第二章第三节细胞生物电现象
第三讲 细胞的生物电现象[可修改版ppt]
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起信号“永无休止”的自激与振荡？
有髓神经纤维的跳跃式传导也是局部电流 的原理，所不同的是局部电流只能在发生兴 奋的朗飞结与邻旁安静的朗飞结之间形成， 动作电位只能在朗飞结处产生。
第三节 细胞的生物电现象
（二）电紧张电位与局部反应
1、电紧张电位：随着距原点距离的增加而逐渐衰 减。
膜本身的电学特性相当于并联的阻容耦合电路，跨膜 电流流过时必然产生膜电位变化，随着跨膜电流的逐 渐衰减，膜电位也逐渐衰减，并形成一个规律的膜电 位分布，注入电流处的膜电位最大，其周围一定距离 外的膜电位将作为距离的指数函数而衰减，这种由膜 的被动电学特性决定其空间分布的膜电位称为电紧张 电位。
河豚毒
钠通道的失活和膜电位的复极
Na通道的开放主要出现在去极化开 始后的几毫秒之内，之后通道开放的 概率几乎降至零，即失活。只有当去 极化消除，通道才能解除失活而进入 功能恢复的备用状态。
中山大学生命科学学院-项辉-2013
第三节 细胞的生物电现象
三、动作电位的引起和传导
（一）阈电位 （二）电紧张电位与局部反应 （三）动作电位的传导 （四）缝隙连接 （五）神经干的复合动作电位
(三)动作电位的传导
传导是指兴奋在同一细胞上传播 的过程。亦称动作电位的扩布。
Hale Waihona Puke 兴奋在同一细胞上的传导机制
(Action potential conduction)
兴奋在同一细胞上的传导机制是兴奋部位和安静部 位之间的局部电流构成对安静部位的有效刺激。这 一机制是可兴奋细胞(包括骨骼肌、心肌和神经细胞 的无髓神经纤维等)兴奋传导的共同原理。
第三节 细胞的生物电现象
一、静息电位及其产生机制
第二章第三节 细胞的生物电现象PPT课件
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25
3.离子通道的活动
The activity of ion channel:(H-H model)
resting state : m gate is close and h gate is open; active state: bother all open; inactive state: m gate is open and h gate is close. Recovery:the process of ion channel change
(负后电位)
后电位
➢ 超极化后电位
(正后电位)
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（二） 动作电位形成机制
17
18
1.电化学驱动力
膜对Na+、K+的驱动力： Em-ENa= -70mV- (+60mV)=-130mV Em-EK= -70mV-(-90mV)=+20mV 膜对Na+的驱动力>K+ 负号表示驱动力的方向是向内，正号
Na+通道失活: 在去极化开始后的几个毫秒内 开放（激活）, 随后就失活。
K+通道的开放: 膜去极化时被激活, 在Na+ 通道失活 时开放，K+外流，膜电位复极
Na+通道的失活和K+通道的激活构成锋电位的 下降支
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后电位的形成机制: Na+-K+泵的主动转运
30
（三）动作电位的特点
1、不衰减性传导 2 、“全或无”现象 3 、存在不应期 （绝对不应期和相对不应期）
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二、动作电位及其产生机制
（一）动作电位（action potential) 细胞受到一个适当的刺激, 在原
3.细胞的生物电现象
平衡电位依赖与膜两侧离子浓度 的比值( C )o / ( C )I
Walther Hermann Nernst 1920年诺贝尔化学奖获奖者
+-
+
+ -+
++
- +-
-
+
+-
- +-
1 M KCl
10 M KCl
(C)o/(C)I
Reference electrode
触发事件
去极化
Na+内流
正反馈
部分Na＋ 通道开放
49
/ ( C )I
Reference electrode
0 -30 mV -60 -90
Amplifier
Recording electrode
-+ -+ -+ -+
+- -+ +- +-
Inside axon
0 -30 mV -60 -90
Amplifier
极化（Polarization） 去极化（Depolarization） 复极化（Repolarization） 超极化（Hyperpolarization） 反极化（Revesepolarization）
microelectrode
0
< 1 m
-30
mV -60
