2.细胞的生物电现象资料
细胞生物电现象
Na+平衡电位 ENa ： Na+内流造成膜内正
电位,是Na+进一步内流 的阻力，
当Na+内流的动力与 阻力达到平衡时,膜上 Na+净通量为零,膜两侧 电位差达到了一个新的 平衡电位，
复极化：
钠通道进入 “失活” 状态时,膜对K+的通透性进 一步增大,膜内K+顺浓度差 和电位差 膜内带正电 推动 向膜外扩散,使膜内电位由 正值向负值发展,直至回到 原初安静时电位水平，
此时钠通道失活状态 解除,回复到可被激活或备 用状态,细胞又能接受新的 刺激，
复极后的恢复期：
据估计,神经纤维每兴 奋一次,进入细胞内Na+量大 约使膜内Na+浓度增加八万 分之一,逸出的K+量也近似 这个数值，
这种状态激活细胞膜上 钠-钾泵,将细胞内多余Na+ 运至细胞外,将细胞外多余 K+运回细胞内,从而使细胞 膜内外离子浓度恢复到原初 安静时的水平,重建膜的静 息电位，
大致相当于绝对不应期
负后电位
大致相当于相对
不应期和超常期
正后电位
大致相当于低常期
第三节 神经冲动产生和传导
一、神经冲动的产生 一 外向电流和电紧张性电位
1、极性法则
概念：当用短暂的直流电刺激神 经时,通常仅在通电和断电时各引 起一次兴奋,通电时兴奋发生在阴 极部位,断电时则在阳极部位，
2、实验证明
1 无Na+细胞浸浴液：神经浸浴 于无Na+溶液时,动作电位不出 现，
2 降低细胞浸浴液Na+浓度：用 蔗糖或氯化胆碱替代细胞浸浴 液中Na+,使细胞外液Na+浓度减 小而渗透压、静息电位保持不 变,发生的动作电位幅度或其超 射值减小,减小的程度和Na+平 衡电位减小的预期值相一致，
第二章 第二节 细胞的生物电现象
3、影响静息电位的影响因素 、
• （1）细胞内外 +浓度差 ）细胞内外K • （2）膜对 +和Na+通透性 ）膜对K • （3）钠-钾泵的活动水平 ） 钾泵的活动水平
(二)动作电位 二 动作电位
1、定义 、 动作电位： 动作电位： 细胞受刺激而兴奋时，细胞膜在静息电位的 细胞受刺激而兴奋时， 受刺激而兴奋时 基础上产生的一次迅速短暂、可扩布的电位变化， 基础上产生的一次迅速短暂、可扩布的电位变化， 是细胞兴奋的标志 。 可兴奋细胞:神经细胞、肌细胞、 可兴奋细胞:神经细胞、肌细胞、部分腺细胞
膜电位 项目 产生机制 平衡电位 通道 阻断剂 电荷分布 状态 特点
静息 电位
K+外流
动作电位
峰电位 后电位 上升支 下降支 负后电位 正后电位 Na+内流 K+外流 K+外流↓ 钠泵活动
EK
四乙胺 极化 稳定直 流电位
ENa
河豚毒素
EK
四乙胺 四乙胺
去极化(含 复极化 未恢复到 轻度超极 RP 反极化) 化 快速、可扩布的电位变化
（四）局部兴奋及其总和
• 1、局部兴奋的概念 、 • • 由阈下刺激引起的局部细胞膜的微小去 极化。 极化。 少量内流引起， 由Na+少量内流引起，局部兴奋可提高 细胞膜的兴奋性。 细胞膜的兴奋性。减小膜电位与阈电位的 差距。 差距。
2、局部兴奋的特点（与动作电位区别） • 局部兴奋 1.等级性现象（没有“ 1.等级性现象（没有“全 等级性现象 或无”） 或无” 2.呈衰减性传导 2.呈衰减性传导 3.总和现象（无不应期） 3.总和现象（无不应期） 总和现象 • 动作电位 1.“全或无” 1.“全或无” 现象 2.不衰减性传导 2.不衰减性传导 3.脉冲式 3.脉冲式
医学基础知识细胞的生物电现象
1.静息电位的概念：静息电位是指细胞处于安静状态(未受刺激)时，存在于细胞膜内外两侧的电位差，又称跨膜静息电位。
2.静息电位产生机制：细胞膜两侧带电离子的分布和运动是细胞生物电产生的基础。
静息电位也不例外。
1)产生的条件：①细胞内的K+的浓度高于细胞外近30倍。
②在静息状态下，细胞膜对K+的通透性大，对其他离子通透性很小。
2)产生的过程：K+顺浓度差向膜外扩散，膜内C1-因不能透过细胞膜被阻止在膜内。
致使膜外正电荷增多，电位变正，膜内负电荷相对增多，电位变负，这样膜内外便形成一个电位差。
当促使K+外流的浓度差和阻止K+外流的电位差这两种拮抗力量达到平衡时，使膜内外的电位差保持一个稳定状态，即静息电位。
这就是说，细胞内外K+的不均匀分布和安静状态下细胞膜主要对K+有通透性，是使细胞能保持内负外正的极化状态的基础，所以静息电位又称为K+的平衡电位。
3.动作电位的概念：指可兴奋细胞受到刺激时，在静息电位的基础上爆发的一次膜两侧电位的快速可逆的倒转，并可以扩布的电位变化。
4.动作电位的产生机制1)产生的条件：①细胞内外存在着Na+的浓度差，Na+在细胞外的浓度是细胞内的13倍之多。
②当细胞受到一定刺激时，膜对Na+的通透性增加。
2)产生的过程：细胞外的Na+顺浓度梯度流人细胞内→当膜内负电位减小到阈电位时→Na+通道全部开放→Na+顺浓度梯度瞬间大量内流，细胞内正电荷增加→膜内负电位从减小到消失进而出现膜内正电位→膜内正电位增大到足以对抗由浓度差所致的Na+内流→跨膜离子移动和膜两侧电位达到一个新的平衡点，形成锋电位的上升支，该过程主要是Na+内流形成的平衡电位，故称Na+平衡电位。
