生理学——细胞的生物电现象
执业医师生理学辅导:有关细胞生物电现象
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。
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。
动物生理学 第三节 细胞的生物电现象1
可兴奋细胞的兴奋性变化
绝对不应期 在兴奋发生的当时以及兴 奋后最初的一段时间,无论施 加多强的刺激都不能使细胞再 次兴奋,这段时期称为…
相对不应期
在绝对不应期之后,细胞的 兴奋性逐渐恢复,受刺激后可发 生兴奋,但刺激强度必须大于原 来的阈强度,这段时期称为…
可兴奋细胞的兴奋性变化
超常期 相对不应期过后,有的细胞 还会出现一个兴奋性轻度高于正 常水平的时期,这段时期称为…
4. 可兴奋细胞及其兴奋性
受刺激后能产生动作电位的细胞,称为可兴奋细胞(excitable cell),
主要包括神经细胞、肌细胞和腺细胞。神经细胞产生的动作电位能沿着细 胞膜传播,从而实现神经冲动的传导;肌细胞兴奋后,可以通过兴奋-收 缩偶联(excitation-contraction coupling)而发生收缩;腺细胞兴奋后,可以 通过兴奋-分泌偶联(excitation-secretion动作电位的传播
无 髓和 神肌 经细 纤胞 维
(4)动作电位的传播
有髓神经纤维
3.电紧张电位和局部反应
电紧张电位(自学) 局部反应 local response
当给予细胞一个阈下刺激时,可能在受刺激的局部细胞膜产 生一个幅度较小的去极化,但尚不能达到阈电位,因而不能触发 动作电位。这种产生于膜的局部、较小的去极化反应称为… 局部反应没有不应期,虽然一次阈下刺激引起的一个局部反 应不能引发动作电位,但如果在同一部位连续给予多个刺激,形 成的多个局部反应会在时间上相叠加,即发生时间总和,或者如 果在相邻部位同时给予多个刺激,形成的多个局部反应会在空间 上相叠加,即发生空间总和,都有可能导致膜去极化到阈电位, 从而爆发动作电位。
生理学--细胞的生物电现象
*其中锋电位是动作电位的主要部分。
★(单一细胞)动作电位的特征:
(1)“全或无 (all or none) ”特性:动作电位要就不一点发生, 一旦发生即最大幅值。 如:阈下刺激时,AP一点也不产生; 阈(上)刺激时,AP产生,一产生即达最大幅值。
(2)不衰减传导性:AP一旦产生及迅速传播至整个细胞,动作 电位的幅度不会随传导距离增大而衰减。
细胞静息时的跨膜离子流: ① K+外流(主要离子流):增大电位差; ② 少量的Na+内流(明显小于K+外流): 减小电位差(去极化); ③钠泵的活动: 生电性作用,增大电位差(超极化)。
影响静息电位水平的因素: ① 膜两侧的[K+]差值及由此形成的电化学驱动力 ② 膜对K+和Na+相对通透性; ③ 钠泵的生电性作用增强。
阈电位(threshold potential)——能诱发膜去极化和钠通 道开放之间出现再生性循环,导致Na+大量迅速内流而爆发 AP的膜电位临界值。
(三)动作电位的传导
*细胞任一部位膜产生的AP,都将沿细胞膜不衰减地传导至 整个细胞。传导机制为“局部电流(local current)”。
*兴奋传导过程:已兴奋部位膜与未兴奋部位膜之间出现电 位差,引起电荷流动而形成局部电流, 结果造成未兴奋段膜去 极化,当膜去极化达到阈电位水平时,大量激活该处的钠通 道而导致动作电位爆发。这样的过程在膜表面连续进行下去, 导致兴奋在整个细胞的传导。
医学基础知识重要考点:细胞的生物电现象-生理学
医学基础知识重要考点:细胞的生物电现象-生理学生理学属于医学基础知识需要掌握的内容,中公卫生人才招聘考试网帮助大家梳理知识-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)。
细胞的生物电现象的定义
细胞的生物电现象的定义?分类?表现?原理?生物电现象是生物机体进行功能活动时显示出来的电现象,它在生物界普遍存在。