-90
Amplifier
Recording electrode
温度 离子价 离子数目 离子浓度差
37℃ 1 1
Nernst equation:
细胞的生物电现象
有髓Nf上兴奋的传导: 跳跃式传导 特点：①快；②“节能”。
朗飞氏结
局部电流
＋－
－＋
－+
－＋
－+
－＋
＋－
－＋
局部电流及AP传导 有髓纤维跳跃传导
2.阈电位与阈强度 •刺激是细胞产生兴奋的外在原因 •细胞膜去极化达阈电位是兴奋产生的本质 •阈强度是使细胞膜去极化
达阈电位最小刺激强度。
•阈电位与静息电位距离大小与 兴奋性呈反变关系。
•阈电位与动作电位
①Na+再生性循环 Regenerative Cycle
刺激
②阈电位是使细胞 膜产生钠再生性循 环的膜电位
3.相关术语
去极极化化：： 极化安的静减时弱细， 静息胞电膜位内值负 向减外小正方的向状 发展态（RP的
同义语)
超极R向反 极 正复去极P极化发化极 外极极化值化的展的：负、化的向：加倒状反：恢增强转态极复大，，。后。方内向
（二）静息电位产生的机制
1.生物电产生的膜（离子）学说
•细胞膜内外离子的不均衡分布 •不同功能状态下，膜对不同离子通透性不同 •带电离子跨膜移动，生物电产生
细胞膜
细胞
本实验提示:
1.跨膜有电位差 2.膜内低于膜外
3.稳定直流电位
B +++ ---
0
+
-
++++++++ --------
A +++ ---
++++++++ --------
++++++++ --------
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。
细胞的生物电现象(精)PPT课件
(mV)
————————————————————————
Na+
145
12
+67
K+
4
155
-98
Cl-
120
4
-90
有机负离子
155
___________________________________________
6
离子跨膜移动的驱动力：
1.浓度梯度——化学驱动力 顺浓度梯度：易化扩散
2.电位梯度——电场驱动力 顺电场力： 正离子：正电场→负电场 负离子：负电场→正电场
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AP的过程
锋电位
AP 后电位
+35
上升支(-70mV→+35mV)
下降支(+35mV→-70mV)
锋电位
0
-55 -70
刺激
负后电位 正后电位
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★单一细胞动作电位的特点:
(1)具“全或无(all-or-none)”性质: 阈下刺激时，AP一点也不产生； 阈(上)刺激时,AP一产生即达最大.
(实测值：-90mV)
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细胞静息时的其他跨膜离子流:
① 一恒定的Na+内流(小于K+外流): 作用：中和一部分膜内的负电荷，而使膜 内电位负值减小, 静息电位的值小 于Ek (即去极化)。
② 钠泵的活动: 钠泵的生电性作用 作用：增大膜两侧电位差(超极化)
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影响静息电位水平的因素:
① 膜两侧的[K+]差值: 正相关; 例如, [K+]o升高时,RP值减小.
(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。
生理学：第二章 3节细胞的电活动
影响RP水平的因素
1）跨膜K+浓差： Ek [K+ ]o ↑→RP↓
2）膜对K+ 和Na+的通透性：
K+通透性↑→RP↑ Na+ 通透性↑，则静息电位↓ 3）钠泵活动水ion potential)
(一)动作电位的概念和特点
• 概念：细胞在静息电位的基础上接受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。
• A：电—化学驱动力：某种离子在膜两侧的 电位差和浓度差两个驱动力的代数和
• B：平衡电位：当电化学驱动力为零，离子 净扩散为零时的跨膜电位差为该离子的平 衡电位。
平衡电位可由Nernst 公式计算
EK= RT/ZF• ln [K+]o / [K+]i
EK = 60 log
[K+]o [K+]i
兴奋的共有标志: 动作电位
0mV
AP
stimulator
神经纤维
-70～- 55mV：膜电位逐步去极化 达到阈电位水平
-55～+30mV：动作电位快速去极相 +30 峰电位
+30～- 55mV：动作电位快速复极相
-55～- 70mV：负后电位
后电位
（后去极化）
负值大于-70 mV : 正后电位 （后超级化）
= -95mV
Em-Ek: K+离子流动的驱动力
1944年 Hodgkin 在枪乌贼神经纤维上实测值为-77mV.
