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第一章 绪论 1

第一节 细胞电生理学及其技术概述 1

第二节 细胞电生理学发展简史 3

第三节 怎样学习掌握细胞电生理学及其技术 9

一、调整改善电生理学工作者的知识结构 9

二、理论与实践相互促进 10

主要参考文献 11

第二章 细胞膜电学效应基本原理 13

第一节 离子通道与跨膜离子浓度梯度共同构成“微电池” 13

一、离子通道与其可通透的离子构成以离子的平衡电位为电动势的浓差电池 13

二、离子平衡电位的计算——Nest公式 14

三、体液中主要离子的平衡电位 15

四、离子通道的电导及用一段含源电路的欧姆定律描述离子通道 16

五、离子电流的反转电位（零电流电位）初说 18

第二节 细胞膜及细胞内液、细胞外液的电容效应 20

第三节 离子泵的双重电学效应 22

一、离子泵的活动既是通道电源效应的前提，本身又可直接产生电源效应 22

二、钠-钾泵电流的平衡电位 23

第四节 其他膜转运蛋白的电学效应 24

一细胞膜上的其他转运蛋白 24

二、例解：钠-钙交换体及其平衡电位 24

第五节 细胞膜的电路模型及其初步分析 25

第六节 细胞膜对离子的通透性与Goldman-Hodgkin-Katz方程 27

一、离子的扩散与在电场中的运动：扩散系数与离子淌度及其影响因素 27

二、膜对离子的通透性与电导 28

三、GHK电流方程和电压方程 30

主要参考文献 32

第三章 膜片钳技术基本理论与方法 34

第一节 膜片钳技术概述 34

一、“膜片钳”的基本含义 34

二、膜片钳记录的基本构型 35

第二节 膜电位钳制条件下检测膜电流的意义简析 37

一、为何在细胞电生理学研究中常需要钳制膜电位？ 37

二、膜电位钳制在稳恒水平时的通道电流简析 39

三、当膜电位从一个钳制水平阶跃到另一水平时的通道电流简析 39

四、再说反转电位 40

第三节 膜片钳技术基本原理 40

一、膜电位钳制和电流检测的实现 40

二、电流钳制与膜电位的监测 46

第四节 偏移电位的补偿 48

一、什么是偏移电位 48

二、为什么要补偿偏移电位 49

三、怎样补偿偏移电位及其变化（主要是液接电位的变化 49

四、液接电位的测量 51

五、不同记录构型下的偏移电位补偿 51

六、局部灌流产生的界面电位和改变浴液Cl-浓度引起的电极电位改变的补偿 52

七、结语 53

第五节 电压钳模式下的电容补偿和串联电阻补偿 53

一、电容补偿 53

二、串联电阻的补偿 57

第六节 漏电流的含义及其减除的意义和方法 60

一、漏电流的含义 60

二、膜片钳中的漏电流减除 60

第七节 膜片钳实验中信号的基本处理——滤波与采样 60

一、滤波 66

二、采样 70

第八节 细胞浴液和电极内液的配制及保存 73

一、细胞浴液 73

二、电极内液 75

第九节 膜片钳实验用电极的制备和安装 77

一、Ag/AgCl电极丝和玻璃微电极的制备 77

二、接地电极和记录电极的安装 79

第十节 膜片钳实验基本操作步骤、细节说明及注意事项 81

一、全细胞式膜片钳基本操作步骤、细节说明及注意事项 81

二、单通道记录基本操作说明 85

三、其他注意事项 87

第十一节 噪声与干扰及其排除方法 87

一、膜片钳记录系统本身的噪声 88

二、干扰及其排除方法 93

第十二节 穿孔全细胞膜片钳技术 96

一、概述 97

二、常用穿孔剂的作用特点和使用方法 98

三、穿孔全细胞膜片钳技术的优缺点 100

主要参考文献 101

第四章 膜片钳技术的扩展性应用 104

第一节 离体脑片膜片钳记录技术 104

一、离体脑片的制备及培养 104

二、脑片膜片钳记录的实验装置 106

三、离体脑片膜片钳记录的基本操作步骤 107

四、离体脑片膜片钳记录的应用 109

五、脑片膜片钳记录技术的几点说明 110

第二节 应用膜片钳技术检测细胞的分泌活动 111

一、全细胞记录构型的等效电路 112

二、膜电容检测的时域法 113

三、膜电容检测的频域法 115

四、膜电容检测示例 119

五、膜电容检测技术相关问题的讨论 120

第三节 穿孔囊泡外面朝外式单通道记录 121

第四节 高阻封接宏膜片钳记录 122

第五节 松膜片钳技术 123

一、概述 123

二、松膜片钳技术的实施方案 124

第六节 巨裁膜片钳技术 126

主要参考文献 127

第五章 自动膜片钳技术 129

一、自动膜片钳技术原理 129

二、传统膜片钳技术与自动膜片钳技术比较 132

三、自动膜片钳技术的应用 133

四、结语与展望 134

【附】自动膜片钳仪器简介 134

主要参考文献 138

第六章 细胞电生理实验标本的制备及记录中的加药方式 139