在去极化的过程中，Na+通道失活而关闭，K+通道被激活而开放，Na+内流停止，膜对K+的通透性增加，K+借助于浓度差和电位差快速外流，使膜内电位迅速下降(负值迅速上升)，直至恢复到静息值，由+30mV降至—90mV，形成动作电位的下降支(复极相)。
细胞的生物电现象
细胞的生物电现象细胞的生物电现象概述：生物电现象是指生物体内各种细胞所产生的电现象。
细胞的电现象包括静电现象和动电现象。
静电现象是指细胞膜内外的电位差异，而动电现象是指细胞的离子流动和膜电位的变化。
一、细胞的静电现象细胞的静电现象是指细胞膜内外电位的差异，通常称为细胞膜电位。
细胞膜电位是细胞的基本电现象之一，它的起源主要为静息电位和动作电位。
静息电位是细胞在静态状态下所表现出的电位。
在静息电位下，细胞的内部电位为负，外部电位为正。
细胞膜上的离子通道在细胞静态状态下始终处于开放状态，这使得静息电位维持不变。
动作电位是细胞在受到刺激时所表现出的电位。
在动作电位下，细胞内部电位由负变正，外部电位由正变负。
这种变化主要源于细胞膜上钠离子通道的快速开启和关闭，以及钾离子通道的慢速开启和关闭。
二、细胞的动电现象细胞的动电现象是指离子在细胞内外之间的流动和膜电位的变化。
细胞膜上的离子通道对细胞的动电现象起着重要的调控作用。
主要的离子通道包括钠通道、钾通道和钙通道。
在细胞受刺激时，钠通道迅速开启，随后钾通道开启，同时钠通道关闭。
这使得细胞内部电位迅速升高，形成动作电位。
随着钾离子的流出，细胞内部电位逐渐降低到静息电位。
钙通道参与了很多细胞的生物学过程，如细胞分裂、囊泡的释放和细胞增殖等。
钙离子的流动能够改变细胞内的信号转导和细胞内的酶活性，从而调节细胞的代谢和功能。
总结：细胞的生物电现象被广泛地应用于药物研究、细胞生物学研究和神经科学研究等方面。
通过对细胞的电现象进行研究，人们可以更好地理解细胞的生物学特性和生理学特性，从而开发新的药物、诊断工具和治疗方法。
细胞生物电现象
生物电变化。
●图形：
上升相 去极化
动作电位
下降相 复极化
生物电现象产生的机制
（一）生物电现象的离子学说
生物电的产生依赖于细胞膜对
化学离子严格选择性的通透性及其 在不同条件下的变化。
1、细胞膜内外离子分布的不均匀
膜内有较多的K+和带负电的大分子有机物，
膜外有较多的Na+和Cl-。 据测定，各类细胞在膜内的K+浓度约为膜 外的20-40倍，而Na+浓度则膜外约为膜内的712倍。
有机物则几乎不通透。
+ （二）静息电位与K 平衡电位
1、过程
细胞安静时，K+顺化学 浓度剃度向膜外扩散，膜内 带负电大分子有机物留在膜 内。 K+外流加大膜两侧电场 力，使同性电荷相斥和异性 电荷相吸的力量也在不断增 加。当浓度差和电场力对K+ 移动的效应达到平衡时，膜 对K+的净通量为零。 K+平衡电位（Ek）。
兴奋性分期 测试刺激强度 兴奋性变化
可能机制
绝对不应期
无限大
兴奋性降至 零
相对不应期 ＞条件刺激强 兴奋性逐渐 度 恢复 超常期
低常期
Na+通道处于 被激活后暂 时失活状态 Na+通道部分 开放 膜处于部分 去极化状态
膜处于复极 化状态
＜条件刺激强 兴奋性超过 度 正常水平
＞条件刺激强 兴奋性低于 度 正常水平
2、阈电位和动作电位
阈电位： 当刺激增强到阈值， 使膜电位减小到临界水平 （神经、肌肉细胞约在50至-70mv），便爆发动 作电位。这一临界膜电位 水平称为阈值膜电位或简
称阈电位。
阈刺激与阈电位关系
阈刺激： 刺激强度和作用时间等参数足以使 膜电位去极化到阈电位的刺激
细胞的生物电现象
细胞的生物电现象
细胞是生命的基本单位，它们在生命活动中扮演着至关重要的角色。
细胞内部存在着许多生物电现象，这些现象对于细胞的正常运作和生命活动具有重要的影响。
细胞膜是细胞内部与外部环境之间的重要隔离层，它具有选择性通透性，可以控制物质的进出。
细胞膜内外存在着电位差，这是由于细胞膜内外的离子浓度不同所导致的。
细胞膜内部主要是负离子，如蛋白质、磷酸根离子等，而细胞膜外部则主要是正离子，如钠离子、钾离子等。
这种离子浓度差导致了细胞膜内外的电位差，也就是所谓的膜电位。
细胞膜的膜电位是细胞内部的重要信号传递方式。
当细胞受到外界刺激时，如化学物质、光线、温度等，会引起细胞膜内外离子浓度的变化，从而改变膜电位。
这种膜电位的变化可以传递到细胞内部，引起细胞内部的生物电反应，如离子通道的开闭、细胞内钙离子浓度的变化等。
细胞内部的生物电反应对于细胞的正常运作和生命活动具有重要的影响。
例如，神经细胞的兴奋性和抑制性就是由于细胞膜内外离子浓度差所导致的膜电位变化。
当神经细胞受到外界刺激时，会引起膜电位的变化，从而引起神经冲动的产生和传递。
此外，细胞内部的生物电反应还可以影响细胞的代谢、分化、增殖等生命活动。
细胞的生物电现象是细胞内部的重要信号传递方式，对于细胞的正常运作和生命活动具有重要的影响。
