生理学：细胞的基本功能(问答题)

252.细胞膜中的脂质双分子层为何有稳定性和流动性？其有何生理意义？

细胞膜中的脂质双分子层有稳定性和流动性是因为从热力学的角度分析，脂质双分子层包含的自由能最低，可以自动形成和维持，故最为稳定。另外，由于脂质的熔点较低,在体温条件下是液态的, 故脂质分子能在同一分子层中作横向运动，具有流动性。稳定性和流动性使细胞膜可以承受相当大的张力和外形改变而不致破裂，而且即使膜结构有时发生一些较小的断裂，也可以自动融合而修复，这对于维持正常细胞膜的结构和功能发挥着重要的作用。

253．举例说明细胞膜的各种物质转运形式。

细胞膜常见的跨膜物质转运形式有：（1）单纯扩散，如氧和二氧化碳等脂溶性小分子物质的转运。（2）经载体易化扩散，如葡萄糖、氨基酸等由载体介导的转运。（3）经通道易化扩散，如Na+、K-和Ca2+ 等由通道介导的转运，与单纯扩散一样，均是被动过程。（4）原发性主动转运，如钠泵能分解ATP使之释放能量，在消耗代谢能的情况下逆着浓度差把细胞内的Na+移出膜外，同时把细胞外的K+移入膜内的过程，是人体最重要的物质转运形式。（5）继发性主动转运，如肠上皮细胞、肾小管上皮细胞吸收葡萄糖等，与原发性主动转运不同的是这种物质转运不是直接利用分解ATP释放的能量，而是利用来自膜外Na+的高势能进行的。（6）出胞与入胞式物质转运，如内分泌细胞分泌激素、神经细胞分泌递质等，属于出胞；而上皮细胞、免疫细胞吞噬异物等属于入胞。出胞与入胞式物质转运均为耗能过程。

254．试比较单纯扩散和易化扩散的异同。

单纯扩散和易化扩散的相同之处是，均不需要外力帮助，也不消耗能量，是一被动过程；物质只能顺浓度差和电位差净移动。单纯扩散和易化扩散的不同之处为，单纯扩散仅限于脂溶性的小分子物质，是一种单纯的物理过程；易化扩散则是不溶于脂质或脂溶性很小的物质，借助膜蛋白的帮助进行的，可分为：（1）经通道易化扩散：如Na+、K+和Ca2+ 等，特点为：①高速度；②离子选择性；③门控。（2）经载体易化扩散：如葡萄糖、氨基酸等，特点为：①转运速率存在饱和现象；②载体与溶质的结合具有结构特异性；③结构相似的溶质经同一载体转运时有竞争性抑制。

255．试述钠泵的本质、作用和生理意义。

钠泵是镶嵌在膜的脂质双分子层中的一种特殊蛋白质分子，它本身具有ATP酶的活性，其本质是Na+-K+依赖式ATP酶的蛋白质。作用是能分解ATP使之释放能量，在消耗代谢能的情况下逆着浓度差把细胞内的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+的不均衡离子分布。其生理意义主要是：①钠泵活动造成的细胞内高K+是许多代谢反应进行的必要条件。②钠泵活动能维持胞质渗透压和细胞容积的相对稳定。③建立起一种势能贮备，即Na+、K+在细胞内外的浓度势能。其是细胞生物电活动产生的前提条件；也可供细胞的其它耗能过程利用，是其它许多物质继发性主动转运的动力。④钠泵活动对维持细胞内pH值和Ca2+浓度的稳定有重要意义。⑤影响静息

电位的数值。

256．跨膜信号转导的方式主要有哪几种？

根据细胞膜上感受信号物质的蛋白质分子的结构和功能的不同，跨膜信号转导的方式可分为3类：（1）G蛋白耦联受体介导的信号转导。较重要的转导途径有：受体-G蛋白-AC（腺苷酸环化酶）途径和受体-G蛋白-PLC（磷脂酶C）途径；G蛋白耦联受体介导的信号转导的特点是：效应出现较慢、反应较灵敏、作用较广泛。（2）离子通道受体介导的信号转导。特点是：速度快、出现反应的位点较局限。（3）酶耦联受体介导的信号转导。与前两种不同的是不需要G-蛋白的参与。值得注意的是各条信号转导途径之间存在着错综复杂的联系，形成所谓的信号网络或信号间的串话。

