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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