细胞的生物电现象主要表现为安静时膜的静息电位(Resting Potential) 和受到刺激时产生动作电位(Action Potential)。
1.静息电位安静时存在于细胞膜内外两侧的电位差,称为静息电位。
如图1-2 A、B所示,将连结示波器上的二个电极中的一个作为参考电极,置于枪乌贼巨大神经轴突的表面,另一个电极末端连接直径不到1微米的微细探测电极,该电极准备插入到神经纤维膜内。
当微电极尚在细胞膜外面时,只要细胞未受到刺激或损伤,无论微电极置于细胞膜外任何位置,示波器上始终记录不到电位差,表明膜外各点都呈等电位;当微电极刺破细胞膜进入轴突内部时,示波器上立即显示一个突然的电压降,并稳定在这一水平上,表明膜内外两侧有电位差存在,且膜内电位较膜外为负。
如果规定膜外电位为零,则膜内电位值大多在-10—-100mv之间。
例如,上述的枪乌贼巨大神经轴突,其静息电位为-50—-70mv,哺乳动物神经和肌肉的静息电位为-70—-90mv,人的红细胞则为-10mv等等。
大多数细胞的静息电位是一个稳定的直流电位,只要细胞末受到外来的刺激并保持正常的新陈代谢,静息电位就稳定在一个相对恒定的水平上。
生理学将静息电位存在时膜两侧所保持的内负外正状态,称为膜的极化(Polarization)。
在一定的条件下,如细胞受到刺激,膜的极化状态就可能发生改变。
如膜内电位负值减小,称为去极化或除极化(Depolarization);相反,如膜内电位负值增大,称超极化(Hyperpolarization);膜去极化后,复又恢复到安静时的极化状态,则称复极化(Repolarization)。
图1-2 静息电位和动作电位2.动作电位如果紧接上述实验,给予神经轴突一次有效刺激(上图C、D),则在示波器上可记录到一个迅速而短促的波动电位,即膜内、外的电位差迅速减少直至消失,进而出现两侧电位极性的倒转,由静息时膜内为负膜外为正,变成膜内为正膜外为负,然而,膜电位的这种倒转是暂时的,它又很快恢复到受刺激前的静息状态。
细胞的生物电现象
• 动作电位和静息电位不同,是一个电位连 续变化的过程,动作电位是细胞兴奋的标
(二)动作电位的 形成过程
• 在给神经纤维一 次有效的刺激后, 示波器上会显示 出一个动作电位 的波形,即在受 刺激局部的细胞 膜上产生了一次 快速的,连续的 电位变化。该电 位变化主要由两 部分构成:锋电 位和后电位。
• 当促使Na+内流的浓度差和阻止Na+内流的电位差,这两种拮抗力量相 等时,Na+的净内流停止,此时膜电位达到峰值。
• 因此,可以说动作电位的峰值相当于Na+内流所形成的电-化学平衡电 位。
2.复极化过程 • 当膜电位达到峰值时,细胞膜的Na+通道迅速关闭,而K+通道开放,于
是细胞内的K+顺浓度差向细胞外扩散,导致膜内负电位增大,直至恢复 到静息时的数值。
第三节 细胞的生物电现象
• 在生命活动的过程中,细胞始终存在着电, 我们把这种电现象称为生物电现象。
• 生物电是一切活细胞存在的基本生命现象, 也是生理学重要的基础理论。它主要包括静 息电位和动作电位两部分
一、静息电位及其产生机制
(一)静息电位的概念
• 静息电位(resting potential,RP)是指细胞 处于静息状态下,细胞膜两侧存在的电位 差。它是一切生物电产生或变化的基础。
• 静息电位的大小,主要由细胞内外K+的浓度决定。
– 通常,细胞内的K+浓度变动很小,因此造成细胞内外K+浓度差改变 的主要是细胞外的K+浓度。如细胞外K+增高,会使细胞内外K+浓度 差减小,从而使K+外流的动力减小,K+外流减少,最终导致静息电 位减小。
《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
细胞—细胞的生物电现象(人体解剖生理学)
(三)动作电位的产生条件:
1.阈电位(TP): 概念:指能触发动作电位的膜电位临界值。 阈电位一般比静息电位的绝对值小10-20mV。而由静息
电位去极化达到阈电位是产生动作电位的必要条件。
细胞兴奋性的高低与细胞的静息电位和阈电位的距离呈 反变关系。
2. 局部兴奋
概念: 指由阈下刺
