细胞膜电位
第五章 细胞膜电位
但这个关系只是当所用强度或时间在一定限度内改变 时是如此。
如果将所用的刺激强度减小到某一数值时，则这个刺激不 论持续多么长也不会引起组织兴奋；
与此相对应，如果刺激持续时间逐步缩短时，最后也会达 到一个临界值，即在刺激持续时间小于这个值的情况下， 无论使用多么大的强度，也不能引起组织的兴奋。
刺激引起兴奋的条件和阈刺激
具有兴奋性的组织和细胞，并不对任何程度的刺激都 能表现兴奋或出现动作电位。
刺激可以泛指细胞所处环境因素的任何改变；亦即各 种能量形式的理化因素的改变，都可能对细胞构成刺 激。
电刺激
在实验室中，常用各种形式的电刺激作为人工刺激， 用来观察和分析神经或各种肌肉组织的兴奋性，度量 兴奋性在不同情况下的改变。
第3节 动作电位
指可兴奋细胞受到 极化（polarization）——膜两侧存在的
刺激而兴奋时，在静息
内负外正的电位状态。
电位的基础上膜两侧的 去极化（Depolarization）——膜电位绝
电位发生快速而可逆的
对值逐渐减小的过程。
倒转和复原。这种电位 变化称作动作电位
超极化（Over-polarization）——膜电 位绝对值高于静息电位的状态。
第五章 细胞膜电位
Outline
1、刺激与反应 2、细胞的静息电位 3、细胞的动作电位 4、细胞膜的电学模型 5、电压固定的膜电流研究 6、Hodgkin-Huxley方程 7、对膜动作电位的仿真
恩格斯在100多年前总结自然科学成就时指出： “地球几乎没有一种变化发生而不同时显示出电 的现象”；生物体当然也不例外。事实上，在埃 及残存史前古文字中，已有电鱼击人的记载；但 对于生物电现象的研究，只能是在人类对于电现 象一般规律和本质有所认识以后，并随着电测量 仪器的精密化而日趋深入
细胞膜电位
膜片钳技术原理
膜片钳技术运用微玻管电极(膜片电极或膜片吸管)接触 细胞膜，以千兆欧姆[gigaohm sea1,1010欧姆(G。)」以 上的阻抗使之对接，使与电极尖开口处相接的细胞膜小 片区域(膜片)与其周围在电学上分隔，在此基础上固定电 位，对此膜片上的离子通道的离子电流(pA级)进行检测 记录。
膜现象几乎完全控制着离子和中性分子等物质 从活细胞外部向内部或者反方向的运输，离子向一 个方向和两个方向的运输造成了跨膜电位差，它反 过来调节着一系列的物质运输，膜电位是由于横跨 膜的可透离子和化学为不同产生的非平衡电位，在 化学作用和电性力达到平衡的条件下能够按照离子 的通透性和浓度计算出膜电位数值。一般来说，细 胞受到刺激一般从膜电位的变化开始，反过来膜电 位又适应了变化了的通透性。
1.2.2 动作电位的分期
刺激 局部电位 上 升 支 阈电位 去极化 零电位 反极化（超射） 反极化（超射） 支 复极化 （负、正）后电位 去 极 化
0mv 阈电位
静息电位
1.上升支又称去极相 上升支又称去极相 包括膜电位的去极化 反极化两个过程 去极化和 两个过程； 包括膜电位的去极化和反极化两个过程； 2.下降支又称复极相 下降支又称复极相 即膜电位的复极化过程。 复极化过程 即膜电位的复极化过程。 3.后电位 后电位 在锋电位的下降支恢复到静息电位水平 以前约相当于动作电位幅度70％左右处， 以前约相当于动作电位幅度 ％左右处， 膜电位还要经历一段微小而缓慢的波动， 膜电位还要经历一段微小而缓慢的波动， 称为后电位
The end
谢 谢
2009.11.06
–通常规定膜外电位为零，则膜内 大都在-10～-100mV之间。 –哺乳动物神经和肌肉细胞的静息 电位值为-70～-90mV
膜电位名词解释
膜电位名词解释
膜电位是指细胞膜内外两侧电荷分布不平衡所形成的电位差。
细胞膜是细胞内外的隔离屏障，可以控制物质的进出，维持细胞内外环境的稳定。
在许多细胞内外环境电荷不平衡的情况下，膜电位就会产生。
细胞膜的内部是富含负电荷的细胞质，而外部是富含阳离子的细胞外液。
这种电荷分布不平衡产生了一个电势差，即膜电位。
一般情况下，膜电位的数值为负值，表示细胞内负电荷多于细胞外正电荷。
膜电位的大小取决于细胞类型和状态，通常在-
40mV到-90mV之间。
膜电位的产生主要通过离子泵和离子通道来实现。
离子泵能够主动从细胞内外液中将离子转运，从而改变细胞内外的离子浓度差，进而影响膜电位。
离子通道则可以通过特定的通道蛋白，使特定的离子通过，从而改变细胞内外液的离子分布，也会对膜电位产生影响。
膜电位起到了细胞兴奋性、离子平衡和分子运输等重要功能。
在神经细胞中，膜电位可以通过神经冲动的形式传递，从而实现信息传递和神经信号传导。
在心肌细胞中，膜电位可以调控心脏的收缩和舒张。
此外，膜电位还参与了细胞内外物质的平衡调节，如离子和分子的进出，维持细胞内稳定的渗透压和离子浓度。
细胞膜电位的概念与应用
去极化：动作电位的发生使膜电位趋向减 小的方向，甚至使膜电位消失的过程， 称为膜的去极化。 反极化：去极化过程继续发生，可能形成 内正外负的瞬间存在的动作电位，该过 程称为质膜的反极化过程。
