的阈值大小来衡量：阈值愈小，兴奋性就愈高。
（2）细胞兴奋后兴奋性的变化（兴奋性将出现一系列周期性变化）
a.绝对不应期：阈值无限大，大部分钠通道已进入失活状态，峰电位发生时期。峰电位的最高频率也受限于绝对不应期的长短。
b.相对不应期：刺激强度必须大于原来的阈值。负后电位前半时段。
c.超常期：兴奋性轻度增高的时期。负后电位的后半时段。
d.低常期：兴奋性轻度降低的时期。正后电位时段。
（三）电紧张电位和局部电位
1.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，称为被动电学特性，包括：静息状态下的膜电容、膜电阻、轴向电阻。
a.膜电容 形成静息电位或产生动作电位只需少量离子跨膜移动即可达到一定的膜电位水平，而不会明显扰乱膜两侧的离子浓度梯度。
b.膜电阻 及膜电导互为倒数，反应膜对离子的通透性。
c.轴向电阻 直径越小、轴向延伸的距离越长，轴向电阻就越大。
由于质膜兼有电容和电阻的特性，因此可用并联的阻容耦合电路来描述其电学特性。
2.电紧张电位
这种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称为电紧张电位。

a.电紧张电位的扩布范围和生成速度

b.电紧张电位的极性
电紧张电位可因细胞内注射电流性质不同而表现为去极化电紧张电位和超极化电紧张电位。
C.电紧张电位的特征 电紧张电位完全由质膜和胞质固有的被动电学特性所决定，其产生没有离子通道的激活和膜电导的改变。
特征：等级性电位、衰减性传导、电位可融合
3.局部电位
细胞膜可出现部分离子通道开放，形成由细胞膜主动特性参及的去极化或超极化反应。
超极化刺激引起的电位改变完全是基于膜被动特性的电紧张电位。
由少量钠通道激活而产生的去极化膜电位波动属于局部电位或局部反应（局部兴奋）。
特性：等级性电位、衰减性传导、没有不应期
局部电位不仅发生在可兴奋细胞，也可见于其他不能产生动作电位的细胞。
四、肌细胞的收缩

（一）横纹肌
1.骨骼肌神经-肌接头处的兴奋传递
（1）骨骼肌神经-肌接头的结构特征
接头前膜：运动神经轴突末梢膜的一部分。
接头间隙
接头后膜：及接头前膜相对的骨骼肌细胞膜，呈向内凹陷的浅槽。（终板膜）
（2）骨骼肌神经-肌接头处的兴奋传递过程
电-化学-电传递：
-----动神经纤维末梢的动作电位，接头前膜去极化
-----电压门控钙通道开放，使Ca2+内流
-----触发接头前膜Ca2+依赖性突触囊泡出泡
-----释放Ach至接头间隙----ACh被乙酰胆碱酯酶迅速分解
-----Ach激活终板膜中的N2型Ach受体阳离子通道
-----Na+的净内流，使终板膜发生去极化，产生终板电位（EPP）局部电位
-----激活普通肌膜中的电压门控钠通道开放，引起去极化，爆发动作电位。
a.ACh释放特点：Ca2+依赖性、量子式释放、微终板电位（MEPP）
2.横纹肌细胞的结构特征----肌原纤维+肌管系统
（1）肌原纤维和肌节
暗带 粗肌丝 1.6μm
细肌丝 1.0μm（及Z线相连）
安静时，肌节长度为2.0-2.2μm
肌节长度的最大变动范围1.6-3.6μm
（2）肌管系统----是兴奋-收缩耦联的关键部位

3.横纹肌细胞的收缩机制-----肌丝滑行理论
（1）肌丝的分子结构
粗肌丝：由肌球蛋白组成----有一个杆部和两个球形的头部。
----头部连同及它相连的一小段称为“桥臂”，向外伸出而形成横桥。
横桥的特性：a.具有ATP酶活性 b.能及肌动蛋白可逆性结合
细肌丝：肌动蛋白+原肌球蛋白+肌钙蛋白 7:1:1
肌动蛋白：球形分子，构成主干。肌动蛋白上有能及粗肌丝横桥结合的位点。
原肌球蛋白：长杆状，位于肌动蛋白双螺旋的浅沟旁。肌肉处于舒张状态时，原肌球蛋白所在位置恰好能掩盖肌动蛋白分子上的横桥结合位点。
肌钙蛋白：以一定间距出现在原肌球蛋白的双螺旋结构上。
肌钙蛋白T（TnT）：及原肌球蛋白结合
肌钙蛋白I（TnI）：及肌动蛋白结合
肌钙蛋白C（TnC）：Ca2+结合位点，结合4个Ca2+
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
（2）肌丝滑行的过程
横桥周期：是指肌球蛋白的横桥及肌动蛋白结合、扭动、复位的过程。
a.胞质中Ca2+浓度升高，Ca2+及肌钙蛋白结合，原肌球蛋白发生移位，横桥及肌动蛋白上的结合位点结合。
b.横桥的构象发生改变，使头部向桥臂方向扭动45°，拖动细肌丝向M线方向滑行。同时，及横桥结合的ADP和无机磷酸被解离。
c.横桥及ATP结合，导致横桥及肌动蛋白的亲和力降低而分离，分解的横桥分解ATP而使横桥复位。
d.在舒张状态下，横桥及ADP和无机磷酸结合，横桥及细肌丝保持垂直。
4.横纹肌细胞的兴奋-收缩耦联
横纹肌细胞产生动作电位的电兴奋过程----肌丝滑行的机械收缩 将其联系起来的中介过程
耦联因子：Ca2+
结构基础：骨骼肌---三联管 心肌-----二联管