257．简述兴奋性和兴奋概念的发展。

19世纪中后期的生理学家用两栖类动物作实验时发现，电刺激神经-肌肉标本的神经或肌肉，均可引起肌肉的收缩，这种活组织或细胞对刺激发生反应的能力，称为兴奋性，而由刺激引起的反应，称为兴奋，这是生理学上最早关于兴奋性和兴奋的定义。其中刺激是因，反应是果。实际上所有的活细胞和组织都有某种程度的对刺激发生反应的能力，只是灵敏度和反应形式不同。随着电生理技术的发展和应用，以及研究资料的积累，兴奋性和兴奋的概念又有了新的含义。大量事实表明，各种细胞在兴奋时虽有不同的外部表现，如肌肉细胞表现为机械收缩、腺细胞表现为分泌活动等，但在受刺激处的细胞膜都有一个共同的、最先出现的动作电位，肌细胞和腺细胞的外部反应都是由其细胞膜上的动作电位触发和引起的。所以，动作电位是可兴奋细胞受刺激而产生兴奋时共有的特征性表现。在近代生理学中，将兴奋性看作是细胞受到刺激时产生动作电位的能力，而兴奋就是指产生了动作电位，或者说产生了动作电位才是兴奋。注意，并不是所有的细胞接受刺激后都能产生动作电位；凡在接受刺激后能产生动作电位的细胞，称为可兴奋细胞。一般认为，神经细胞、肌肉细胞和腺细胞都属于可兴奋细胞。258．什么是静息电位和动作电位？它们是怎样形成的？

静息电位是指细胞处于安静状态时存在于细胞膜内外两侧的电位差。动作电位是膜受到一个适当的刺激后在原有的静息电位基础上迅速发生的膜电位的一过性波动。静息电位的形成原因是在安静状态下，细胞内外离子的分布不均匀，其中细胞外液中的Na+、Cl-浓度比细胞内液要高；细胞内液中K+、磷酸盐离子比细胞外液多。此外，安静时细胞膜主要对K+有通透性，而对其它离子的通透性极低。故K+能以易化扩散的形式，顺浓度梯度移向膜外，而磷酸盐离子不能随之移出细胞，且其它离子也不易由细胞外流入细胞内。于是随着K+的移出，就会出现膜内变负而膜外变正的状态，即静息电位。可见，静息电位主要是由K+外流形成的,接近于K+外流的平衡电位。动作电位包括峰电位和后电位，后电位又分为负后电位和正后电位。①峰电位的形成原因：细胞受刺激时,膜对Na+通透性突然增大,由于细胞膜外高Na+,且膜内静息电位时原已维持着的负电位也对Na+内流起吸引作用→Na+迅速内流→先是造成膜内负电位的迅速消失,但由于膜外Na+的较高浓度势能, Na+继续内移,出现超射。故峰电位的上升支是Na+快速内流造成的，接近于Na+的平衡电位。由于Na+通道激活后迅速失活，Na+电导减

少；同时膜结构中电压门控性K+通道开放，K+电导增大；在膜内电-化学梯度的作用下→K+迅速外流。故峰电位的下降支是K+外流所致。②后电位的形成原因：负后电位一般认为是在复极时迅速外流的K+蓄积在膜外侧附近，暂时阻碍了K+外流所致。正后电位一般认为是生电性钠泵作用的结果。

259．用阈刺激或阈上刺激刺激神经干时产生的动作电位幅度有何不同？同样的两种刺激分别刺激单根神经纤维时情况如何？

用阈刺激或阈上刺激刺激神经干时产生的动作电位幅度不一样，前者小于后者；同样的两种刺激分别刺激单根神经纤维时产生的动作电位幅度是一样的。因为单根神经纤维动作电位的产生是“全或无”的，外界刺激对动作电位的产生只起触发作用，膜电位达到阈电位水平后，膜内去极化的速度和幅度就不再决定于原刺激的大小了，故动作电位的幅度与刺激的强度无关，而是取决于细胞内外的Na+浓度差。而神经干是由许多条兴奋性不同的神经纤维组成的，所记录的是这些各不相同的神经纤维电变化的复合反应，是一种复合动作电位。不同神经纤维的阈刺激不同，随着刺激不断增大，神经干中被兴奋的神经纤维数目随着刺激强度的增加而增加，动作电位的幅度也增大；当神经干中所有的神经纤维都兴奋后，再增大刺激强度动作电位的幅度不再增加了，故神经干动作电位幅度在一定范围内随着刺激强度增大而增大，与单根神经纤维动作电位的“全或无”并不矛盾。260.局部电位与动作电位相比有何不同？