很多时候，膜电位差主要是由H+浓度差造成， 这时候，膜电位差就被称为H+电化学势差， 写作Δ-μH+。这个差实际还包括pH差。
Δ-μH+可以跨细胞质膜存在，也可以跨其他 内膜存在，如线粒体内膜，类囊体膜等等。
有很大的作用，广泛用于细胞的多种生理生 化过程。
细胞膜电位的相关概念
细胞的膜电位：细胞质膜两侧离子种类和 浓度的不同，形成了膜两侧的电位差，各 种离子所形成的电位差的总和，称为膜电 位。 静息电位：即细胞在静息状态下的电位。 是由质膜上相对稳定的离子跨膜运输或离 子流形成的。一般质膜内为负值( pH较高)， 质膜外为正值(pH较低)。这种情况也被称 为极化状态，是细胞膜电位的常态。
Байду номын сангаас
动作电位: 细胞在刺激作用下,发生离子的快速
跨 膜运动，由此引起快速变化的膜电位称为动 作电位。 超极化：如果动作电位的发生使膜电位趋向增 大的方向，甚至使膜电位超过原来的静息电 位，这种情况称为质膜的超极化。 细胞处于超极化状态时，细胞整体生理活 动活跃。往往与ATP合成有关。 叶肉细胞于暗中膜电位为-60～-100mV，光下 为-160mV,最高可达 -200mV。
细胞膜电位
细胞膜电位百科名片组织细胞安静状态下存在于膜两侧的电位差，称为静息电位，或称为膜电位。
编辑本段细胞膜电位分静息电位与动作电位。
1、静息电位细胞在安静状态时，正电荷位于膜外一侧（膜外电位为正），负电荷位于膜内一侧（膜内电位为负，）这种状态称为极化。
如果膜内外电位差增大，即静息电位的数值向膜内负值加大的方向变化时，称为超极化。
相反地，如果膜内外电位差减小，即膜内电位向负值减小的方向变化，则称为去极化或极化。
一般神经纤维的静息电位如以膜外电位为零，膜内电位为-70～-90mv。
静息电位是由于细胞内K+出膜，膜内带负电，膜外带正电导致的。
2、动作电位当细胞受刺激时，在静息电位的基础上可发生电位变化，这种电位变化称为动作电位。
动作电位的波形可因记录方法不同而有所差异以微电极置于细胞内，记录到快速、可逆的变化，表现为锋电位；锋电位代表细胞兴奋过程，是兴奋产生和传导的标志。
锋电位在示波器上显示为灰锐的波形，它可分为上升支和一个下降支。
上升支先是膜内的负电位迅速降低到零的过程，称为膜的去极化（除极），接着膜内电位继续上升超过膜外电位，出现膜外电位变负而膜内电位变正的状态，称为反极化。
下降支是膜内电位恢复到原来的静息电位水平的过程，称为复极化。
锋电位之后到完全恢复到静息电位水平之前，还有微小的连续缓慢的电变化，称为后电位。
心肌细胞的生物电现象和神经纤维、骨骼肌等细胞一样，包括安静时的静息电位和兴奋时的动作电位，但有其特点。
心肌细胞安静时，膜内电位约为-90mv。
心肌细胞静息电位形成的原理基本上和神经纤维相同。
主要是由于安静时细胞内高浓度的k﹢向膜外扩散而造成的。
当心肌细胞接受刺激由静息状态转入兴奋时，即产生动作电位。
其波形与神经纤维有较大的不同，主要特征是复极过程复杂，持续时间长。
心肌细胞的某一点受刺激除极后，立即向四周扩散，直至整个心肌完全除极为止。
已除极处的细胞膜外正电荷消失，未除极处的细胞膜仍带正电而形成电位差。
膜电位变化曲线解读汇总
膜电位变化曲线解读汇总
膜电位变化曲线是一种用来描述神经细胞在兴奋过程中电位变化的图形。
它通常由时间作为横轴，膜电位作为纵轴绘制而成。
膜电位是指神经细胞膜上正负离子分布不平衡引起的电势差。
1. 静息状态：膜电位在静息状态下保持稳定，称为静息电位。
通常为-70毫伏，表示细胞内负电荷多于细胞外。
2. 外界刺激：当有外界刺激作用于神经细胞时，膜电位会发生改变。
刺激可以是化学物质、电流、光线等。
3. 外界刺激引起的膜电位变化：外界刺激会引起细胞膜上的离子通道打开或关闭，导致离子内外浓度的平衡发生了改变，从而引起膜电位的变化。
通常有两个主要的阶段：
a. 去极化（depolarization）阶段：膜电位从静息电位开始升高，向零电位或正电位靠近。
这是由于细胞膜上的钠离子通道打开，导致钠离子从细胞外流入细胞内，使细胞内负电荷减少。
b. 复极化（repolarization）阶段：膜电位从去极化阶段的高
点开始下降，恢复到静息电位附近。
这是由于钠离子通道关闭，钾离子通道打开，使钾离子从细胞内流出，恢复细胞内负电荷的多少。
4. 动作电位（action potential）：在外界刺激引起的膜电位变
化过程中，若膜电位超过一定阈值（通常为-55毫伏），则会
引发一系列复杂的离子通道打开和关闭过程，导致膜电位快速
变化到正电位，然后恢复到静息电位。
这个电位变化的过程就是动作电位。
动作电位通常持续几毫秒。
膜电位变化曲线可以帮助研究人员了解神经细胞的兴奋过程，探索神经信号传递的机制。
它对于理解神经疾病、药物作用以及神经系统的功能都具有重要意义。
细胞膜电位