RP实测值略＜计算值 why？
静息状态下,存在处于开放状态的非门控钾通道： 神经纤维的钾漏通道,心肌内向整流钾通道
对K＋通透性 >> Na+的通透性
-90 mV
医学生理学期末重点笔记---第二章----细胞的基本功能
第二章细胞的基本功能第一节细胞膜的跨膜物质转运功能一、膜的化学组成和分子结构<一>磷脂的分子组成以液态的脂质双分子层为基架,具有流动性<二>细胞膜蛋白质镶嵌或贯穿于脂质双分子层分类：表面蛋白、整合蛋白<三>细胞膜糖类多为短糖链,以共价键的形式与膜脂质或蛋白质结合,形成糖脂或糖蛋白.二、细胞膜的跨膜物质转运功能被动转运〔passive transport〕：指物质顺浓度或电位梯度的转运过程.不消耗细胞提供的能量.主动转运〔active transport〕：指物质逆浓度或电位梯度的转运过程.需消耗细胞提供的能量.1.单纯扩散simple diffusion脂溶性物质由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程.影响因素：浓度差通透性特点:①不依靠特殊膜蛋白质的"帮助"②不需另外消耗能量、顺浓度差转运物质：O2、CO2、N2、<NH3>2CO、乙醇、类固醇类激素等少数几种.2.易化扩散facilitated diffusion〔1〕概念:一些非脂溶性或脂溶性非常小的物质,在膜蛋白质的"帮助"下,顺电化学梯度进行跨膜转运的过程分类：原发性主动转运〔简称：泵转运〕、继发性主动转运〔简称：联合转运〕〔1〕原发性主动转运primary active transport概念：指物质在细胞膜"生物泵"的帮助下逆浓度梯度或电位梯度的转运过程.Na+-K+泵又称Na+-K+-ATP酶,简称钠泵.机制：当膜内[Na+]↑/胞外[K+]↑,钠泵激活↓ATP酶〔钠泵〕ATP------------------→ADP + 能量↓2K+泵至细胞内;3Na+泵至细胞外↓维持[Na+]膜外高、[K+]膜内高的不均匀分布状态生理意义•胞内低Na,维持细胞体积•胞内高K,酶活性----新陈代谢正常进行•势能储备钠、钾的易化扩散继发性主动转运,联合转运•生电效能〔2〕继发性主动转运secondary active transport概念：间接利用ATP能量的主动转运过程.分类：①同向转运：Na+-葡萄糖同向转运体,Na+-氨基酸同向转运体〔小肠粘膜上皮细胞,肾小管上皮细胞〕②逆向转运：钠钙交换体〔心肌细胞〕4. 入胞和胞吐①离子通道耦联受体介导的跨膜信号转导②G-蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导③酶耦联受体介导的跨膜信号转导第三节细胞的生物电现象细胞的生物电现象〔跨膜电位〕：静息电位、动作电位一、静息电位resting potential、RP1.概念：静息时,细胞膜两侧存在的稳定的、外正内负的电位差.2.与RP相关的概念：••➢极化：RP存在时,细胞膜内负外正的状态称为极化.➢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.➢反极化:细胞膜由内负外正的极化状态变为内正外负的极性反转过程.3.机制原理：带电离子跨膜转运条件：①静息状态下细胞膜内、外离子分布不均匀②静息状态下细胞膜对离子的通透性具有选择性,安静时,细胞膜主要对K+通透机制：K＋顺浓度差向膜外扩散；A-不能向膜外扩散↓[K+]内↓、[A-]内↑→膜内电位↓<负电场>• [K+]外↑→膜外电位↑<正电场>↓膜外为正、膜内为负的极化状态↓当扩散动力与阻力达到动态平衡时=RP结论: RP是K+的平衡电位影响因素：•细胞膜两侧离子的浓度差•细胞膜对离子的通透性•钠泵的活动二、动作电位action potential、AP1.概念：细胞膜受到有效刺激时,在RP的基础上发生的一个快速的、可逆的、可远距离传播的电位变化.2.动作电位变化过程3.特征：①具有"全或无"的现象：即同一细胞上的AP大小不随刺激强度和传导距离而改变的现象.②是非衰减式传导的电位.