第一节 细胞电生理实验标本的制备 139

一、急性或新鲜分离细胞标本 139

二、培养细胞标本 139

三、表达细胞 140

四、脑片标本 141

五、微动脉段标本 141

六、溶液的配制 142

第二节 细胞电生理实验中的加药方式 143

一、细胞外给药 143

二、细胞内给药 145

主要参考文献 146

第七章 钠通道 147

第一节 电压门控性钠通道概述 147

一、电压门控性钠通道的分子结构 147

二、电压门控性钠通道的命名和分类 150

三、电压门控性钠通道的基因 152

四、电压门控性钠通道的功能 154

第二节 电压门控性钠通道的离子通透性和门控机制 155

一、电压门控性钠通道的通透性 155

二、电压门控性钠通道的门控机制 160

第三节 电压门控性钠通道的生物物理学特征 169

一、电压门控性钠通道的电流-电压关系曲线 169

二、电压门控性钠通道的激活与失活特征 170

第四节 常用钠通道调节剂及作用机制 174

一、钠通道工具药 175

二、局部麻醉药 179

三、抗癫痫药 180

四、I类抗心律失常药 181

主要参考文献 182

第八章 钙通道 184

第一节 概述 184

第二节 电压门控性钙通道的结构及生物物理学特性 185

第三节 电压门控性钙通道的离子通透性和门控机制 188

一、电压门控性钙通道的选择性和通透性 188

二、电压门控性钙通道的门控机制 190

第四节 各类电压门控性钙通道的特征、分布和功能 193

一、L型钙通道 193

二、T型钙通道 196

三、P/Q型钙通道 199

四、N型钙通道 200

五、R型钙通道 200

第五节 电压门控性钙通道的药理特性 202

一、激动剂 202

二、阻滞剂 203

三、药物作用机制 204

第六节 其他类型钙通道 206

一、受体操纵性钙通道 206

二、钙库调控性钙通道 206

三、IP3受体 207

四、ryanodine受体 208

主要参考文献 209

第九章 钾通道 211

第一节 电压门控性钾通道概述 211

第二节 钾通道的结构及功能特性 214

一、钾通道对钾离子的选择性 214

二、钾通道的门控结构 216

三、电压门控性钾通道的电压敏感性 216

四、电压门控性钾通道的失活 216

第三节 不同种类电压门控性钾通道的电生理记录方法 217

一、A型钾通道 217

二、延迟外向整流钾通道 220

三、介导M电流的电压门控性钾通道 223

四、超速激活的延迟整流钾通道 224

第四节 电压门控性钾通道的生理功能及病理意义 225

第五节 电压门控性钾通道的药理特性 227

第六节 其他类型钾通道 233

一、钙激活的钾通道 233

二、内向整流性钾通道 235

三、双孔区钾通道 236

四、内向整流性钾通道、双孔区钾通道与电压门控性钾通道亚基的基本结构比较 237

主要参考文献 237

第十章 氯通道 239

第一节 钙激活的氯通道 239

一、CACC通道的分子基础 240

二、CACC通道拓扑结构 241

三、CACC通道的生理作用 241

四、CACC通道的生物物理学特性 242

五、CACC通道离子通透及门控机制 243

六、常用CACC通道调节剂及作用机制 245

第二节 电压依赖性氯通道 245

一、ClC通道家族简介 245

二、ClC通道的拓扑及三维结构 246

三、ClC通道的生理作用 247

四、ClC通道的生物物理学特性 247

五、ClC通道离子通透性及门控机制 248

六、常用ClC通道的调节剂 250

第三节 环核苷酸激活的氯通道 250

一、环核苷酸激活的氯通道简介 250

二、CFTR通道的结构及生理特性 251

三、CFTR通道的生理功能 251

第四节 细胞体积调节的氯通道 252

一、细胞体积调节的氯通道简介 252

二、细胞体积调节的氯通道生理学特性 253

第五节 氯通道研究及分析方法 254

一、氯通道研究中电极内外液构成及注意事项 254

二、Ussing槽和短路电流记录方法 255

主要参考文献 256

第十一章 配体门控离子通道 259

第一节 配体门控离子通道的界定 259

第二节 尼古丁型胆碱能受体通道 261

一、尼古丁型胆碱能受体通道概述 261

二、尼古丁型AChR的激活与阻断 262

三、尼古丁型ACh受体激活电流的浓度-效应关系 264

四、尼古丁型ACh受体通道功能的别构性调制 265

第三节5-羟色胺3受体通道 266

一、5-羟色胺3受体通道概述 266

二、5-HT激活电流的浓度-效应关系 267

三、5-HT激活电流的电流-电压关系 268

四、5-HT3 R功能的调制 268

第四节 γ-氨基丁酸A型受体通道 275