*可兴奋细胞：受刺激时产生动作电位的细胞. 包括:神经细胞、肌肉细胞和腺体细胞
兴奋性：在可兴奋细胞上可理解为可兴奋细胞 在受刺激时产生动作电位的能力。
一.生物电现象的观察和记录 方法
1.微电极技 术 微电极： 尖端直径 只有1μm 或更细的 微电极刺 入细胞内
静息电位
动作电位
4.动作电位
动作电位(action potential)(AP) 可兴奋细胞在受到 刺激发生兴奋时， 细胞膜在原有静息 电位的基础上发生 一次迅速而短暂的 电位波动，细胞兴 奋时发生的这种短 暂的电位波动，称 为动作电位。
(1)动作电位实验现象
*(2)膜电位的描述:
1 、极化 体内所有细胞的静息电位都表现为细胞膜内侧
极化 体内所有细胞的静息电位都表现为细胞膜内侧为负电位，外 侧为正电位。这种状态称为膜的极化。 通常规定膜外电位为零，则膜内大都在-10～-100mV之间。 哺乳动物神经和肌肉细胞的静息电位值为-70～-90mV
(1)静息电位的测量
细胞膜内侧为负电位， 外侧为正电位。 通常规定膜外电位为零
[K+]O< [K+]i
K＋外流,带负电的蛋白质留在胞内
Nernst公式
电化学平衡
K＋平衡电位=静息电位
Nernst公式(反应电场力与浓度差形成的分子内力 的关系)
EK
RT ZF
ln
[ K ]O [ K ]i
Ek 是K+的平衡电位 R 是气体常数 T 为绝对温度 Z 是离子价数 F 是法拉第常数（相当于96500C） 式中只有[K]。和[K]i是变数，分别代表膜外和膜内的K+浓度。
(4)动作电位的特征
①具有“全或无”的现象(ALL OR NO LAW); ②是可以扩布(传播)的; ③是非衰减式传导的电位;
膜电位产生的原因
膜电位产生的原因嘿，你问膜电位咋产生的呀？这事儿挺有意思呢。
咱先说说啥是膜电位哈。
简单来说呢，膜电位就是细胞膜两边的电位差。
就好像是两个水池子，水位不一样高，那就有个落差。
细胞的膜两边也有这样的差别，这就是膜电位啦。
那膜电位咋来的呢？主要是因为细胞膜对不同的离子有不同的通透性。
比如说钠离子和钾离子吧。
细胞里面和外面的钠离子和钾离子浓度不一样哦。
细胞里面钾离子多，外面钠离子多。
这就有点像两个房间，一个房间放满了苹果，另一个房间放满了橘子。
细胞膜就像一道门，有时候让钾离子出去，有时候让钠离子进来。
这一进一出的，就产生了电位差。
就好比两个房间之间的门，一会儿打开让苹果出去几个，一会儿打开让橘子进来几个，这样两个房间的情况就不一样了，就有了差别。
还有呢，细胞里面还有一些带负电的离子，像蛋白质啥的。
这些离子出不去，也会影响膜电位。
就像一个屋子里有一堆不能搬走的大石头，那肯定会对屋子的状态有影响呀。
我给你举个例子哈。
咱就说神经细胞吧。
神经细胞要传递信号的时候，膜电位就会发生变化。
比如说有个刺激来了，细胞膜上的离子通道就会打开，钠离子就会冲进来。
这一冲进来，膜电位就变啦。
就好像本来平静的水池，突然开了个口子，水就流进来了，水位就不一样了。
然后呢，神经细胞就可以通过改变膜电位来传递信息。
就像两个人用暗号交流一样，这个膜电位的变化就是暗号。
这样身体的各个部位就能互相沟通啦。
总之呢，膜电位的产生是因为细胞膜对离子的通透性不一样，还有细胞里面的各种离子和分子的作用。
这膜电位可是很重要的哦，没有它，我们的身体可就没法正常工作啦。
就像一台机器，要是没有电，那就没法运转了。
咱得好好了解了解这个膜电位，才能更好地理解我们的身体是咋工作的。
《细胞膜电位》PPT课件
内负外正膜电位
K+ 多 Cl- 少 Na+ 少
28
1
在静息状态下，细
K+
K+
胞膜内K+的高浓度和
Cl- Na+ 11
Na+ Cl13 30
安静时膜主要对K+的 通透性，是大多数细 胞产生和维持静息电
膜内
膜外
位的主要原因。（K+
离子浓度差 电位差
的平衡电位）
膜两侧的电-化学（浓度）势代数和为零时，将不会再有K+的跨膜净移 动
15
占空比：在一串理想的脉冲周期序列中（如方波），正脉冲的持续时间与脉
冲总周期的比值
16
• 在神经和肌组织进行的实验表明，在强度时间变化率保持不变的情况下，在一定的 范围内，引起组织兴奋所需的最小刺激强 度，与这一刺激所持续的时间呈反变的关 系
– 当刺激的强度较大时，它只需持续较短的时间 就足以引进组织的兴奋，而当刺激的强度较弱 时，这个刺激就必须持续较长的时间才能引起 组织的兴奋。
这是因为电刺激可以方便地由各种电仪器（如 电脉冲和方波发生器等）获得，它们的强度、作 用时间和强度-时间变化率可以容易地控制和改变； 并且在一般情况下，能够引起组织兴奋的电刺激 并不造成组织损伤，因而可以重复使用。
13
• 实验表明，刺激要引起组织细胞发生兴奋， 必须在以下三个参数达到某一临界值：
– 刺激的强度 – 刺激的持续时间 – 刺激强度对于时间的变化率（即强度对时间的
18
• 如果用较小的刺激强度就能兴奋的组织具有较高的兴奋 性，那么，这个强度小的程度，还要决定于这个刺激的 持续时间和它的强度-时间变化率。