③动作电位之间不融和4.动作电位的意义：AP的产生是细胞兴奋的标志,即AP=兴奋5.与AP有关的概念➢兴奋性：活组织或细胞对刺激发生反应的能力.➢刺激：能引起细胞或组织发生反应的所有内、外环境的变化.➢反应：细胞或组织对刺激产生的应答表现.有两种形式：兴奋：组织受刺激后由静息→活动或由活动弱→强的过程.抑制：组织受刺激后由活动→静息或由活动强→弱的过程.●可兴奋组织：神经、肌肉和腺体●兴奋性的指标————阈值〔threshold>阈强度〔阈值〕：刚能引起细胞或组织产生反应的最小刺激强度.阈值与兴奋性的高低呈反变关系.●刺激强度的表示方法1、阈刺激:刚好引起组织产生反应的最小刺激.〔此刺激的强度即称为阈强度〕2、阈上刺激:3、阈下刺激:6.形成机制原理：带电离子跨膜转运条件：⑴. 细胞膜两侧离子的浓度差——电化学驱动力•等于膜电位和该离子平衡电位之差•对Na+的驱动力：E m -E Na =-70-60 = -130mv•对K+的驱动力：E m -E k = -70+90 = 20mv⑵.细胞膜通透性的变化——膜在受到阈刺激而兴奋时,对Na+的通透性增加,继而对K+通透性增加.结论：①AP的上升支由Na＋内流形成,下降支是K＋外流形成的,后电位是Na＋－K＋泵活动引起的.②AP去极相末=Na＋的平衡电位.7.相关实验和实验结论实验1：细胞膜通透性的变化——电压钳〔voltage clamp〕技术实验结论1•内向电流,形成AP上升支〔去极化〕；外向电流,形成AP下降支〔复极化〕.内向电流是Na+电流；外向电流是K+电流•时间依赖性——先产生内向电流〔Na+通透性↑〕,继而产生外向电流〔Na+通透性↓,K+通透性↑〕.实验结论2⑴细胞膜离子通透性的电压依赖性：如果刺激强度达到阈值,可使细胞膜去极化达到阈电位,则会产生膜去极化和钠电导之间存在正反馈〔图1〕,即再生性循环<regenerative cycle>,进一步去极化产生AP〔图2绿线示〕；〔如果刺激强度小于阈值,细胞膜去极化幅度低,没有达到阈电位,则不会产生这种再生性循环,无法产生AP〔图2黑和红线示〕图1 图2阈电位<threshold potential>：能触发动作电位的膜电位临界值因此动作电位的引起过程：阈刺激↓Na+内流,细胞膜去极化↓达阈电位↓Na+通道大量开放,Na+大量内流↓AP⑵.细胞膜离子通透性的时间依赖性：先Na+通透性↑,继而Na+通透性↓,K+通透性↑实验2：细胞膜通透性〔膜电导〕变化的实质——膜片钳技术<patch clamp technique>概念：指已兴奋与邻近未兴奋的心肌细胞之间形成电位差,出现电荷移动,称为局部电流电流方向：作用：使未兴奋部细胞膜去极化达到阈电位,产生AP.这样的过程在膜表面连续进行下去,就表现为兴奋在整个细胞的传导.有髓鞘N纤维AP的传导——跳跃式三、局部电位:local potential概念：阈下刺激引起的低于阈电位的去极化称局部电位.特点：①不具有"全或无"现象.其幅值可随刺激强度的增加而增大；②衰减式传导；③具有总和效应：时间性和空间性总和第四节肌细胞的收缩功能<一>收缩形式1.单收缩和强直收缩<1>.单收缩：肌肉受到一次刺激,引起一次收缩和舒张的过程称为单收缩.<2>.复合收缩①不完全强直收缩:新刺激落在前一次收缩的舒张期内②完全强直收缩:新刺激落在前一次收缩的缩短期内2.等长收缩与等张收缩• 等长收缩:肌肉收缩时,只有张力增加而长度不变的收缩,称为等长收缩.当负荷等于或大于肌张力时,出现等长收缩等张收缩:肌肉收缩时,只有长度缩短而张力不变的收缩,称为等张收缩.当负荷小于肌张力时,出现等张收缩<二>影响收缩因素外在因素：前负荷和后负荷内在因素：肌肉的收缩能力1.前负荷或肌肉初长度：前负荷<preload>：肌肉在收缩之前所承载的负荷肌肉初长度<initial length>：前负荷使肌肉被拉长到某一长度可以用肌肉初长度表示前负荷的大小在一定范围内,随着前负荷↑,粗细肌丝重叠↑,肌缩速度、幅度和张力↑.反之亦然2.