激引发产生于 膜的局部,较 小的去极化反 应称局部兴奋。 产生的电位称 局部电位。
1.上升支:Na+平衡电位。 既Na+内流所形成的电-化学平衡电位。
2. 下降支:Na+平衡电位转变 为K+平衡电位,主要由细胞内 K+外流而产生。 3.复极后:钠泵激活,使细胞 膜内外的离子分布恢复到安静 时的水平。 膜内Na+↑或膜外K+↑→钠泵 激活→排出Na+、摄入K+
结论 : AP 上升支:由Na+内流形成的平衡电位。 下降支:是K+外 流形成的平衡电位。 (后电位与Na+-K+泵活动有关。)
特点:• ①不具有“全或无”现象。 ②衰减性传导 ③具有总和效应
时间性总和 空间性总和
(四)兴奋在同一细胞上的传导
1.概念:动作电位在同一细胞上的传播过程。在神经纤维传导 的动作电位称神经冲动。 2.传导机制:局部电流学说
3.传导方式: 无髓鞘N纤维的兴奋传导为近距离局部电流; 有髓鞘N纤维的兴奋传导为远距离局部电流(跳跃式)。
实验现象
刺激 2.动作电位的演变过程
局部电位
上
阈电位
去
去极化
升
去极化
极
支
零电位
化
反极化(超射) 下
降
复极化
支
(负、正)后电位
复极化 阈电位
细胞膜的基本功能—细胞的生物电活动(生理学课件)
§静息电位的产生条件 ①静息状态下细胞膜内、外离子分布不均:
细胞膜外的主要是Na+、Cl细胞膜内的主要是K+、 A②静息状态下细胞膜对各种离子的通透性不同: 通透性:K+ > Cl- > Na+ > A-
静息状态下细胞膜主要对K+有通透性。
膜内:
膜外:
静息状态下细胞膜主要对K+有通透性:
促使K+外流的动力:膜两侧[K+]的浓度差, 阻止K+外流的阻力:膜两侧的电位差
反极化(超射): 细胞膜由外正内负的极化状态变为内正外负的 极性反转过程。
复极化: 去极化后再向极化状态恢复的过程。
超极化: RP的绝对值增大(例如由-70 → -90mV)
(二)动作电位的产生机制
(1)动作电位产生的条件 ①膜内外存在[Na+]的浓度差:
[Na+]i<[Na+]O ≈ 1∶10; 即细胞膜外Na+浓度比细胞膜内高10倍左右。 ②膜受到刺激时,对Na+的通透性突然增加:
离子浓度
(mmol/L)
膜内 膜外
膜内与膜 外离子比 例
膜对离 透性
Na+ K+ ClA-
14 155 8 60
142 5 110 15
1:10 31:1 1:14 4:1
通透性 通透性
通透性 无通透
细胞膜对各种离子的通透性不同:
安静时:K+ > Cl- > Na+ > A-
兴奋时:膜对Na+的通透性突然增大
(3)特点:没有“全或无”的现象、衰减性传导、可以 总和。
一、 静息电位:(RP)
(一)静息电位概念 静息电位:
细胞的生物电现象
★绝对不应期:
*定义: 兴奋性消失或极低,无论受多强刺激, 都不能使细胞再次兴奋. *产生机制:大多数Na+通道处于失活状态而 不能被再次开放。 *意义: 绝对不应期大约相当于锋电位发生的 时间;因此使两次锋电位不会叠加而 保持分离。
*阈刺激——强度为阈强度的刺激
*阈下刺激——强度比阈强度小的刺激
*阈上刺激——强度比阈强度大的刺激
★阈电位(threshold potential, “燃点”)
——能引起膜去极化和Na+通道开放之间
出现正反馈, 导致膜迅速去极化,形成AP 的临界膜电位。 *阈电位一般比RP绝对值小10~20mV。
K+
Cl-
4
120
155
4
-98
-90
有机负离子 155 ___________________________________________
★ 二、静息电位及其产生机制
(一)细胞的静息电位(RP) 静息电位——细胞在未受刺激时(即静
息状态下)存在于细胞膜内外两侧的电位差。
★ 1. 静息电位的特点: (1)外正内负(膜内电位低于膜外). 一般以膜外电位零电位,则膜内电 位为负电位,记为-?mV, 如:-90mV。 (2)是一相对稳定的直流电位。
注意: 对膜电位数值变化的描述
(1)如膜电位由-70mV变为-80mV, 称为: 膜电位的绝对值增大, 膜内负值增大, 膜两侧的电位差增大, 膜电位增大。