• 因此，如果要简单地用刺激强度这一个参数来表示不同 组织兴奋性的高低或同一组织兴奋性的波动，就必须使 所用刺激的持续时间和强度-时间变化率固定为某一数 值（应是中等程度的） ；这样，才能把引起组织兴奋、 即产生动作电位所需的最小刺激强度，作为衡量组织兴 奋性高低的指标；这个刺激强度称为阈强度或阈刺激， 简称阈值（threshold）。强度小于阈值的刺激，称为 阈下刺激；阈下刺激不能引起兴奋或动作电位，但并非 对组织细胞不产生任何影响。
生物物理学研究细胞膜电位调控机制
生物物理学研究细胞膜电位调控机制随着神经科学的发展，人们对神经细胞的活动以及神经疾病的发生机制逐渐有了深入的了解。
神经细胞是构成神经系统的基本单元，其内部的电气活动对神经系统的信息传递至关重要。
而细胞膜电位的调控则是影响神经细胞电气活动的最重要的因素之一。
本文将从生物物理学的角度探讨细胞膜电位调控机制的研究进展。
1. 细胞膜电位的意义细胞膜是细胞与外界的分界线，其内部和外部可以分别维持不同的离子浓度。
细胞膜内外离子浓度的不同以及离子通道的开关控制了细胞膜电位的变化。
细胞膜电位的变化是神经细胞电气活动的基础，而神经元的电气活动是神经系统信息传递的核心。
因此，细胞膜电位对维持神经系统的正常功能至关重要。
2. 离子通道和膜电位的关系离子通道是细胞膜上负责离子转运的重要蛋白质，其开关状态可以调控细胞膜电位的变化。
通过离子通道，细胞内的离子可以流入或流出细胞，从而影响细胞内外离子浓度的平衡。
人们发现，细胞膜上不同类型的离子通道表现出不同的电学特性，比如离子选择性、电压门控调控等。
这些不同的特性使得不同的离子通道在不同的电导状态下对细胞膜电位的影响不同。
3. ATP敏感性钾离子通道ATP敏感性钾离子通道是一类广泛分布于人体各部位的离子通道，其具有双重灵敏特性：一方面受细胞内ATP水平的调控，另一方面受细胞膜电位/离子浓度的调控。
在神经元中，ATP敏感性钾离子通道的开闭调节是细胞膜电位调控的重要机制之一。
研究表明，神经元兴奋状态下，细胞膜电位降低导致ATP敏感性钾离子通道的开放，从而促进K+离子的外流，细胞膜电位的恢复。
4. 其他膜电位调控机制除了ATP敏感性钾离子通道，细胞膜电位的调节还涉及其他离子通道的开闭，以及离子泵的调节等多种机制。
比如电压门控离子通道的开闭状态受细胞膜电位的调节，而离子泵则通过耗能将Na+、K+离子逆浓度梯度运输，从而维持细胞内外离子的平衡。
这些机制的协同作用，使得细胞膜电位可以快速地调节，对神经细胞的电气活动起到关键的调控作用。
细胞膜电位的产生机理及生物学意义
细胞膜电位的产生机理及生物学意义哎呀呀，这题目也太难懂啦！什么是细胞膜电位呀？对于我这个小学生来说，这简直就像天上的星星一样神秘！不过，我还是要努力搞清楚它。
你想啊，我们的身体就像一个超级大工厂，每个细胞都是这个工厂里的小工人。
而细胞膜就像是小工人的房子，电位呢，就是这个房子里发生的神奇事情。
细胞膜电位的产生，就好像是一场小小的战争。
细胞里面有好多小小的粒子，比如说钠离子、钾离子。
它们总是跑来跑去的。
细胞外面也有这些粒子。
正常情况下，细胞里面的钾离子比较多，就像家里的宝贝都藏在屋子里一样。
而细胞外面的钠离子比较多，就像是外面的世界充满了新奇的东西。
这时候，细胞膜上有一些像小门一样的东西，叫离子通道。
它们有时候开着，有时候关着。
当它们开着的时候，钾离子就会跑出去，钠离子就会跑进来。
这一进一出，就产生了细胞膜电位。
这有啥用呢？这用处可大啦！
比如说，我们的神经细胞传递信息，就得靠这个细胞膜电位。
就好像我们在学校里传小纸条告诉同学秘密一样，神经细胞靠这个电位的变化来传递消息。
再比如，我们的肌肉收缩也离不开它。
想象一下，肌肉细胞就像是大力士，细胞膜电位就是让大力士发力的命令。
没有这个命令，大力士就没办法工作啦！
还有哦，细胞的新陈代谢也和它有关系。
这不就像是给细胞这个小工人发工资，让它们有动力干活嘛！
你说，这细胞膜电位是不是超级神奇？它虽然看不见摸不着，但是却在我们身体里悄悄地发挥着巨大的作用！我觉得呀，我们的身体真的是太奇妙啦，就像一个充满魔法的世界，到处都有让人惊叹的秘密！。
细胞膜内外在各种状态下的电位情况-概述说明以及解释
细胞膜内外在各种状态下的电位情况-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述:细胞膜是细胞内外环境的隔离屏障，同时也是细胞内外电位差的重要维持者。
细胞膜内外的电位情况对细胞功能和生理活动具有重要影响。
本篇文章将重点探讨细胞膜在不同状态下的电位情况，包括细胞膜内电位情况、细胞膜外电位情况，以及在不同状态下的电位变化。
通过对这一重要问题的探讨，我们希望能够更深入地理解细胞内外电位的重要性，以及其对细胞功能的影响，为未来相关研究提供一定的参考和启示。