（1）横纹肌细胞的电兴奋过程
骨骼肌细胞的动作电位是在-90mV的静息电位基础上产生的，及神经细胞动作电位相似。
心肌细胞动作电位依细胞类型不同而异。
（2）兴奋-收缩耦联的基本步骤
a.肌膜上的动作电位传导到T管膜，并激活T管膜和肌膜上的L型钙通道。
b.在骨骼肌，L型钙通道开放，构象发生改变，产生“拔塞”样作用，使JSR膜中的钙释放通道开放。
在心肌，L型钙通道激活，少量Ca2+内流，及JSR膜中的钙结合位点结合，再引起JSR膜中的钙释放通道开放，即钙触发钙释放（CICR）。
c.Ca2+触发肌肉收缩。
e.LSR回收Ca2+。胞质内Ca2+浓度升高将激活LSR膜中的钙泵。

5.影响骨骼肌收缩效能的因素
肌肉收缩效能：是指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。
根据肌肉收缩的这些外在表现，可将肌肉分为：
等长收缩：肌肉收缩时长度保持不变而只有张力增加。
等张收缩：肌肉收缩时张力保持不变而只发生肌肉缩短。
最常见的收缩形式：先等长收缩，后等张收缩。
影响因素：前负荷、后负荷、肌肉收缩能力、收缩的总和
（1）前负荷（长度-张力关系曲线）
a.前负荷是指肌肉收缩前所承受的负荷，决定肌肉收缩前的长度即初长度。
b.肌肉因受到牵拉而弹性回位的张力属于被动张力。
c.主动张力最大时对应的初长度为最适初长度，此时的肌节长度为2.0-2.2μm。----横桥利用率最高，肌丝间的相互关系也最适合于横桥的活动。
（2）后负荷（张力-速度关系曲线）
a.后负荷在理论上为0时，肌肉收缩产生的张力为0，而缩短速度却达到最大（最大缩短速度），肌肉收缩为等张收缩。
b.随着后负荷的增大，收缩张力增加，但肌肉开始缩短的时间推迟，肌肉缩短的程度和速度也减小，肌肉收缩为先等长收缩后等张收缩。
c.当后负荷增加到使肌肉不能收缩时，缩短速度为0，而肌肉产生的张力却达到最大（最大收缩张力），肌肉收缩为等长收缩。
（3）肌肉收缩能力
a.肌肉收缩能力是影响肌肉收缩效能的内在特性，可看作是除及前后负荷相关因素外肌肉内在结构和功能特性的总和。
b.肌肉收缩能力提高可制长度-张力关系曲线上移、张力-速度关系曲线右上移。
（4）收缩的总和
是指肌细胞收缩产生的叠加特性，是骨骼肌快速调节其收缩效能的主要方式
空间总和形式称为多纤维总和，时间总和形式称为频率总和。
a.多纤维总和
骨骼肌都以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为基本单元进行收缩。
运动单位有大小之分，且大小相差很大。
骨骼肌调节收缩强度的方式称为大小原则，收缩时先小后大，舒张时先大后小。
b.频率总和
运动神经通过改变冲动发放频率调节骨骼肌收缩形式和效能的一种方式。
单收缩：每次动作电位之后出现一次完整的收缩和舒张过程。
不完全强直收缩：若后一次收缩过程叠加在前一次收缩过程的舒张期，所产生的收缩总和。
完全强直收缩：若后一次收缩过程叠加在前一次收缩过程的收缩期，所产生的收缩总和。
骨骼肌的收缩几乎都以完全强直收缩的形式进行，即使在安静状态下，运动神经也经常发放较低频率的冲动，使骨骼肌进行一定程度的强直收缩，这种微弱而持续的收缩称为肌紧张。
（二）平滑肌
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