(2)相反,由-70mV变为-50mV, 称为:膜电位的绝对值减小。 膜内负值减小, 膜两侧的电位差减小, 膜电位减小。
极化(polarization): RP存在时,细胞膜电位
后,膜电位发生的迅速的一过性波动。 * 动作电位是细胞兴奋的过程和标志。
生理学细胞的生物电现象
16
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2.组成
spike potential: 具有AP的主要特征,是AP的标志。 after-potential: 低幅而缓慢
负后电位(后去极化) 正后电位(后超极化)
18
3.特征
1、“全或无”(all-or-none)特性:指在同一细胞上 AP的大小不随刺激强度而改变的现象;
(即AP的幅度和形状是“全或无”的)
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锋电位的上升支是Na+快速内流造成的, 接近于Na+的平衡电位。
动力: 顺电-化学梯度; 条件: 膜对Na+的通透性迅速增大.
24
注意:
膜对Na+通透性增大,实际上是膜结构中存在的 电压门控性Na+通道开放的结果。
Na+通道的特点: ①是 电压依赖性的; ②开闭是全或无式的,并且开、闭之间的转换
细胞内
K+
30倍
Na+ 1
K+ 1
细胞外
Na+
12倍
这种不均衡的离子分布在所有细胞膜两侧 普遍存在,是通过消耗能量来形成和维持的。
21
AP上升支
AP下降支
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1.锋电位的上升支:
细胞受刺激时→膜对Na+通透性突然增 大,由于在静息电位条件下Na+受到很强的 内向驱动力(电化学驱动力) →Na+迅速 内流→先是造成膜内负电位的迅速消失,但 由于膜外Na+的较高浓度势能, Na+继续内 移,出现超射。
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细胞的生物电现象
LIANNA 2010 2.28
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• 一切活细胞无论处于安静或活动状态都 存在电的活动,这种电的活动称为生物电。
生理学——细胞的生物电现象
gradients across membrane and diffusion force.
二、动作电位的产生机制 Formation mechanism of action potential
The difference in electrical potential across the membrane of an undisturbed cell, having a positive sign on the outside surface and a negative sign in the interior.
(2) Na+通道的迅速失活及电压门控K+通道的 开放,是动作电位复极化的主要原因。
(3) Na+- K+泵的活动,使Na+、 K+重新回到 原来的分布状态。
☆负后电位的形成原因
复极时,迅速外流的K+蓄积在膜的外侧, 暂时性阻碍了K+的外流
☆正后电位的形成原因
生电性Na+- K+泵的活动
三、兴奋的引起和兴奋的传导机制
An action potential is a rapid change in the membrane potential. Each action potential begins with a sudden change from the normal resting negative potential to a positive membrane potential (depolarization) and then ends with an almost equally rapid change back to the negative potential (repolarization).