后负荷<after load>：肌肉收缩时遇到的负荷和阻力后负荷过大,虽肌缩张力↑,但肌缩速度、幅度↓,不利作功；后负荷过小,虽肌缩速度、幅度↑,但肌缩张力↓,也不利作功.3.肌肉收缩能力：指与负荷无关、决定肌肉收缩效应的内在特性.肌缩能力↑→肌缩速度、幅度和张力↑肌缩能力↓→肌缩速度、幅度和张力↓第二章小结练习• 1. Na+-K+-ATP酶每分解1分子A TP可将__个Na+移出胞外,同时将__个K+移入胞内.• 2. 在肌肉兴奋-收缩偶联过程中,起关键作用的物质是____.• 3. 细胞内外正常Na+、K+浓度的形成和维持是由于_______的作用• 4. 有机磷农药中毒时,可使〔〕A、乙酰胆碱释放增加B、乙酰胆碱释放减少C、胆碱酯酶活性增加D、胆碱酯酶活性降低E、骨骼肌终板处的乙酰胆碱受体功能障碍案例Case 1.A 43-year-old man presents to the physician’s clinic with plaints of epigastric pai n. After a thorough workup, the patient is diagnosed with peptic ulcer disease. He is started on a medication that inhibits the "proton pump" of the stomach.QUESTIONS：•What is the "proton pump" that is referred to above?•What type of cell membrane transport would this medication be blocking?•What are four other types of transport across a cell membrane?ANSWERS TO CASE 1: MEMBRANE PHYSIOLOGY•◆Proton pump: H+-K+-ATPase <adenosine triphosphatase> pump.•◆Type of cell membrane transport: Primary active transport.•◆Other types of transport: Simple diffusion, facilitated diffusion, secondary active transport <cotransport and countertransport [exchange]>, endocytosis and exocytosis.Case 2.某男性患者,16岁,近来运动后感到极度无力,尤其是在进食大量淀粉类食物后加重.门诊检查血清钾正常〔4.5 mmol／L〕,但运动后血清钾明显降低〔2.2 mmol／L〕,经补钾治疗后症状缓解.1.为什么低血钾会引起极度肌肉无力？2.为什么在进食大量淀粉后症状加重？3.血钾增高时对肌肉收缩有何影响？为什么？。
中职康复专业解剖生理学基础第二章第三节细胞的生物电现象
第二章《细胞的基本功能》（二） 复习 习惯叫法:因膜内电位低于膜外，假设膜 外为0，则膜内为负。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。
细胞在安静状态下，膜外为正、膜内为负的 极化 。 状态称为_______
超极化 -80mV 去极化 -70mV 极化 -50mV 反极化 +10mV
任何刺激（Na+内流的刺激、局部电位的刺 激）只要使膜去极化达到阈电位，即爆发 动作电位，然后以局部电流形式传导。
临床上使用的局麻药物就是通过作用于细胞膜 上相应的离子通道阻断动作电位在神经纤维的传导 而发挥药理作用。
无髓
有髓
传导特点
1、不衰减性 2、“全或无”现象 阈刺激可使膜去极化达到阈电位， 3、双向传导 从而使Na+通道大量开放；一旦开放，动作电位 - + + + + - + + + + + 的爆发则是Na+顺浓度并和电位差内流进一步去 + + 极化的结果而与刺激的强度没有关系。
动力
两个力量
浓度差 电位差 ?