未来的研究将进一步揭示细胞内部的生物电反应机制，为人类健康和疾病治疗提供更多的思路和方法。
细胞的生物电现象
细胞的生物电现象
静息电位及其产生机制：静息电位是指细胞在未受刺激时存在于细胞膜内、外两侧的电位差。
多数细胞的静息电位是稳定的负电位。
机制：①钠泵主动转运造成的细胞膜内、外Na+和K+ 的不均匀分布是形成生物电的基础。
②静息状态下细胞膜主要是K+通道开放，K+受浓度差的驱动向膜外扩散，膜内带负电荷的大分子蛋白质与K+隔膜相吸，形成膜外为正，膜内为负的跨膜电位差。
当达到平衡状态时，K+电—化学驱动力为零，此时的跨膜电位称为K+平衡电位。
动作电位及其产生机制：在静息电位
的基础上，可兴奋细胞膜受到一个适当的刺激，膜电位发生迅速的一过性的波动，这种膜电位的波动称为动作电位。
锋电位、去极化、复极化和后电位。
产生机制：①上升支的形成：当细胞受到阈刺激时，引起Na+内流，去极化达阈电位水平时，Na+通道大量开放，Na+迅速内流的再生性循环，造成膜的快速去极化，使膜内正电位迅速升高，形成上升支。
当Na+内流达到平衡时，此时存在于膜内外的电位差即Na+的平衡电位。
动作电位的幅度相当于静息电位的绝对值与超射值之和。
动作电位上升支主要是Na+的平衡电位。
②下降支的形成：钠通道为快反应通道，激活后很快失活，随后膜上的电压门控K+通道开
放，K+顺梯度快速外流，使膜内电位由正变负，迅速恢复到刺激前的静息电位水平，形成动作电位下降支。
第二节细胞的生物电现象
13 13
动作电位
• 细胞膜接受刺激时，在静息电位的基础上发生一 次快速的、可扩布性的电位变化，称为动作电位。
14 14
+40 +20
(mv)
0 -20
-40
-60 -80
阈电位
-100
动作电位
15 15
动作电位的模拟实验
16 16
Байду номын сангаас
去极化期 （上升支）
由Na+内流形成的
17 17
动作电位产生的基本条件
细胞外
＋
＋
+40
＋
+20 0 (mv) -20
－
细胞内
-40
－－
-60
-80 -100 静息电位
11 11
功能状态
极化——静息状态
超极化——抑制状态 去极化——兴奋状态 复极化——由兴奋状态恢复到静息状态
12 12
二、动作电位及其产生机制
（一）动作电位
（二）动作电位产生机制
（三）动作电位的引起和传导
阈电位
23 23
3、动作电位的传导
传导原理 ： (局部电流学说) 细胞膜兴奋(动作电位） 相邻的膜之间产生了电位差 膜内外电荷的定向移动
局部电流环路 动作电位
24 24
3、动作电位的传导
传导特点：
1）不衰减性 2）“全或无”现象 3）双向性
25 25
3、动作电位的传导
传导特点：
1）不衰减性 2）“全或无”现象 3）双向性
细胞外
＋
＋
+40
＋
+20 0 (mv) -20
－
细胞的生物电现象
细胞的生物电现象在我们神奇的生命世界中，细胞是构成生物体的基本单位。
而细胞内部存在着一种奇妙的现象——生物电现象。
这一现象对于细胞的正常功能和生命活动起着至关重要的作用。
要理解细胞的生物电现象，首先得知道什么是生物电。
简单来说，生物电就是生物体内产生的电现象。
细胞的生物电现象主要包括静息电位和动作电位。
静息电位，就好比细胞在安静休息时的“状态”。
在细胞未受到刺激时，细胞膜内外存在着一定的电位差，一般来说，细胞内的电位比细胞外的电位低，这种电位差就被称为静息电位。
为什么会有这样的电位差呢？这主要是因为细胞膜对不同离子的通透性不同。
细胞膜对于钾离子的通透性相对较高，而对于钠离子的通透性相对较低。
于是，钾离子就会顺着浓度梯度从细胞内流向细胞外。
但是，细胞内的一些带负电的大分子物质不能通过细胞膜，这就导致细胞内留下了较多的负离子，从而形成了内负外正的电位差。
动作电位则是细胞在受到刺激时产生的快速电位变化。
当细胞受到一个足够强的刺激时，细胞膜的通透性会发生瞬间的改变。
钠离子通道会迅速打开，大量的钠离子涌入细胞内，使细胞膜内的电位迅速升高，从原来的内负外正变成内正外负。
这个过程非常迅速，就像一个闪电一样，所以被称为“动作电位”。
动作电位一旦产生，就会沿着细胞膜迅速传播，就像在一条道路上传递一个紧急的信号。
细胞的生物电现象在很多生理过程中都发挥着重要作用。
比如说，神经细胞通过产生和传导动作电位来传递信息。
当我们感觉到外界的刺激，比如触摸到一个热的物体，皮肤上的感觉神经末梢会产生动作电位，并沿着神经纤维传递到中枢神经系统，让我们产生痛觉并做出相应的反应。
肌肉细胞也依赖生物电现象来实现收缩。
当神经冲动传递到肌肉细胞时，会引起肌肉细胞产生动作电位，触发肌肉收缩，从而让我们能够完成各种动作。
在心脏中，生物电现象更是至关重要。
心脏的节律性跳动就是由心肌细胞的生物电活动所控制的。
心肌细胞的动作电位和静息电位的变化规律，决定了心脏的收缩和舒张的节奏，从而保证了血液在体内的正常循环。
生物电现象
和阴极射线示
波器等实验设 备. 分为细胞内 记录和细胞外 记录两种方法.