生理学PPT 细胞生物电现象[可修改版ppt]
兴奋性=0 相对不应期(负后电位)
正常>兴奋性>0 超常期(负后电位)
兴奋性>正常 低常期(正后电位)
兴奋性<正常
三、局部电位(兴奋)
概念:
阈下刺激 引起的低于 阈电位的去 极化(即局 部电位), 称局部兴奋。
特点: ①不具有“全或
无”现象。 ②电紧张性扩布。 ③可以总和。
安静状态下,膜主要对K+通透 ①扩散(化学)驱动力:浓度差 ②扩散平衡:电场力=浓度差,驱动力=0,
即为K+平衡电位。
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+ ClA-
离子浓度
( mmol/L)
膜内 膜外
14 142
155 5
8
110
60 15
膜内与膜 外离子比 例
膜对离子通 透性
1:10 通透性很小
31:1 1:14 4:1
通透性大 通透性次之
无通透性
静息电位
Resting Potential:
膜主要对K+通透,K+顺浓度差向膜 外扩散,膜外的正电场阻止K+向膜外扩散
↓
当扩散动力与阻力达到动态平衡时 ↓
形成膜外为正、膜内为负的极化状态 ↓
静息电位
结论:
+外流形成的(上升支和下降支形成的尖峰状电 位变化称为峰电位),后电位是Na+-K+泵活 动引起的。
②AP的产生是不消耗能量的,AP的恢复是消 耗能量的(Na+-K+泵的活动)。
③AP的去极相之末是Na+的电-化学平衡电 位。
动作电位的意义: 动作电位的产生是细胞兴奋的标志。
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(二)外加刺激电流(outward stimulus current) + -
外加外向电流可使细胞膜去极化
细胞外电刺激
外向 内向
+
电流 电流 +
-
-
细胞外刺激兴奋产生于阴极 阴极兴奋 阳极抑制
细胞内电刺激
外向 电流
细胞内刺激阳极兴奋
+
细胞内刺激阴极抑制
内向 电流
-
(三)电紧张电位和局部电位 1、电紧张电位(electronic potential)
The mechanism in production and propagation of action potential
(一)刺激引起兴奋的条件
★ 刺激强度
} 反变关系
★ 刺激持续时间
★ 时间-强度变化率
阈强度: 固定刺激的时间和强度-时间变 (threshold intensity) 化率后,刚能引起组织产生动
而这两种离子通过膜结构中的电压门控性K+通道和 Na+通道的易化扩散,是形成神经和骨骼肌细胞静息 电位和动作电位的直接原因。
1.静息电位的产生机制(Bernstein学说)
(1)细胞内外K+的不均匀分布,胞内K+高,并 且安静状态下细胞膜主要对K+有通透性。 (2) 促进K+外流的驱动力和阻止K+外流的阻 力达到平衡—K+平衡电位(Nernst 公式)
(二)生物电现象产生的机制
主要 离子
Na+ K+ Cl A-
离子浓度
( mmol/L )
膜内 膜外
14 145
155 4
4
120
155
膜内与 膜外离 子比例
1:10
39:1
1:30
膜对离子 通透性
通透性很小 通透性大
通透性次之 无通透性
Na+- K+泵在耗能的情况下建立的膜内高K+膜外高 Na+状态,是产生各种细胞生物电现象的基础。
+20
mV
0
-20
-40
-60
-80 -100
阈电位
动作电位的时相
1.静息相 -70~-90mv 2.去极相 -70~-90mv+20~+40mv 超射(overshoot)值:膜内电位由零变为正的数值。 3.复极相 +20~+40mv-70~-90mv ★ 锋电位:构成动作电位波形主要部分的短 促而尖锐的脉冲样电位变化。 ★ 后电位:锋电位在其完全恢复到静息电位之 前所经历的微小而缓慢的电位波动。
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 。
2、动作电位(action potential)
可兴奋细胞受到有效刺激时,膜电位会在静 息电位的基础上发生一次快速、可逆、并有扩 布性的电位变化。称为动作电位。它是细胞兴 奋的标志。
only
in
out
Note: net diffusion of K+ equals zero.