阻力
一个平衡
电位差
离子的平衡电位
静息电位的产生机制
1.静息电位的产生条件
(1)静息状态下细胞膜内、外 离子分布不匀
K+
Na+
(2) 不同状态下细胞膜对离子的通透性不 同
- ＞ Na+ ＞ A静息状态下通透性： 静息状态下细胞膜主要对 K+ ＞K+ Cl 有通透性：
静息状态下细胞膜内外主要离子分布 及膜对离子通透性
通透性：K+ ＞ Cl- ＞ Na+ ＞ A-
23细胞的生物电现象aaa
几点说明：
1.刺激：①在细胞膜内施加负相电流（或膜 外施加正相电流）刺激时，会引起超极化，不会
引发AP；相反，会引起去极化，引发AP；
②刺激分：阈刺激、阈上刺激、阈下刺
激，前二者能使膜电位去极化达到阈电位引发
(四)与RP相关的概念：
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。
达到平衡时的电势差）
通透膜 选择性通透膜
2 静息电位的产生机制
①静息状态下细胞膜内、外离子分布不匀
[K+]i＞[K+]o≈30∶1
[Na+]i＜[Na+]o≈1∶10
[A-]i＞[A-]o≈ 4∶1
[Cl-]i＜[Cl-]o≈1∶14
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-
化
反极化（超射）
下
复极化
降 支
（负、正）后电位
(三)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。 反极化:细胞膜由外正内负的极化状态变为内正外负
第二章细胞第三节 细胞的电活动
Hodgkin&Huxley（英, 1939 ）
二、 动作电位（AP）
（一）AP的记录、概念、特点及意义
标本：神经纤维
AP的概念：可兴奋细胞在RP基础上接受有效刺激后，产生 的一个迅速的、可向远处传播的电位波动。
内向电流：阳离子内流或阴离子外流，可使膜去极化
外向电流：阳离子外流或阴离子内流，可使膜复极化或超极化
1. AP产生机制（过程）
（后去极化电位；
后超极化电位）
TP RP
-70 mV
Na+ Na+ Na+ － ＋－ ＋ ＋ －＋ －
＋
2K+ 3Na
+
K+ K+
－
K+ K+
ATP + 2K+ 3Na
St
（1）去极相（上升支）的产生
有效电刺激膜轻度除极化，MP部分Na+通道被激活、开 放 Na+少量内流（内向电流）膜进一步除极化，MP继续 TP（约-55mV） 大量Na+通道被激活、开放，GNa
1. AP的波形及构成 AP：去极相(上升支)+复极相(下降支) 峰电位（spike potential，SP）
AP
后电位 正后电位（后超极化电位） 幅度: =|RP|+超射值（超射: overshoot； ≈ ENa） 绝对值：约90 ~120 mV 时程: 不同细胞差异大， 数十到300 ms 神经纤维：SP：1-2 ms；后电位可达100 ms
RP的产生与K+平衡电位（EK）:
三）RP产生机制的证明
1. 用Nernst公式计算的EK理论值与RP的实测值非 常接近. Nernst公式：Ex= RT/ZF· ln[x]o/[ x]i 在温度为29.2℃，离子价是单价时，上式简 化为Ex = 60lg[x]o/ห้องสมุดไป่ตู้ x]I
第三节细胞的生物电现象
(一)细胞的静息电位 静息电位 (Resting Potential，RP）——细胞静息（未受
刺激）时存在于细胞膜两侧的电位差。 细胞静息电位的特征： (1)（动物细胞的静息电位）内负外正； (2)为一稳定的直流电位。
相关链接：
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与膜电位变化相关的生理学术语
(1)极化(polarization)状态 ——细胞静息时细胞膜两侧电荷的分极（内负外正）状态。 (2)去极化 (除极化) (de-) ——膜电位向减小方向变化。 (3)反极化(reverse-) ——膜电位变为内正外负状态。 (4)超极化(hyper-) ——在静息电位基础上，膜电位向增大方向变化。 (5)复极化(re-)： ——膜电位发生去极化后，再向静息电位恢复的过程。
相关链接：
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三、阈下刺激与局部兴奋(local excitation)
局部兴奋——阈下刺激引起受刺激局部膜的不达阈电位的微弱 去极化。
局部兴奋的特性： (具电紧张电位的特征) (1)刺激依赖性：非“全或无”，随阈下刺激的增强而增大; (2)电紧张性扩布：仅衰减性波及局部膜; (3)可总和：发生空间总和或时间总和。
2.静息电位有何特征，产生机制如何？ 3.试述动作电位的过程及其基本产生机制。 4.动作电位有何特征？试解释这些特征的机制。 5.不同强度的刺激对细胞(膜)有何作用？ 6.试述细胞兴奋过程兴奋性的变化规律？绝对不应期有何意义？
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膜电位的记录