Conception and composition of action potential
动作电位就是细胞兴奋时产 生的快速、可恢复性的电变 化. Ap的组成: 去极相: Rp值 + 超射值=Ap幅值 复极相: 负后电位和正后电位 锋电位(Spike potential)
Repolarization of action potential
当AP去极相达峰值时,膜 对Na+通透性突然降低,同 时对K+通透性突然增加而 致K+外流产生了AP的复 极相. 在AP产生过程中,膜对 Na+ 、K+通透性的改变其 本质是由于电压门控式 Na+通道和K+通道激活和 失活的结果.
Mechanisms of membrane potential generating in a cell
1902年Bernstein提出了膜学说:细胞膜两侧离 子的不同分布和运动,是产生生物电的基础.
Mechanisms of membrane potential generating in a cell
动作电位在同一细胞上的
传播叫传导(conduction).
AP的传导是靠兴奋部位的
膜与未兴奋部位的膜之间
形成局部电流实现的.
Myelinated nerve fiber
有髓纤维AP呈跳跃 式传导(saltatory conduction). 优点:1.速度快 2.节省能量 延神经纤维传导着 的AP叫神经冲动 (nerve impulse).
Properties of Na+ and K+ channel
《细胞生理学》细胞的生物电现象
4.反应及两种形式（兴奋和抑制）
5.阈强度：固定刺激时间及强度时间变率，
刚能引起组织产生反应的刺激强度。简称阈值。
阈值大则兴奋性低，反之亦然 阈上刺激 阈下刺激 阈刺激
（三）细胞兴奋后兴奋性的周期性变化
绝对不应期 相对不应期 超常期 低常
期正常 （图）
生物电记录方法（图）
二、静息电位 RP
概念：指细胞在静息状态时，细胞膜两侧 的电位差。（图） 极性：内负外正，大小用负值表示
大小：神经元：－90mv
几个概念：
极化：静息时，膜两侧的内负外正状态
超极化：膜内电位向负值变大的方向变
化
去极化：膜内电位向负值减小的方向变
化
复极化：由去极化或超极化向RP值恢复
局部兴奋（图） பைடு நூலகம்点（图） （1）电位幅度小，呈衰减性传导 （2）等级性，非 “全或无”式 （3）可以总和： 时间总和 空间总和
（三）动作电位的传导：局部电流学说 AP在同一细胞上是以局部电流的形式传导的 局部电流：已兴奋膜与未兴奋膜之间存在 电位差，而发生的电荷移动。 神经纤维AP的传导：神经冲动 （1）无髓神经纤维AP的传导（图） （2）有髓神经纤维AP的传导 在两个相邻的郎飞结间呈跳跃式传导 传导速度快，节能。 影响传导速度的因素： 轴突直径 是否有髓鞘
AP的产生实质上是受刺激后Na+ 、 K+通道 状态改变导致膜对Na+ 、 K+通透性（电导） 改变的结果。 （图） K+通道：是电压依赖式离子通道，有开、关 两种状态 阻断剂：四乙基胺、四氨基吡啶 Na+ 通道:是电压及时间依赖式离子通道，有 开、关、失活三种状态（图） 阻断剂： 河豚毒素、局麻药 后电位 后去极化：快速K+外流堆积，复极化减慢 后超极化：钾通道开放时间长，过多钾外流
第二节 细胞的生物电现象
（二）静息电位的产生机制
1.生物电产生的前提条件： （1）细胞内外某些离子的分布和浓度不均衡（细 胞内钾离子浓度高，而细胞外钠离子和氯离子浓 度高） （2）细胞膜在不同状态下对离子的通透性不同： 安静状态下细胞膜对钾离子的通透性较大 （钾离子通道开放），对钠离子和氯离子的通透 性很小（钠离子通道、氯离子通道关闭）对膜内
细胞膜的某一点受刺激而兴奋，兴奋点产生动作电位（出现内正外负的反极化状态）
兴奋点与临近的未兴奋点产生电位差，产生电荷移动，形成局部电流
局部电流对未兴奋点形成刺激，使未兴奋点去极化（达到阈电位水平），触发新的动作电位产生，使它转变为新的兴奋点
2.动作电位的传导
（2）传导特点： ①不衰减性：电位幅度不会因传导距离加大而减小（保证了远程信息 传导的准确性。 ②全或无现象：动作电位要么不产生（无），一旦产生就达到最大 （全），其幅度不会随刺激强度增加而加大。 ③双向传导：刺激神经纤维的中段，产生的动作电位可沿细胞膜向两 端传导。
24. 24.