1.2 文章结构文章结构部分的内容：本文将分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分中，我们将对细胞膜内外电位情况进行概述，并介绍文章的结构和目的。
在正文部分中，我们将详细讨论细胞膜内和外的电位情况，以及不同状态下电位的变化。
最后，在结论部分中，我们将总结细胞膜内外的电位情况，探讨电位变化对细胞功能的影响，同时展望未来的研究方向。
通过对这些内容的分析和讨论，我们将全面了解细胞膜内外在各种状态下的电位情况。
"1.3 目的":目的是探讨细胞膜内外在不同状态下的电位情况，揭示其在细胞生理活动中的重要作用和影响。
通过对细胞膜内外电位的研究，可以深入了解细胞的电信号传导机制，揭示不同细胞状态下电位的变化规律，为疾病诊断和治疗提供新的思路和理论基础。
同时，通过探讨电位变化对细胞功能的影响，可以进一步揭示细胞内信号传导途径的重要性，为未来细胞生物学的研究提供参考和指导。
2.正文2.1 细胞膜内电位情况细胞膜内部的电位是指细胞质内相对于细胞外的电位差。
通常情况下，细胞膜内部的电位为负值，约为-70mV。
这种负电位主要是由于细胞膜上的离子通道和泵蛋白维持了细胞内外不同离子浓度的平衡状态。
在正常情况下，细胞膜内外之间存在着钠-钾泵、钾通道、氯离子通道等，这些离子通道和泵蛋白的作用使得细胞内部的电位保持在负值。
细胞膜内的电位不仅与离子通道和泵蛋白的功能有关，还与细胞内各种代谢活动、信号传导等密切相关。
线粒体膜电位与细胞生存的关系
线粒体膜电位与细胞生存的关系线粒体是细胞内的一个重要细胞器，它的主要功能是将养分氧化成能量(ATP)。
线粒体中有一种叫做“线粒体内膜电位”的生化物质，它是线粒体内外膜的电场差，也就是膜电位（Δψm）。
膜电位对细胞有着重要的作用，它是影响线粒体ATP合成、细胞凋亡以及氧化还原状态等关键的因素之一。
膜电位的变化直接影响了细胞内能量代谢的过程，从而决定着细胞的生命与死亡。
1.膜电位与ATP合成线粒体细胞膜电位（Δψm）是调节ATP合成的关键因素之一。
ATP合成需要通过碳水化合物、脂质和蛋白质发生氧化反应，产生一系列的氧化还原反应。
这些氧化还原反应所产生的电子，最终被线粒体的电子传递链接收，最终被用来化合合成ATP。
膜电位是由电子呼吸链的膜上的质子泵和质子泄漏进行维持和调节的。
通过膜电位的维持，可以使线粒体能够稳定、高效地合成ATP，而且膜电位的降低则会对ATP合成产生重大的影响。
2.膜电位与细胞凋亡调节细胞死亡是膜电位以及线粒体的另一个重要作用。
膜电位降低可能诱导细胞凋亡，这种现象称为线粒体途径的细胞凋亡。
线粒体途径凋亡与膜电位的调控相关，因为膜电位的改变直接会影响给质膜的电荷变化。
这些变化能够调控特定通道和分子的锁定和释放，导致线粒体内酶的活化和随后凋亡的发生。
当线粒体内外膜靠近时，也会导致膜电位的下降，同时释放细胞内的酶，这正是细胞凋亡的一种典型表现。
3.膜电位与氧化还原状态线粒体膜电位与细胞氧化还原状态息息相关。
线粒体膜电位的高低会引起细胞内外氧化还原环境的改变，从而影响线粒体内外膜之间的电子流。
在正常的情况下，线粒体通过调节内外膜之间的电荷分布使部分电子向外流动或停留，从而控制氧化还原反应的进行，固定氧化还原系统的电位。
如果线粒体膜电位降低，电子会流输到线粒体外膜，生成自由基(Radical)并引起氧化应激反应。
同时，如果细胞膜电位过高，又会使细胞里的氧化还原系统处于还原态，使氧化和凋亡过程受到影响。
神经元细胞生物学中的细胞膜电位研究
神经元细胞生物学中的细胞膜电位研究神经元是一个复杂的细胞，在人体中担任着传递信息的重要角色。
神经元细胞膜电位的研究非常重要，可以帮助我们更好地理解神经元传递信息的机制，并为治疗神经系统疾病提供重要的参考。
细胞膜的结构与功能细胞膜是神经元的外壳，它决定了信息传递的速度和精确度。
细胞膜主要由磷脂双层、膜蛋白和糖蛋白组成。
磷脂双层的主要成分是磷脂和胆固醇，它们可以在不同的条件下发生形变，形成各种不同的槽和孔。
膜蛋白则控制神经元中离子的进出，包括钠、钾、氯等离子。
糖蛋白则通过糖基与其他细胞蛋白相互作用，促进神经元之间的联系。
细胞膜的电位变化细胞膜的电位变化是神经元电活动的基础。
当细胞膜内部的负离子（如蛋白质、大分子阴离子等）比外部多时，细胞膜内具有负电位；反之则是正电位。
神经元本身会维持一个静息电位，当有信息到达时，会引起细胞膜内外离子的扰动，导致细胞膜电位发生变化，这种变化被称为动作电位。
动作电位的形成和传导是神经元信息传递的基础。
细胞膜电位的记录与研究细胞膜电位的记录与研究是神经元生物学的基础。
早期的细胞膜电位实验主要采用原位记录技术和单电极插入技术，这些技术对神经元损伤较大，而且只能记录单个神经元的电位变化。
近年来，随着计算机技术的发展，膜片钳记录技术、全细胞钳记录技术和离子通道钳记录技术等新技术应运而生。
这些技术可以实现对神经元群体的电位变化进行记录和研究，大大提高了研究的精度和效率。