一、γ-氨基丁酸A型受体通道概述 275

二GABAA R功能的调制 275

第五节 离子型谷氨酸受体 279

一、离子型谷氨酸受体概述 279

二、离子型谷氨酸受体的功能特征和意义 281

三、NMDAR的亚基组成及其配体 283

四、AMPAR与NMDAR的协同作用 285

五、NMDAR介导电流的调制 286

第六节 离子型ATP（P2X）受体通道 288

一、离子型ATP（P2X）受体通道 288

二、P2XR功能的调制 288

第七节LGIC的表型和基因型的关系 291

一、躯体感觉传入神经元P2XR的表型与基因型的关系 292

二、内脏感觉传入神经元P2XR的表型与基因型的关系 294

第八节 酸感受性离子通道的电生理研究 296

一酸感受性离子通道概述 296

二、大鼠DRG神经元4种类型H+门控离子通道电流 297

第九节TRP通道的电生理研究 301

一、TRP通道概述 301

二、TRP通道与温度感觉及伤害性感觉 301

三、TRPV通道 303

第十节GPCR对LGIC功能的调节作用 305

一、缓激肽受体激活对5-TH3受体介导电流的增强作用 306

二、缩宫素受体激活对P2X受体介导电流的负性调制作用 309

三、P物质激活其NK1受体对GABAA R及5-HT3 R功能的反向调制作用 312

主要参考文献 314

第十二章 细胞电生理学常见问题解答 317

一、什么是膜输入电阻、膜电阻、膜比电阻、被动膜电阻、膜输入电容？ 317

二、什么是时间常数和空间常数？ 319

三、膜片钳中的命令电压、维持电压、刺激电压有何区别？ 319

四、什么是维持电流？ 320

五、膜电位升高、降低、增大、减小的使用是否有统一规定？ 320

六、什么是通道的整流特性？ 320

七、入口电阻和串联电阻是否是一回事？ 320

八、为什么用于量效关系曲线拟合的Hill方程在不同文献中形式不同？Hill系数的含义是什么？ 320

九、什么是尾电流？测定尾电流有何意义？ 323

十、Run down、脱敏、失活、衰减几个概念有什么区别？ 324

十一、请解释电压依赖性离子通道的激活、失活、去活、复活几个概念 325

十二、如何获得电压门控离子通道的激活曲线和失活曲线？ 327

十三、在全细胞膜片钳的电压钳模式下，把维持电位设定于静息电位水平，为什么加入神经兴奋性药物还会引起电压依赖性通道（如钠通道）开放而产生动作电流？ 333

十四、全细胞膜片钳实验中，因串联电阻的影响造成的钳位误差有何基本规律？ 334

十五、细胞膜对不同离子的电导之比等于通透系数之比吗？ 334

十六、电极内液和细胞浴液的渗透压哪个略大为宜？ 335

十七、膜片钳实验中电极与细胞膜之间封接不佳对电流记录有什么影响？ 335

十八、Nernst平衡电位、Goldman-Hodgkin-Katz平衡电位和Donnan平衡电位有什么区别？ 336

十九、什么是漏电流？ 337

二十、什么是门控电流？ 337

二十一、什么是窗口电流？ 338

二十二、EGTA、EDTA和BAPTA的作用有何不同？ 339

二十三、膜片钳实验中，电极进入浴液后电流基线漂移该如何处理？ 340

二十四、膜片钳初学者使用Axon膜片钳实验系统如何起步？ 340

二十五、使用Axon膜片钳实验系统时，在哪里设置维持电位为佳？ 343

二十六、膜片钳实验中，玻璃电极进入浴液后，测试电压方波引起的响应电流方波幅度变大、变小或消失是何原因？ 344

二十七、用Axon膜片钳实验系统在封接过程中，某一个或数个被监测的电学参数值为何变成红色箭头？ 344

二十八、用Axon膜片钳实验系统在封接过程中或破膜后监测电学参数时，调节测试更新速率为何会引起电学参数值的变化？ 344

二十九、平衡电位、反转电位和零电流电位是一回事吗？ 345

三十、为什么电极刚进入浴液后，膜片钳放大器总是出现饱和现象？ 345

三十一、如何排除50Hz的正弦波工频干扰？ 345

三十二、可兴奋细胞膜的阈电位的电学实质是什么？ 346

三十三、什么是空间钳位误差？如何避免之？ 346

三十四、用Axon公司的膜片钳实验系统，如何同时进行电压刺激下的电流反应记录和电流的连续性背景记录？ 347

三十五、对于药物引起的电流和电压激活的电流，使用斜坡电压刺激做I-V曲线分别有什么要求？ 347

三十六、膜片钳实验中，能否根据电压钳模式下的膜输入电阻和加药引起的电流幅度，推测电流钳模式下同样的加药刺激引起的膜电位变化幅度？ 348

三十七、膜片钳记录数据中的电流和电压基本参考方向（正方向）是怎样约定的？ 348

三十八、细胞膜在非钳压状态下，如果出现内向电流或外向电流，膜电位会如何改变（去极化还是超极化） 349

主要参考文献 349

附录 细胞电生理学与膜片钳技术专业术语英中文对照表 352

作者简介 373