动作电位模式图
25.
（二）、动作电位产生机制：
@动作电位的上升支： 1.细胞受到刺激时，受刺激部位细胞膜上少量的钠离子通道开放，钠离子 少量内流，使膜发生局部去极化（膜电位减少）。 2.当膜去极化达到阈电位（引起膜上钠离子通道突然大量开放的临界膜电 位值）时，膜上钠离子通道突然大量开放，钠离子快速、大量内流（在浓 度差和电位差的双重力推动下），细胞内正电荷迅速增加，使膜电位迅速 升高至0，进而出现内正外负的反极化状态。 3.当促使钠离子内流的动力（浓度差）与阻止钠离子内流的阻力（电位差） 达到平衡时，钠离子净内流停止动作电位达到最大幅度（钠离子的平衡电 位）
1.动作电位的引起： （4）阈强度（阈值）：使膜去极化达到阈电位的最小 刺激强度。 （5）动作电位的暴发：膜电位达到阈电位后其本身进 一步去极化的结果，与施加刺激的强度没有关系。 （6）阈刺激和阈上刺激：引起膜去极化使膜电位从静 息电位达到阈电位水平
生理学2 细胞的基本功能22.2 细胞的生物电现象
Na+ Cl 13 -30
膜外
离子浓度差=电位差
在静息状态下，细 胞膜内K+的高浓度和安静 时膜主要对K+的通透性， 是大多数细胞产生和维持 静息电位的主要原因。
※ 静息电位和K+平衡电位
（1）静息状态下细胞膜对K+有通透性 （2） K+经细胞膜易化扩散（外流） （3）扩散到膜外的K+形成阻碍K+继续扩散的正电场力 （4）达到K+的电-化学平衡电位 （5）改变细胞外K+浓度将影响RP值
扩步的电位变化。
峰电位 +35
膜 电
0
位
超射
阈电位 -55
静息电位 -70
负后电位 正后电位
(mv)
时间 (ms)
第一阶段：动作电位上升支的形成
由于刺激引起膜对Na+的通透性 瞬间增大（Na+通道被激活，对K+通 透性减小），膜外的Na+内流，使膜 电位由-70mV增加至0mV，进而上升 为+30mV，Na+通道随之失活。此时 的电位即为动作电位，亦是Na+的平 衡电位。
课后作业
一、名词解释 静息电位 动作电位
二、问答题 1、简述动作电位传导的特点 2、单号：静息电位产生机制 双号：动作电位产生机制
Thank you!
Na+
Na+
Cl-
Na+ Na+
Na+NaC+ Nl-a+
Cl-
Na+ ClNa+
Na+ Na+ Na+
Na+
Na+
Na+ Na+
生理学——细胞的生物电现象
K+
KCl in KCl out suppose： 1. Solution: KCl 2. Permeable to K+ only Nernst formula RT [K+]out Ek= ln ZF [K+]in R: gas constant T : absolute temperature Z: valance F: Faraday C.
2.有髓神经纤维兴奋的传导过程 -跳跃式传导(saltatory conduction )
施旺细胞 Schwanns cell 朗飞结 Node of Ranvier
Im rm
I i ri
The local-circuit current and propagation of AP along the cell membrane :
mV
0
-70
transmembrane resting potential resting potential mV membrane potential
0
-70
+
极化： 把静息电位时膜两侧所保持的内负 外正状态，称膜的极化。 超极化： 静息电位的数值向膜内负值加大 的方向变化的过程。
去（除）极化： 静息电位的数值向膜内负值减少 的方向变化的过程。 倒（反）极化：膜内电位由零变为正值的过程， 与静息电位的极性相反。 复极化： 细胞膜去极化或反极化后，又向 原初的极化状态恢复的过程 。
第三节
细胞的生物电现象
Biological electric activity of the cell
★
生物电（bioelectricity)
第三节生物电现象
神经与肌肉的一般生理
一、细胞的生物电现象
概 述 恩格斯在100• 多年前就指出：“地球上几 乎没有一种变化发生而不同时显示出电的变 化”。人体及生物体活细胞在安静和活动时都 存在电活动，这种电活动称为生物电现象。
细胞生物电现象是普遍存在的，临床上广泛应 用的心电图、脑电图、肌电图及视网膜电图等 就是这些不同器官和组织活动时生物电变化的 表现。
• 静息电位:细胞处于相对安静状态时，细胞膜 内外存在的电位差。 • • 膜电位:因电位差存在于膜的两侧所以又称为 膜电位（membrane potential）。 • • 习惯叫法:因膜内电位低于膜外，习惯上RP指 的是膜内负电位。 • RP值:哺乳动物的神经、骨骼肌和心肌细胞为 -70～-90mV，红细胞约为-10mV左右。 • RP值描述: RP↑→膜内负电位↑(-70→90mV)=超极化 RP↓→膜内负电位↓(-70→50mV)=去极化
5.动作电位的意义： • AP的产生是细胞兴奋的标志。