离子通道的研究神经元细胞膜上的离子通道是神经元信息传递的关键。
离子通道的研究不仅可以帮助我们更好地理解神经元的生理和病理状态，还可以为神经系统疾病的药物治疗提供帮助。
近年来，离子通道钳技术的发展使得离子通道的详细结构和功能得以研究。
例如，钙离子通道是神经元中最重要的离子通道之一。
研究表明，钙离子通道的突变可以导致各种神经系统疾病的发生，因此研究钙离子通道及其调节机制对于神经疾病的研究和治疗非常重要。
细胞膜电位的调节神经元细胞膜电位的调节是细胞内外离子浓度差和离子通道运作的结果。
神经元的膜电位和电流的物理作用和生物活性
神经元的膜电位和电流的物理作用和生物活性神经元是构成神经系统的重要单位，其主要功能是传递信息和控制身体的各种生理活动。
神经元的基本结构包括细胞体、树突、轴突等部分。
神经元的活动依赖于其细胞膜上的离子通道、膜电位和电流等物理特性。
在本文中，我们将详细讨论神经元的膜电位和电流的物理作用以及其生物活性。
一、神经元的膜电位神经元细胞膜上存在多种离子通道，如钾通道、钠通道等。
这些通道通过细胞膜的选择性通透性和电学性质，使得神经元细胞膜上部分离子内外浓度发生变化，引起细胞膜电位的变化。
细胞膜电位是指细胞内外离子电荷差使得细胞膜两侧间存在的电势差。
当离子通道开启时，离子沿电学梯度进入或流出细胞，从而改变细胞膜的电势（即膜电位），从而产生神经元的电生理现象。
当细胞膜内外之间的电位差达到一定程度时，就会触发神经元的动作电位。
动作电位是指神经元细胞膜内外间电势差的短暂反转，其特点是快速上升、快速下降并具有一定幅度。
这种短暂的膜电位变化是神经元传递电信号和执行神经调控活动的基础。
二、神经元的离子流和电荷运动当神经元接受到刺激时，细胞膜上的离子通道开始开放，离子沿着梯度进入或流出神经元，从而导致细胞膜的电势发生变化。
离子的自由运动涉及到离子的扩散和电场的作用力，从而使得离子流和电荷的运动发生了复杂的变化。
在神经元的离子通道中，离子的运动通过电导可以转化为电流。
电流是电荷的移动所产生的物理现象。
根据欧姆定律，电流等于电势差除以电阻。
在神经元中，电势差是由神经元内外之间的电位差引起的，而电阻则是由细胞膜和离子通道的电阻组成的。
三、神经元的生物活性神经元细胞膜的膜电位和离子流是神经元能够实现其各种生物活动的基础。
神经元可以通过膜电位的变化来调节其离子通道的活动，从而对输入的信号进行处理，产生不同的输出响应。
通过控制离子通道的开放和关闭，神经元能够实现信号快速传递和精确编码的功能。
除了对外界输入信号的处理外，神经元的生物活性还包括其参与到身体的生理调节中。
细胞膜电位差
细胞膜电位差
细胞膜电位差是指细胞膜两侧电荷分布不均导致的电位差。
细胞膜通常相对负电荷，内部带负荷的离子如蛋白质、有机酸、磷酸离子等，而外部则带正荷的离子如钠、钾、氯离子等。
这种分布差异导致了细胞膜内外的电位差，通常为-70mV。
细胞膜电位差在维持生物体内部环境稳定和细胞功能正常上发挥着至关重要的作用。
它与细胞膜传递信号、细胞外环境调节、细胞内代谢调节等相关联。
例如，细胞膜的钠-钾泵可通过将3个钠离子排出细胞，同时将2个钾离子吸入细胞，维持细胞膜内外的离子浓度差，从而维持细胞膜电位差。
此外，细胞膜电位差还与神经传递、肌肉收缩等生理现象密切相关。
细胞膜电位差异常可能导致多种疾病。
如细胞膜电位过低可能导致心律失常，细胞膜电位过高可能导致癫痫等疾病。
在治疗上，钾通道阻滞剂、钠通道阻滞剂等药物可通过调节细胞膜电位差来治疗相关病症。
- 1 -。
膜电位变化及其测量课件
通过膜片钳技术等手段，可以检测药物对膜电位的影响，从而筛选 出具有潜在治疗作用的新药。
药物优化
通过对膜电位变化的深入研究，可以对现有药物进行优化和改进， 提高药物的疗效和降低副作用。
在疾病诊断和治疗中的应用
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疾病诊断 膜电位变化与某些疾病的发生和发展密切相关， 通过检测膜电位变化可以辅助医生进行疾病诊断。
心血管系统的疾病
心律失常
心律失常患者的细胞膜电位异常， 可能导致心脏节律紊乱。
心肌缺血
心肌缺血时，心肌细胞的膜电位降 低，可能导致心肌收缩和舒张功能 受损。
高血压
高血压患者的血管平滑肌细胞膜电 位异常，可能导致血管收缩和血压 升高。
其他系统的疾病
糖尿病
糖尿病患者的神经和血管系统膜 电位异常，可能导致神经病变和
疾病治疗 一些疾病的治疗过程中，膜电位变化会发生变化， 通过监测膜电位变化可以指导医生制定合理的治 疗方案。
疗效评估 在疾病治疗过程中，膜电位变化可以作为疗效评 估的指标之一，帮助医生判断治疗效果和调整治 疗方案。
在生理和药理研究中的应用
生理研究
膜电位变化是细胞生理功能的重 要组成部分，通过对其深入研究 可以揭示细胞生理活动的规律和 机制。
复极化
复极化是指膜电位由去极化状态恢复 到静息状态的过程。