➢ 细胞生命活动过程中伴随的电现象，存在于细胞膜两侧的 电位差称膜电位(membrane potential) 。通常是指以 膜相隔的两溶液之间产生的电位差。生物细胞被以半透性 细胞膜，而膜两边呈现的生物电位就是这种电位，平常把 细胞内外的电位差叫膜电位。如果把两种电解质用膜隔开， 使一侧含有不能透过该膜的粒子，由于这种影响，两侧电 解质的分布便发生了变化，一旦达到平衡，膜两侧就会有 膜电位。如果两侧没有这种不透性离子，但只要把浓度不 同的两种电解质以膜隔开，在阳离子和阴离子透过膜的速 度不同时，膜两侧也会产生电位差。
第三节细胞的生物电现象及其产生
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2020/12/8
第三节细胞的生物电现象及其产生
膜电位状态 静息电位 (resting potential)
极 化：（polarization） 去极化：（Depolarization） 反极化：（Reversed polarization) 复极化：（Repolarization） 超极化：（Over-polarization）
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第三节细胞的生物电现象及其产生
局部反应与AP的区别
局部反应
阈下刺激引起
钠通道少量开放 反应等级性 有总和效应 衰减性传播
动作电位
阈(上)刺激引起 钠通道大量开放
“全或无” 无
非衰减性传播
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第三节细胞的生物电现象及其产生
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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细胞内液浓度 （mmol/L） 15 150 1.5(游离0.0001) 12 9 8 1 4 4
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第三节细胞的生物电现象及其产生
•RP产生机制
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第三节细胞的生物电现象及其产生
AP产生机制
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，膜
外的Na+内流，使膜电位由-70mV增加至0mV （去极化），进而上升为+30mV（反极化）， Na+通道随之失活。
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第三节细胞的生物电现象及其产生
动作电位(action potential)：
•去极相
•去极化 •反极化
•复极相 复极化初期
•后电位
神经细胞生物电现象
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
2024/6/22
（二）阈下刺激、局部反应 及其总和
2024/6/22
1、阈下刺激与局部反应
单个阈下刺激产生的局部反应可 以使膜的兴奋性提高（P59图3－6） 。
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2、局部反应与总和
2、实验证明
●改变细胞浸浴液K+浓度 ●枪乌贼巨轴突灌流实验 结论：
静息电位主要取决于K+平衡电位，膜内 K+向膜外扩散至维持膜内外动态平衡的水平是 形成静息电位的主要离子基础。
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(三)动作电位与Na+平衡电 位
2024/6/22
1、过程
去极化：
细胞受刺激发生 兴奋时：钠通道被“激 活”而开放，Na+流入 膜内，膜内负电位随着 正电荷的进入而迅速被 抵消，膜内出现正电位 ，形成动作电位上升相 。
哺乳动物神经、骨骼肌、平滑肌、 心肌细胞静息电位为-70~-90mV；
人红细胞静息电位为-10mV等。
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2、动作电位
● 在神经纤维一端记 录静息电位同时，在纤 维另一端给予电刺激， 经过极短潜伏期后，记 录电极部位在静息电位 基础上出现一个快速的 生物电变化。
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●概念：p56 ●图形：
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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。
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[A-]i不能向膜外扩散
[K+]i↓、[A-]i↑→膜内电位↓(负电场) • [K+]o↑→膜外电位↑(正电场)
膜外为正、膜内为负的极化状态
当扩散动力与阻力达到动态平衡时=RP
结论:RP的产生主要是K＋向膜外扩散的结果。
∴RP=K+的平第衡二章电第三位节细胞生物电现象
二、动作电位(AP)及其产生机制
5.动作电位的意义： AP的产生是细胞兴奋的标志。
第二章第三节细胞生物电现象