• 6.与AP相关的概念:
• 极 化:以膜为界，外正内负的状态。 • 去极化:膜内外电位差向小于RP值的方向 变化的过程。 • 超极化:膜内外电位差向大于RP值的方向 变化的过程。 • 复极化:去极化后再向极化状态恢复的过 程。
• 6.与AP相关的概念:
一、细胞的生物电现象
• ●静息电位：细胞处于相对安静状态时， 细胞膜内外存在的恒定电位差。 • ●动作电位：细胞活动时，细胞膜内外 存在的变化的电位波动。
（一）静息电位(resting potential RP )
• 1.概 念 ：细胞处于相对安静状态时， 细胞膜内外存在的电位差。 • • 2.实验现象：
结论:RP的产生主要是K＋向膜外扩散的结果。 ∴RP=K+的平衡电位
细胞生物电现象
细胞生物电现象细胞的生物电现象即膜电位，是讲存在于细胞膜两侧的电位差。
注意：是对细胞膜内外两侧电位的比较，而不是讲的“细胞膜上”的电位。
因为，实验中发现：细胞膜表面任何两点间并不存在有电位差。
若将微电极插入细胞内，用“细胞内测量法”进行测量，发现：细胞在未受到刺激的静息状态下，膜内电位低于膜外，呈内负外正的状态（又称极化），此时存在于膜两侧的电位差即为“静息电位（RP）”。
它主要与细胞膜对K＋有一定的通透性，K＋顺浓度差外流，而膜内带负电荷的大分子不能外流，从而打破了膜内外电中性状态，亦即RP主要是与K＋外流而达平衡电位有关。
当细胞受到阈或阈上刺激时，细胞膜对Na＋通透性增大，Na＋顺浓度差经通道内流，膜内电位升高（指实际情况，而非指绝对值大小），当达阈电位时，引发Na＋内流大量增加，导致膜内电位迅速升高，且超过膜外电位近30mv（超射），此为去极化过程；继而K＋通透性增大，K＋大量外流，膜内电位迅速下降直至原先RP 的水平，是为复极化过程。
这种在刺激作用下，在RP基础上发生的膜两侧电位的迅速、可逆的倒转，称为“动作电位（AP）”。
AP包括去极化和复极化两个阶段，对应于图像上的上升支与下降支。
AP有两个特点：可扩布性和“全或无”现象。
以上是以神经细胞、骨骼肌细胞为例讨论的。
可知，膜电位包括RP和AP两种，它们与离子跨膜转运有关，这种转运又取决于通道膜蛋白的状态。
通道具有一定的特异性，其备用、开放、关闭状态又有其化学依从性及电压依从性。
细胞膜上离子泵的活动，使Na＋外流及K＋内流（逆浓度差进行），有助于恢复膜内外离子的正常分布。
不同细胞其RP、AP的具体情况不一。
比如心室肌细胞的AP分为0、1、2、3、4五个时相。
各期分别与Na＋内流、K＋外流、K＋外流与Ca＋＋内流、K＋外流及离子泵活动有关。
窦房结细胞、浦肯野氏细胞等自律细胞，则在复极至第4期最大舒张电位后，又逐步缓慢地自动去极化，因而它们没有RP.因为窦房结细胞膜在第4期存在着恒定的Ca＋＋内流的背景电流，以及随时间而递减的K＋外流，从而膜内电位逐步升高，当达阈电位则产生AP.浦氏细胞膜第4期不稳定则是由于恒定的Na＋内流的背景电流与递减的K＋外流共同造成。
生理学细胞生物电现象
将有关数值代入方程，T以27℃计算，再把自然 对数化为常用对数，则上述公式可简化为：
EmPKPKPNaEKPKPNaPNaENa
问题2：为什么实际测得的静息电位接近于 但并不等于EK？
• 影响静息电位水平的因素 • 1）膜内外K+浓度差 • 2）膜对K+和Na+的相对通透性 • 3）钠-钾泵生电作用
细胞的生物电现象
BioelectricalphenomenonofCell
生物电现象
• 生物电是指生物的器官、组织和细胞在生 命活动过程中发生的电位变化。
• 早在100多年前恩格斯就指出：“地球上几 乎没有一种变化发生而不同时显示出电的 变化”。
• 临床上广泛应用的心电图、脑电图、肌电 图及视网膜电图等就是这些器官组织的细 胞电变化的总和表现。
• 后电位（afterpotential)：锋电位之后的未 恢复部分
• 电位：在静电学里，电势又称为电位，是 指处于电场中某个位置的单位电荷所具有 的电势能。电势只有大小，没有方向，是 标量，其数值不具有绝对意义，只具有相 对意义。
• （1）单位正电荷由电场中某点A移到参考 点O（即零势能点，一般取无限远处或者大 地为零势能点）时电场力做的功与其所带 电量的比值。
第一节 静息电位（R息电位的定义和测量 定义：细胞未受刺激时细胞膜内外的电位差。
➢ 特点：膜内电位较膜外为负，具体数值为毫 伏级， 不同细胞有差异。 如规定膜外电位为0（接地），则膜 内电位在-10 –100mV 之间。
0 mV
+30 mV
-90 mV
择性地穿透膜而使两边浓度不等而引起的 电位差。它是指膜两侧的平衡电势差。
• 细胞生物电现象的主要表现： • 静息电位和动作电位
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生物电
细胞在进行生命活动时都伴有电现象，称
为生物电。（膜内外离子浓度差） 细胞的生物电是由一些带电离子跨细胞膜 流动而产生的，表现为一定的跨膜电位， 简称 膜电位。（膜内外正负电荷） 电位