复极化过程中，钠离子通道和钾离子 通道的开放和关闭是关键，其开放时 间相对较长。
复极化主要是由于钾离子的外流和钠 离子的内流，使得膜电位逐渐恢复到 静息状态。
复极化是动作电位周期性产生的基础， 对于维持细胞的正常功能具有重要作 用。
反极化
药理研究
膜电位变化是药物作用的重要机 制之一，通过对其深入研究可以 揭示药物的作用机制和靶点可以影响细 胞内外的物质交换，调节 细胞功能。
膜电位的离子
膜电位的离子
膜电位是细胞内外离子浓度差异所产生的电位。
膜电位的生成主
要与细胞膜上的离子通道有关。
下面我们来详细了解一下膜电位的离
子成分。
1. 钠离子（Na+）：细胞外的钠离子相对于细胞内而言浓度较高，因此，当细胞膜上的钠离子通道打开时，钠离子会向细胞内流动，使
得膜电位变得更正。
2. 钾离子（K+）：细胞内的钾离子相对于细胞外而言浓度较高，
因此，当细胞膜上的钾离子通道打开时，钾离子会从细胞内流出，使
得膜电位变得更负。
3. 氯离子（Cl-）：细胞外的氯离子相对于细胞内而言浓度较高，因此，当细胞膜上的氯离子通道打开时，氯离子会向细胞内流动，使
得膜电位变得更正。
4. 钙离子（Ca2+）：细胞内的钙离子相对于细胞外而言浓度较低，因此，当细胞膜上的钙离子通道打开时，钙离子会向细胞内流动，使
得膜电位变得更正。
膜电位的离子成分对于细胞功能具有重要作用。
例如，心肌细胞
在控制心脏跳动上，膜电位的变化对于心肌收缩和舒张非常关键。
此外，神经元在传导信号时，膜电位的变化也决定了神经元的兴奋性和
抑制性。
因此，深入了解膜电位的离子成分对于理解细胞生理学的基本原理非常重要。
在临床应用上，针对某些疾病的治疗也可能涉及到对于膜电位的调节，例如心律失常的治疗。
因此，探究膜电位的离子成分有着重要的指导意义。
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1.2 细胞动作电位
细胞受到刺激时，在静息电位的基础上 发生一次短暂的扩布性的电位变化，这 种电位变化称为动作电位。
动作电位产生与细胞膜的通透性及离子转运有关
1.2.1 动作电位的形成机制
动作电位上升支：Na+内流所致。动作电位的幅度 决定于细胞内外的Na+浓度差,细胞外液Na+浓度降 低动作电位幅度也相应降低，而阻断Na+通道(河豚 毒)则能阻碍动作电位的产生。 动作电位下降支：K+外流所致。跟Na+电流相比,K+ 电流具有更加广泛的动力学特征，电压依赖性，药 理学特点，单通道行为和其他的一些特征。因此， 在所有类型细胞中，都发现钾通道参与调节了动作 电位,不论该动作电位是由Na+，Na+和Ca2+，或者 C1-引起的，都在复极化过程中受到了钾通道的调 节。
1.2.2 动作电位的分期
刺激 局部电位 上 升 支 阈电位 去极化 零电位 反极化（超射） 反极化（超射） 支 复极化 （负、正）后电位 去 极 化
0mv 阈电位
静息电位
1.上升支又称去极相 上升支又称去极相 包括膜电位的去极化 反极化两个过程 去极化和 两个过程； 包括膜电位的去极化和反极化两个过程； 2.下降支又称复极相 下降支又称复极相 即膜电位的复极化过程。 复极化过程 即膜电位的复极化过程。 3.后电位 后电位 在锋电位的下降支恢复到静息电位水平 以前约相当于动作电位幅度70％左右处， 以前约相当于动作电位幅度 ％左右处， 膜电位还要经历一段微小而缓慢的波动， 膜电位还要经历一段微小而缓慢的波动， 称为后电位
–通常规定膜外电位为零，则膜内 大都在-10～-100mV之间。 –哺乳动物神经和肌肉细胞的静息 电位值为-70～-90mV
静息电位的测量——膜片钳技术 静息电位的测量
膜片钳技术
1976年，德国的两位细胞生物学家埃尔温.内尔 (Erwin Neher)和贝尔特.萨克曼CBert Sakmann)建立了一 种以记录通过离子通道的离子电流来反映细胞膜上单一或 多数离子通道分子活动的技术，称为膜片钳技术(Patch clamp technique)。为细胞生理学的研究带来了一场革命 性的变化，因而两位科学家于1991年荣获诺贝尔生理学 或医学奖。 膜片钳技术是以微弱电流信号测量为基础的，利用玻 璃微电极与细胞膜封接可测量多种膜通道电流，其值可小 到皮安(pA, 10-12A)量级，是一种典型的低噪声测量技术， 达到当今电子测量的极限。膜片钳技术发展至今，己成为 现代细胞电生理研究的常规方法，它不仅可以作为基础生 物医学研究的工具，而目在间接或直接为临床医学服务方 面，正在产生积极的效果。
细胞膜电位
1、细胞膜电位基本理论 、
细胞膜内外之间的电势差称为膜电压，又叫膜电位 膜电位 细胞水平的生物电现象主要有两种表现形式，这就 是它们在安静时具有的静息电位 静息电位和它们受到刺激时 静息电位 产生的动作电位 动作电位.体内各种器官或多细胞结构所表 动作电位 现的多种形式的生物电现象，大都可以根据细胞水 平的这些基本电现象来解释.