局部电位与动作电位相比（1）所需刺激强度不同。局部电位是细胞受到阈下刺激时产生的；而动作电位的产生必须阈刺激或阈上刺激。（2）膜反应性不同。局部电位只引起少量的Na+通道开放，在受刺激的局部出现一个较小的膜的去极化；而动作电位发生时,大量的Na+通道开放，出现一个较大的膜的去极化过程，动作电位的形成机制也较复杂。（3）局部电位是等级性的，而动作电位是“全或无”的。（4）局部电位没有不应期，可以有时间总和或空间总和；动作电位有不应期，不能总和。（5）局部电位只能在局部形成电紧张传播；而动作电位能沿细胞膜向周围不衰减性传导（等幅、等速和等频）。

261.试比较冲动在神经纤维上传导与在神经-肌肉接头处的传递有何不同。

冲动在神经纤维上传导与在神经-肌肉接头处的传递不同之处是：（1）冲动在神经纤维上的传导是以电信号进行的，是已兴奋的膜部分通过局部电流刺激了未兴奋的膜部分使之出现动作电位；而神经-肌肉接头处的传递实际上是“电—化学—电”的过程。（2）冲动在神经纤维上传导是双向的；而神经-肌肉接头处的传递只能是单向传递，这是由它们的结构特点决定的。（3）冲动在神经纤维上的传导是相对不疲劳的，且传导过程是相当“安全”、不易发生“阻滞”；而神经-肌肉接头处的传递由于化学物质Ach的消耗等原因易疲劳，且易受环境因素和药物的影响。（4）冲动在神经纤维上的传导速度快；而神经-肌肉接头处的传递有时间延搁现象。（5）冲动在神经纤维上的传导是“全或无”的；而神经-肌肉接头处的终板电位属于局部电位，有总和现象。

262.电刺激坐骨神经-腓肠肌标本引起的骨骼肌收缩经历了哪些生理反应过程？

（1）坐骨神经受刺激后产生动作电位。动作电位是在原有的静息电位基础上发

生的一次膜两侧电位的快速的倒转和复原，是可兴奋细胞兴奋的标志。（2）兴奋沿坐骨神经的传导。实质上是动作电位向周围的传播。动作电位以局部电流的方式传导，在有髓神经纤维是以跳跃式传导，因而比无髓纤维传导快且“节能”。动作电位在同一细胞上的传导是“全或无”式的，动作电位的幅度不因传导距离增加而减小。（3）神经-骨骼肌接头处的兴奋传递。实际上是“电—化学—电”的过程，神经末梢电变化引起化学物质释放的关键是Ca2+内流，而化学物质ACh引起终板电位的关键是ACh和Ach门控通道上的两个α-亚单位结合后结构改变导致Na+内流增加。（4）骨骼肌细胞的兴奋-收缩耦联过程。是指在以膜的电变化为特征的兴奋过程和以肌纤维机械变化为基础的收缩过程之间的某种中介性过程，关键部位为三联管结构。有三个主要步骤：电兴奋通过横管系统传向肌细胞深处；三联管结构处的信息传递；纵管系统对Ca2+的贮存、释放和再聚积。其中，Ca2+在兴奋-收缩耦联过程中发挥着关键的作用。（5）骨骼肌的收缩。肌细胞膜兴奋传导到终池→终池Ca2+释放→胞质内Ca2+浓度增高→Ca2+与肌钙蛋白结合→原肌球蛋白变构，暴露出肌动蛋白上的活化位点→处于高势能状态的横桥与肌动蛋白结合→横桥头部发生变构并摆动→细肌丝向粗肌丝滑行→肌节缩短。肌肉舒张过程与收缩过程相反。由于舒张时肌浆内钙的回收需要钙泵作用，因此肌肉舒张和收缩一样是耗能的主动过程。

263.什么是肌肉的最适初长度为什么在最适初长度时肌肉收缩的效果最好

前负荷使肌肉在收缩前就处于某种被拉长的状态，使其具有一定的长度，称为初长度；而能产生最大张力（最佳收缩效果）的肌肉初长度，则称为最适初长度。肌肉产生张力或缩短，靠的是粗肌丝表面的横桥和细肌丝之间的相互作用。肌肉的初长度决定每个肌小节的长度，因而也决定了细肌丝和粗肌丝相重合的程度，而这又决定了肌肉收缩时有多少横桥可以与附近的细肌丝相互作用。在体肌肉基本上均处于最适初长度，这一长度等于肌节为2.0～2.2μm时的长度,当肌节处于这种长度时,粗细肌丝间的关系恰好使横桥的作用达到最大限度,从而出现最佳收缩效果。而小于这种长度时，两侧的细肌丝相互重叠或在一侧发生卷曲而妨碍横桥的作用；大于这种长度时，粗细肌丝之间的重叠程度将逐渐变小，使得肌肉收缩时起作用的横桥数也减少，造成所产生张力的下降。