膜电位
静息电位
动作电位
机体所有的细胞都具有静息电位，而动作
电位则仅见于神经细胞、肌细胞和部分腺 细胞。 生物电信号是细胞电活动的总和
的能力或特性。
相邻心肌细胞之间以闰盘相连接，从而实
现细胞间的兴奋传导。
兴奋在心脏内的传导
窦房结心房肌
房室结房室束 浦肯野纤维心室 肌
心室肌细胞动作电位
心肌收缩特点
心肌和骨骼肌同属横纹肌。心肌细胞的收
缩也由动作电位触发，也通过兴奋-收缩 耦联使肌丝滑行而引起。 特点： 1、同步收缩 2、不发生强直收缩 3、对细胞外Ca2+依赖性 P48
位十分相似，形成机制相同。 心肌细胞的动作电位依细胞类型不同而异 。
肌管系统
L-型钙通道（L-type calcium channel）是
一种电压依赖性钙通道的类型钙通道。 T管膜或肌膜中的L型钙通道与JSR膜中的 钙释放通道相对应，
兴奋-收缩耦联
肌丝滑行过程
影响横纹肌收缩效能的因素
2、复极化
电压门控 钠通道开放
达到峰值GK延迟增大K+外流膜复极化
动作电位的触发
阈强度：能使细胞产生动作电位的最小刺
激强度称为阈强度 阈刺激：相当于阈强度的刺激称为阈刺激
动作电位的传播
动作电位在同一细胞上的传播 动作电位在细胞之间的传播
动作电位在同一细胞上的传播
肌肉收缩
横纹肌细胞的结构特征
横纹肌 细胞收 缩机制
横桥周期
1、横桥分解ATP为ADP和Pi，部分能量用于复位，
此时对肌动蛋白具有高亲和力。 2、Ca2+与肌钙蛋白结合，肌动蛋白暴露结合点， 与横桥结合。 3、横桥构象改变，头部向桥臂方向扭动，拖动细肌 丝向M线方向滑行。同时，ADP和Pi被解离。 4、横桥再次结合ATP，导致对肌动蛋白亲和力降低 而分离。
髓鞘的作用
髓鞘既有减小膜电容，
又有增大膜电阻的作用， 因此能够大大提高动作电位的传播速度。 郎飞结——“中转站”个数明显减少，还 能减少能力消耗
动作电位在细胞之间的传播
缝隙连接是一种特殊的细胞间连接方式，
可使动作电位在细胞之间直接传播。
动作电位后Na+、K+ 梯度的重建
Na+-K+ pump “Recharging” process
提高动作电位传导速度的方法
有脊椎动物——髓鞘 无脊椎动物——增加突出直径
电紧张电位
由于外加电流的作用，引起细胞膜电位发生的 变化(超极化或 去极化)
特点：被动反应，局限，分级性，电紧张性扩
布
电紧张电位
电紧张电位的常数
时间常数τ 空间常数λ 增大电紧张电位的生成速度——减小τ 减小电紧张电位的衰减速度——增大λ
2、通道易化扩散
问答题
动作电位是细胞受刺激时细胞膜产生的一次 可逆的、并且是可传导的电位变化。产生的机制 为:①阈刺激或阈上刺激使膜对Na+的通透性增加 ，Na+顺浓度梯度及电位差内流，使膜去极化， 形成动作电位的上升支；②Na+通道失活，而K＋ 通道开放，K＋外流，复极化形成动作电位的下 降支；③钠泵的作用，将进入膜内的Na+泵出膜 外，同时将膜外多余的K＋泵入膜内，恢复兴奋 前时离子分布的浓度。
递，意义巨大。
突触囊泡
突触囊泡
突触囊泡膜上有大量的突触结合蛋白 突触结合蛋白，是一类在细胞分泌过程中
感受钙离子信号的蛋白质，存在于神经和 内分泌细胞的囊泡膜上，被认为是细胞分 泌过程中的主要Ca2+感受器，与Ca2+结合 后触发囊泡的出胞。
乙酰胆碱
乙酰胆碱在胞浆中合成，合成后由小泡摄
负荷 肌肉收缩能力 收缩的总和等
平滑肌
平滑肌是构成气道、消化道、血管、泌尿
生殖器等器官的主要组织成分，这些器官 不仅依赖平滑肌的紧张性收缩来对抗重力 或外加负荷，保持器官的正常形态，并借 助于平滑肌收缩而实现其运动功能。 平滑肌属于非随意肌，其舒缩活动受自主 神经的调控。
平滑肌分类
骨骼肌 神经-肌肉 接头的结构
接头前膜 接头后模（终板膜） 接头间隙 突触囊泡 乙酰胆碱
N2型ACh受体阳离子通道
骨骼肌 神经肌肉 接头的 兴奋传 递
人体中的钙，绝大部分存在于骨骼和牙齿
人 体 中 的 钙
，骨骼和牙齿的钙，是人体支架的主要构 成成份，称为“骨钙”； 游离于骨骼和牙齿之外的钙，以离子状态 或结合态存在于体液和组织中，虽然含量 仅占人体总钙的1％，但这部分钙对维持 生命功能极其重要。 医学上把血液中的钙称为“血钙”，血钙 与骨钙存在动态平衡，血钙减低，机体启 动平衡机制，骨钙溶解入血以保证血钙浓 度稳定。
不产生动作电位，药物直接诱发胞质中 Ca2+浓度的升高
心脏的电生理学及其生理特征
与神经、骨
骼肌相比， 心肌细胞动 作电位的特 点是持续时 间长，形态 复杂。
心肌细胞分类
——根据组织学和电生理学特点
工作细胞：包括心房肌和心室肌，它们有
稳定的静息电位，主要执行收缩功能。
自律细胞：包括窦房结、房室结、房室束
第二章 细胞的基本功能（二）
一、选择题 1.B 2.D 3.A 4.C 5.ABCDE 6.AE 二、名词解释 1、“全或无”现象:动作电位一经出现,其幅度就达
7.ABCDE
到一定的数值,不因刺激的增强而随之增大,动作 电位的这一特性称为全或无现象.
