11 细胞的生物电现象及兴奋的引起和传导

细胞的兴奋和兴奋性
兴奋性（excitability） 反应 刺激（stimulus） • 能引起机体或其组织细胞发生反应的环境变化， 称为刺激 • 引起反应的刺激必须具备3个条件 • 阈刺激（threshold stimulus）和阈下刺激 刺激的持续时间恒定和足够时，能引起组织发生 反应的最小刺激强度称阈强度或阈值，该刺激称 阈刺激。比阈强度弱的刺激称阈下刺激。阈值的 大小能反应组织兴奋性的高低
兴奋在同一细胞上的传导
局部电流学说
静息部位膜内为负电位，膜外为正电位 兴奋部位膜内为正电位，膜外为负电位
局 部 电 流
在兴奋部位和静息部位之间存在着电位差
膜外的正电荷由静息部位向兴奋部位移动 膜内的正电荷由兴奋部位向静息部位移动 形成局部电流 膜内：兴奋部位相邻的静息部位的电位上升 膜外：兴奋部位相邻的静息部位的电位下降
安静状态时细胞膜内外两侧的电位差 静息状态下，细胞膜两侧所保持的内负外正状态称膜 的极化 静息电位的数值向膜内负值减小的方向变化称去极化， 反之称超极化
细胞膜先发生去极化，后向正常安静时膜内所处的负 值恢复称复极化
• 动作电位Biblioteka 大多数哺乳动物肌细胞和神经细胞RP为-70～-90mV
细胞的生物电现象
• 可以总和，即几个阈下刺激引起的局部反应可以 叠加
兴奋的引起
阈电位（threshold potential）和动作电位 阈下刺激、局部反应及其总和 细胞的兴奋可由两种方式引起 • 给予一个阈刺激，使静息电位降低到阈电位，从而爆 发动作电位 • 给予多个阈下刺激，使局部反应发生总和，从而使静 息电位降低到阈电位，导致动作电位的爆发
当细胞受到刺激
细胞膜上少量Na+通道激活而开放 Na+顺浓度差少量内流→膜内外电位差↓ 当膜内电位变化到阈电位时→Na＋通道大量开放
Na+顺电化学差和膜内负电位的吸引→迅速内流
膜内负电位减小到零并变为正电位（AP上升支） Na+通道关→Na+内流停+同时K+通道激活而开放 K＋顺浓度差和膜内正电位的作用→K＋迅速外流 膜内电位迅速下降，恢复到RP水平（AP下降支） ∵ [Na+]i↑、[K+]O↑→激活Na+-K+泵 Na+泵出、K+泵回，离子恢复到兴奋前水平
兴奋的引起与传导
细胞的兴奋和兴奋性
兴奋性（excitability） • 一切活细胞、组织或机体都具有对刺激发生反应 的特性，称兴奋性 • 是生命活动的基本特征 反应 • 环境变化时，生物体内部的代谢及外表的活动将 发生相应变化，称为反应 • 两种形式 • 兴奋 • 抑制
细胞的兴奋和兴奋性
兴奋性（excitability） 反应 刺激（stimulus） • 能引起机体或其组织细胞发生反应的环境变化， 称为刺激 • 引起反应的刺激必须具备3个条件 • 一定的强度 • 一定的持续时间 • 一定的强度对时间的变化率
细胞发生兴奋时，兴奋性的变化
绝对不应期 相对不应期 超常期 低常期 • 细胞的兴奋性低 于正常的时期
周期
绝对不应期 相对不应期 超常期 低常期
对应的AP
锋电位 负后电位
兴奋性
无 逐渐恢复
可能机制
Na+通道开放后完全失活 Na+通道逐步恢复
Na+通道几近恢复至正常， 轻度>正常 膜电位仍未复常，但接近 阈电位 轻度<正常
生物电现象产生的机制
细胞膜内外的离子分布 及膜对离子的通透性
• 膜内K+、带负电的大 分子有机物 • 膜外Na+、Cl• 静息状态下，膜对K+ 的通透性最大，Cl-次 之，对Na+的通透性很 小，对带负电的大分子 有机物几乎不通透 • 兴奋时，膜对Na+的通 透性突然增大
生物电现象产生的机制
兴奋的引起
阈电位（threshold potential）和动作电位 • 阈电位是造成细胞膜对Na+通透性突然增大的膜电位 数值，一般比静息电位的绝对值少10-20mV 阈下刺激、局部反应及其总和 • 阈下刺激可引起局部兴奋 • 不表现全或无现象，可随刺激强度增加而增大 • 局部膜电位变化只能以电紧张方式向临近细胞膜 扩布，随距离增大而逐渐减小，不能传导到远处
去极化达到阈电位，触发邻近静息部位膜爆发新的AP
有髓鞘N纤维为远距离(跳跃式)局部电流