Nernst formula
RT
[K+]out
Ek=
ln ZF
[K+]in
R: gas constant
T : absolute
temperature
Z: valance
F: Faraday C.
in
K+ Cl-
(3) Na+- K+泵维持细胞内外Na+ 、 K+不对称 分布。
Origin of biological electricity
■K+ equilibrium potential, EK
KHale Waihona Puke lKClK+
in
out
Cl-
suppose: 1. Solution: KCl 2. Permeable to K+
mV
0
Na+
-70
2.动作电位期间膜电导的变化
膜电导=膜对离子的通透性
INa= GNa ·(Em-ENa)
Voltage clamp
Na+ K+
3.膜电导变化的机制是离子通道的活动
Neher
Sakmann
动作电位产生的机制:
(1)细胞受到有效刺激,膜去极化达到阈电 位时,引起电压门控Na+通道开放(激活), Na+顺电-化学梯度呈再生性内流,直至膜内正 电位接近Na+平衡电位。
mV
0
-70
transmembrane resting potential resting potential membrane potential mV
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。
(五)兴奋在同一细胞上的传导机制
1. 无髓神经纤维-“局部电流学说” local current theory
+ + + + + + + +++ + - - - - - - - --- -
+ + + + - - + +++ + - - - - ++ - - - - -
+ + + + - - + +++ + - - - - ++ - - - - -
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 Ii ri
The local-circuit current and propagation of AP along the cell membrane :
The difference in electrical potential across the membrane of an undisturbed cell, having a positive sign on the outside surface and a negative sign in the interior.
suppose:
out
1. Solution: KCl
2. Permeable to K+
only
Nernst formula
RT
[K+]out
Ek=
Ln ZF
[K+]in
Discussing:
1.Do K+ permeability influence EK ? 2. If the solution contains Na+, how about EK ?
(2) Na+通道的迅速失活及电压门控K+通道的 开放,是动作电位复极化的主要原因。
(3) Na+- K+泵的活动,使Na+、 K+重新回到 原来的分布状态。
☆负后电位的形成原因
复极时,迅速外流的K+蓄积在膜的外侧, 暂时性阻碍了K+的外流
☆正后电位的形成原因
生电性Na+- K+泵的活动
三、兴奋的引起和兴奋的传导机制
电紧张性扩布(electrotonic propagation): 局 部电位只能沿着膜向邻近作短距离的扩布,并 随着扩布距离的增加而迅速衰减乃至消逝。
★ 总和
-55
mV
-70
-85
threshold potential
Electrotonic propagation
Spatial summation
★ 负后电位(去极化后电位):锋电位 后的下降支到达静息电位之前所经历的微 小而缓慢的电位波动。
★ 正后电位(超极化后电位):锋电位后 的下降支到达静息电位之后所经历的微小 而缓慢的电位波动。
动作电位的“全或无”现象
同一细胞上动作电位大小不随刺激强度和 传导距离而改变的现象,称“全或无”现象。
S1
S2
Temporal summation
S1 S2
(四)阈电位和兴奋的引起
★ 阈电位(threshold potential)
能够导致膜对Na+通透性突然激增,诱发细胞 膜产生动作电位的临界膜电位的数值。
膜去极化达到阈电位时,电压门控Na+通道开 放, Na+内流, Na+内流会造成Na+通道更多更 大的开放, Na+内流出现一个正反馈或称再生 性循环的过程,直至Na+平衡电位。
+ + + - + + - +++ + - - - +- - + - - - -
+ + + - + + - +++ + - - - +- - + - - - -
+ + - + + + +- ++ + - - + - - - -+ - - -
同一细胞上兴奋的传导是以局部电流 (local current)为基础的传导过程,具 有安全性。