三、填空
1、复极化
和浦肯野细胞，它们组成心内特殊传导系 统，大多数没有稳定的静息电位，并可自 动产生节律性兴奋。
心肌细胞分类
——根据动作电位去极化的快慢 及其产生机制
快反应细胞：去极化速度快，幅度大，复
极化过程缓慢，分时相。
慢反应细胞：去极化速度慢，幅度小，复
极化过程缓慢，不分时相。
心脏各部分心肌细胞的跨膜电位
细胞内外的钙离子浓度存在巨大差别，游
离胞外的钙浓度是细胞内的钙浓度的1万 倍。 钙离子不能自由通过细胞膜，细胞膜上有 专门供钙离子出入的钙离子通道。 胞内胞外的巨大浓度差和专门的通道控制 ，很容易理解钙离子流对细胞行为的重要 性。
游离钙离子的重要功能
维持神经和肌肉的的正常反应； 促使伤口上的血液凝结； 机体中多种酶需要钙激活； 钙是机体第二信使，涉及到细胞的信号传
静息电位
安静情况下细胞膜两侧存在的外正内负且
相对平稳的电位差，称为静息电位。
静息态产生机制
1、平衡电位 2、通透性 3、钠泵的作用
离子的平衡电位 Equilibrium Potential
Nernst 公式：
离子通透性
----------------++++++++++++++++
单个单位平滑肌 多单位平滑肌
平滑肌与横纹肌的区别
无肌节结构，不显横纹 没有Z盘 粗肌丝结构不同于横纹肌，以相反的方向
在不同方位上伸出横桥。 没有内陷T管，收缩缓慢
平滑肌收缩的触发因子
平滑肌收缩因子也是Ca2+ 电-机械耦联 Ca2+主要来源于细胞外 药物-机械耦联
肌肉收缩需要ATP和Ca2+ 上一节讲到骨骼肌动作电位 那么，骨骼肌动作电位是如何为肌细胞提
供ATP和Ca2+的呢？
横纹肌细胞的兴奋-收缩耦联
将横纹肌细胞产生动作电位的电兴奋过程
与肌丝滑行的机械收缩联系起来的中介机 制或过程，称为 兴奋-收缩耦联。
骨骼肌பைடு நூலகம்胞的动作电位与神经细胞动作电
心脏的起搏点
在心脏自律组织中，以窦房结P细胞的自
律性为最高，每分钟约70次。 产生兴奋并控制整个心脏活动的自律组织 通常是自律性最高的窦房结，故窦房结是 心脏活动的正常起搏点。 由窦房结起搏而形成的心脏节律称为窦性 节律。
窦房结P细胞的动作电位
心肌的传导性
心肌的传导性是指心肌细胞具有传导兴奋
钠泵的生电作用
影响静息电位水平的因素
1、细胞外液K+浓度 2、膜对K+和Na+的相对通透性 3、钠泵的活动水平
动作电位
动作电位是指细胞在静息电位基础上接收
有效刺激后产生的一个迅速的可向远处传 播的膜电位波动。
动作电位的形成过程
1、去极化
刺激GNa增大Na+内流膜去极化
ACh的量子式释放
接头前膜一次动作电位引发的终板电位
（EPP），是由大量囊泡同时释放引起 的微终板电位（MEPP）总和而形成的 。
肌细胞的收缩
人体的肌肉组织可分为骨骼肌、心肌和平
滑肌三类 其中骨骼肌和心肌统称为横纹肌 依据受神经支配和控制的差异，肌肉组织 可分为随意肌和非随意肌。
取并贮存起来。 乙酰胆碱是一种神经传递介质，能特异性 地作用于各类胆碱受体 可引起受体膜产生动作电位 发挥生理作用后，被乙酰胆碱酯酶水解成 胆碱和乙酸，而失活，使终板膜恢复到接 受新兴奋传递的状态。
N2型ACh受体阳离子通道
N2型ACh受体阳离子通道是一种化学门
控通道。 当与ACh结合后，发生构象变化及通道的 开放，引起Na+、K+和Ca2+的跨膜流动 它们的跨膜流动造成终板膜的去极化，并 以终板电位的形式将信号传给周围肌膜， 引发肌膜的兴奋和肌细胞的收缩，从而实 现ACh的信号跨膜转导。