细胞发生兴奋时，兴奋性的变化
细胞在一次兴奋后，其兴奋性要经历一个周期性变化 绝对不应期（absolute refractory period） • 兴奋后的较短时期内细胞对任何刺激都不发生反应， 兴奋性降低到零 相对不应期（relative refractory period） • 原来的阈刺激不能使细胞兴奋，用阈上刺激可能产 生新的兴奋，兴奋性低于正常 超常期（supernormal period） • 给予一定的阈下刺激可能使细胞发生新的兴奋，兴 奋性稍高于正常 低常期（subnormal period）
细胞膜内外的离子分布及膜对离子的通透性 静息电位与K+平衡电位 动作电位与Na+平衡电位
• 细胞受刺激兴奋时，大量钠通道开放，膜对Na+的通 透性突然增大（超过K+），大量Na+迅速流入，膜内 负电位被抵消，进而出现正电位，形成动作电位； 随Na+内流的增加，膜内正电压（Na+内流的阻力） 不断增大，当Na+内流的动力与阻力平衡时，膜上Na +的净通量为零，此时膜两侧的电位差即为Na+的平 衡电位 • 动作电位具有“全或无”现象 动作电位的幅度不随刺激强度的增强而增大，动作 电位在传导过程中其幅度不衰减
生物电 生物电的表现形式 • 静息电位 • 动作电位
细胞受到刺激而发生兴奋时，在静息电位的基础上发 生一次迅速而短暂的、可向周围扩布的电位波动，称 动作电位，是细胞兴奋的标志 去极化（内负外正 内正外负）---动作电位的上升支 复极化（恢复静息时的内负外正）---动作电位的下降 支 是细胞膜在静息电位基础上发生一次膜两侧电位快速 而可逆的倒转和复原
组织组织胚胎学教研室胚胎学教研室细胞的生物电现象生物电活的细胞或组织都具有电的变化称生物电现象生物电的表现形式静息电位安静时细胞内外存在的电位差动作电位细胞受到刺激时所产生的膜电位的变化细胞的生物电现象及其产生机制细胞的生物电现象及其产生机制细胞的生物电现象生物电生物电的表现形式静息电位安静状态时细胞膜内外两侧的电位差静息状态下细胞膜两侧所保持的内负外正状态称膜的极化静息电位的数值向膜内负值减小的方向变化称去极化反之称超极化细胞膜先发生去极化后向正常安静时膜内所处的负值恢复称复极化动作电位大多数哺乳动物肌细胞和神经细胞rp为7090mv细胞的生物电现象生物电生物电的表现形式动作电位细胞受到刺激而发生兴奋时在静息电位的基础上发生一次迅速而短暂的可向周围扩布的电位波动称动作电位是细胞兴奋的标志去极化内负外正内正外负动作电位的上升支复极化恢复静息时的内负外正动作电位的下降是细胞膜在静息电位基础上发生一次膜两侧电位快速而可逆的倒转和复原生物电现象产生的机制细胞膜内外的离子分布及膜对离子的通透性带负电的大分子有机物的通透性很小对带负电的大分子有机物几乎不通透透性突然增大生物电现象产生的机制细胞膜内外的离子分布及膜对离子的通透性静息电位与k的净通量为零此时膜两侧的电位差稳定于某一数值不变即静息电位又称k的平衡电位动作电位与na平衡电位生物电现象产生的机制细胞膜内外的离子分布及膜对离子的通透性静息电位与k平衡电位动作电位与na迅速流入膜内负电位被抵消进而出现正电位形成动作电位
细胞膜内外的离子分布及膜对离子的通透性 静息电位与K+平衡电位
• 安静时细胞膜只对K+有选择性通透 • 当浓度差促使K+外移的力量与电位差阻止K+外移的 力量达到平衡时，膜对K+的净通量为零，此时，膜 两侧的电位差稳定于某一数值不变，即静息电位， 又称K+的平衡电位
动作电位与Na+平衡电位
生物电现象产生的机制
细胞的生物电现象及 兴奋的引起和传导
组织胚胎学教研室
细胞的生物电现象及其产生机制
细胞的生物电现象
生物电
• 活的细胞或组织都具有电的变化，称生物电现象
生物电的表现形式 • 静息电位
安静时细胞内外存在的电位差
• 动作电位
细胞受到刺激时所产生的膜电位的变化
细胞的生物电现象
生物电 生物电的表现形式 • 静息电位
正后电位
钠泵的活动使膜电位略微 超极化
课堂小结
细胞的生物电现象及其产生机制
细胞的生物电现象 生物电现象产生的机制
兴奋的引起和传导
细胞的兴奋和兴奋性 兴奋的引起 • 刺激引起兴奋的条件 兴奋在同一细胞上的传导 细胞发生兴奋时，其兴奋性的变化