膜现象几乎完全控制着离子和中性分子等物质 从活细胞外部向内部或者反方向的运输，离子向一 个方向和两个方向的运输造成了跨膜电位差，它反 过来调节着一系列的物质运输，膜电位是由于横跨 膜的可透离子和化学为不同产生的非平衡电位，在 化学作用和电性力达到平衡的条件下能够按照离子 的通透性和浓度计算出膜电位数值。一般来说，细 胞受到刺激一般从膜电位的变化开始，反过来膜电 位又适应了变化了的通透性。
1.1 细胞静息电位
静息电位指细胞未受到刺激时存在于 细胞内外两侧的电位差
细胞膜内侧环境稳定，在其中进行着许 多复杂的生物化学过程.由于细胞膜对不同离 子有不同的通透性.细胞膜内和细胞膜外在 + 、K+ 和Cl- 的含量上有明显的差别，导 Na 致了3个100tnv的跨膜电位差.
1 、极化 体内所有细胞的静息电位都表现为细胞 膜内侧为负电位，外侧为正电位。这种 状态称为膜的极化。 2、去极化 在动作电位发生和发展过程中，膜内、外 电位差从静息值逐步减小乃至 消失，这个过程称为去极化
The endຫໍສະໝຸດ 谢 谢2009.11.06
细胞膜具有电路元件(如电阻器、电容器等)类似的特性， 如图2-1（A）所示。因而可用图2-1(B)所示的等效电路来 表征。其中，Rm,为膜电阻，表示离子通道的电阻;Cm为膜 电容，表示膜的脂质双分子层的介电特性;利用等效电路 的概念，在膜片钳电生理实验中，可以测量细胞的膜电流 Im和膜电位Vm的值。膜片钳放大器电路由高增益集成运算 放大器A1和A2组成(图2-2 )。A1与反馈电阻Rf组成电压并 联负反馈电路，A:组成单位增益差分电路。A1的输入端通 过玻璃微电极与细胞膜封接;电极尖端直径约1um，因而 封接微区形成一微小的膜片。微电极经过细胞、浴池中的 参考电极和放大电路构成回路。根据负反馈放大电路的原 理，A1的两输入端之间形成“虚短”的现象。当A1的同相 输入端外加一命令电压Vc(方波)时，可使细胞膜钳位于Vc， 但信号源电路并不影响被测细胞的活性状态，符合生物测 量的要求[2]
3、反极化或(超射) 膜两侧电位倒转，成为膜外负电位、 膜内正电位，称为反极化或超射 4、复极化(恢复极化) 5 、超极化(电位大于极化) 注:膜电位增大(在负电位时):绝对值增大(数 值增大)
反极化(超射 反极化 超射) 超射
(去极化 去极化) 去极化 (复极化 复极化) 复极化
极化(静息电位 极化 静息电位) 静息电位 超极化
膜片钳技术原理
膜片钳技术运用微玻管电极(膜片电极或膜片吸管)接触 细胞膜，以千兆欧姆[gigaohm sea1,1010欧姆(G。)」以 上的阻抗使之对接，使与电极尖开口处相接的细胞膜小 片区域(膜片)与其周围在电学上分隔，在此基础上固定电 位，对此膜片上的离子通道的离子电流(pA级)进行检测 记录。
图5 膜片钳实验系统示意图
静息状态下细胞膜内外主要离子分布 及膜对离子通透性 • `
主要 离子
Na K A Cl
+ + -
离子浓度
（ mmol/L）
膜内 14 155 8 60
膜外 142 5 110 15
膜内与膜 膜对离子通 外离子比 透性 例
1:10 31:1 1:14 4:1
通透性很小 通透性大 通透性次之 无通透性
如果说静息电位是兴奋性的基础， 那 么，动作电位是可兴奋细胞兴奋的标志
• 兴奋性：在可兴奋细胞上可理解为可兴奋 细胞在受刺激时产生动作电位的能力。 • 可兴奋细胞：受刺激时产生动作电位的细 胞。包括:神经细胞、肌肉细胞和腺体细胞
参考文献
1、施朝霞，CMOS细胞膜电位和pH值传感芯片的设计与研究，浙江大学博士学位 论文，2008.06.06 2、龚波，培养大鼠海马神经细胞膜电位变化对动作电位影响的研究，电子科技 大学硕士学位论文，2007.06.11 3、何文; 肖礼海; 孙安琪; 王小芹; 徐燃 ，壳聚糖及其衍生物对HaCaT细胞膜 电位的影响，中国药学杂志，2009 4、尹晓明; 范晓荣; 贾莉君; 曹云; 沈其荣 ，NH4+的吸收对水稻根系细胞膜电 位的影响，植物营养与肥料学报，2005.06 5、申治国; 庄志雄; 黄海雄; 张锦周; 张炳尧; 雷衡毅; 杨燕生 ，Ce3+对细胞 膜电位的影响，中国卫生检验杂志，2001.02 6、贾莉君，离子选择微电极测定植物细胞跨膜电位和液泡中硝酸根离子活度的 方法研究，南京农业大学硕士学位论文，2006.06 7、左明雪，细胞静息膜电位的产生和维持，生物学通报，2006年第41卷第4期 8、左明雪，细胞静息膜电位的测量，生物学通报，2006年第41卷第5期 9、康华光，细胞电生理与膜片钳技术，中国医疗器械杂志， 2000年24卷第3期