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。 反极化:细胞膜由外正内负的极化状态变为内正外负
第二节 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 （bioelectricity）。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。
的极性反转过程。 阈电位:引发AP的临界膜电位数值。 局部电位:低于阈电位的去极化电位。 后电位：锋电位下降支最后恢复到RP水平以前，一种 时间较长、波动较小第二的章第电三节位细胞变生物化电现过象 程。
（二）动作电位的产生机制
1.AP产生的基本条件:
①膜内外存在[Na+]差:[Na+]i：[Na+]O ≈ 1∶10； ②膜在受到阈刺激而兴奋时，对离子的通透性增加：
动作电位是细胞兴奋的过程和标志。
动作电位的过程：
动作电位
锋电位 后电位
上升支(去极相) 下降支(复极相)
*其中锋电位是动作电位的主要部分。
第二章第三节细胞生物电现象
3.动作电位的图形
刺激
局部电位
支上 升
阈电位 去极化
化去 极
零电位
反极化（超射）
支下 降
复极化
（负、正）后电位
第二章第三节细胞生物电现象
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
第二章第三节细胞生物电现象
• 极化 – 内外两侧电位维持内负外 正的稳定状态
• 去极化或除极化 – 膜内负电位减小甚至由负 转正
通透膜 选择性通透膜
第二章第三节细胞生物电现象
二、静息电位(resting potential RP)及其
产生机制 (一) 静息电位的概念
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：
第二章第三节细胞生物电现象
3.证明RP的实验：
（甲）当A、B电极都位 于细胞膜外，无电位改变， 证明膜外无电位差。
Na+ 14
142 1:10 通透性很小
K+ 155 5
31:1
通透性大
Cl- 8
110 1:14 通透性次之
A- 60 15 4:1
无通透性
第二章第三节细胞生物电现象
2.RP产生机制的膜学说:
∵静息状态下①细胞膜内外离子分布不均；②细胞
膜对离子的通透具有选择性:K+＞Cl-＞Na+＞A-
∴
[K＋]i顺浓度差向膜外扩散 Nhomakorabea+40mv
b
0mv
c -70mv
-90mv
a
d
ab:锋电位上升支---去极化 bc：锋电位下降支---复极化 abc：锋电位 cd：后电位 第二章第三节细胞生物电现象
4.动作电位的特征：
①是非衰减式传导的电位。 ②具有“全或无”的现象：即同一细胞 上的AP大小不随刺激强度和传导距离而改 变的现象。
第二章第三节细胞生物电现象
细胞的生物电现象
第二章第三节细胞生物电现象
第二章第三节细胞生物电现象
第二章第三节细胞生物电现象
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。
2.RP实验现象：
第二章第三节细胞生物电现象
• 超极化 – 膜内负电位增大
• 复极化 – 先去极化，再向静息电位 水平恢复
第二章第三节细胞生物电现象
（二）静息电位的产生机制
1.静息电位的产生条件
(1)静息状态下细胞膜内、外离子分布不匀 [Na+]i＞[Na+]o≈1∶10, [K+]i＞[K+]o≈30∶1 [Cl-]i＞[Cl-]o≈1∶14, [A-]i＞[A-]o≈ 4∶1
(一)动作电位的概念 1.概 念：可兴奋细胞受到刺激，细胞膜在静息电
位基础上发生一次短暂的、可逆的,并可向周围扩布 的电位波动称为动作电位。
2.AP实验现象：
第二章第三节细胞生物电现象
细胞的动作电位 动作电位(AP）——可兴奋细胞受阈(阈上)刺激后，在静息电位基 础上产生的短暂的、可扩布的膜电位波动。
主要离子分布： 膜内：
膜外：
第二章第三节细胞生物电现象
(2)静息状态下细胞膜对离子的通透性具有选择性 通透性：K+ ＞ Cl- ＞ Na+ ＞ A-
第二章第三节细胞生物电现象
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
离子浓度
（mmol/L）
膜内 膜外
膜内与膜 外离子比 例
膜对离子通 透性
（乙）当A电极位于细胞 膜外， B电极插入膜内时， 有电位改变，证明膜内、 外间有电位差。
（丙）当A、B电极都位 于细胞膜内，无电位改变， 证明膜内无电位差。
第二章第三节细胞生物电现象
4.与RP相关的概念：
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）。
即电压门控性Na+、K+通道激活而开放。
第二章第三节细胞生物电现象
2.AP的产生机制:
AP上升支
第二章第三节细胞生物电现象
生物电现象的产生机制
化学现象
要在膜两侧形成电位差，必 须具备两个条件：①膜两侧的 离子分布不均，存在浓度差； ②对离子有选择性通透的膜。
膜两侧[K+]差是促使K+扩散 的动力，但随着K+的不断扩散， 膜两侧不断加大的电位差是K+ 继续扩散的阻力，当动力和阻 力达到动态平衡时，K+的净扩 散通量为零→膜两侧的平衡电 位。