8.4-生物膜电位
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10
二、 动作电位和神经传导
1. 动作电位
可见：细胞受刺激所经历
的除极和复极过程，伴随着
电位的波动过程。这一过程
仅需10ms左右。我们把这个
电位波动过程叫做动作电位。
细胞恢复到静息状态后，
又可以接受另一个刺激，产
生你一个动作电位。在不断
的强刺激下，1秒内可以产 生几百个动作电位。
11
2. 神经传导
动作电位传播 的速度与神经纤 维的结构和大小 有关，慢的约 0.5mm/s，快的 达到130mm/s。
13
3. 神经纤维的电缆方程
神 经
细胞体 树突：接受传入的信息传向细胞体。
元
突起
内部是轴浆（稀电解质） 轴突（神经纤维） 外部是圆柱面的细胞膜
纵向电流：是轴浆的电解质中的K+、Na+、Cl－
可沿轴突流动。纵向电阻叫轴浆电阻，用ri 表示单位 长度的轴浆电阻。
20
第八章 直流电
8.1 电流密度和欧姆定律 8.2 基尔霍夫定律 8.3 电容器的充电和放电 8.4 生物膜电位
21
知识回顾 Knowledge Review
第四节 生物膜电位
一、能斯特方程和静息电位 二、动作电位和神经传导
1
一、能斯特方程和静息电位
1. 能斯特方程式
静息电位产生的原因：
1）细胞膜内外液体中离子的浓度不同 2）细胞膜对不同种类的离子的通透性不一样。
在没有任何刺激时，细胞内外存在电位差，这一电
位差叫静息电位。
静息电位的产生过程
如图所示，两种不同浓度的KCl溶液,有一个半透膜
在电场力的作用下，带电胶粒的迁移现象叫做电 泳。胶粒的迁移速度主要由以下因素决定：
电场强度、胶粒电量及质量、胶粒大小和形状、 液体的粘滞系数和介电常数。
带电胶粒在电场作用下的迁移速度不同，可以将 标本中的不同成份分开，是生物化学研究，制药及临 床检验的常用手段。
19
由直流电源和电泳槽两大部分构成。 直流电源要提供稳定的输出电压，电流和功率； 电泳槽一般包括电极（由炭棒或铂片组成）和缓 冲液槽、电泳介质的支架和透明的绝缘密封盖等组成。
8
除极以后，细胞膜又使钠离子不能通透，而 K
的通透性突然提高，使大量的钾离子由膜内向膜外
扩散，使膜内的电位降低，膜电位由+60mV迅速降 到-100mV，这一过程使离子在细胞兴奋时的电位得 以恢复称为复极。膜电位恢复为-86mV.
9
第四节 生物膜电位
一、能斯特方程和静息电位 二、动作电位和神经传导
膜两侧得浓度与离子 密度成正比，即：
C1 n1 C2 n2
取对数：
ln
n1 n2
Ze kT
(U1 U2 )
跨膜电位（膜电位）
能斯特方程
U1
U2
kT Ze
ln
C1 C2
2.3 kT Ze
lg C1 C2
5
2. 静息电位
细胞膜属于半透膜，膜内外存在多种离子，主
要是： K 、Na+、Cl 和大蛋白离子。当细胞处于静
15
当外界的刺激低于细胞兴奋的阈值时，细胞不 会产生动作电位，但细胞的膜电位还是会发生，而 细胞膜的电阻、电容和膜电动势不发生变化，这时 的膜称为被动膜。
被动膜的电缆性质：
等效电路：把神经纤维
看成有许多长度为x 的 小段组成，每一小段 x
可表示为如图所示的等效 电路。
16
把相邻小段的神经纤维的等效电路联系在一起就 构成神经纤维的等效电路如图：
算。在温度相同条件下，势能为EP的粒子的平均密度 n与势能EP间的关系：
n n0eEp kT
k 1.381023 J / K
两侧离子的电势能分别为：
EP1 ZeU1
EP2 ZeU 2
代入玻尔兹曼能量分布定律得：
n1
n eZeU1 0
kT
n2
n eZeU2 0
kT
4
则： n1 eZe(U1 U2 ) kT n2
神经纤维的电缆方程，并解出： 被动膜的电缆性质：膜
0ex
电位 依距离的变化 x 按指
数规律衰减
通电电极在x＝0处 的膜电位
17
通入恒定电流刺激神经
记录不同点的膜电位变化
两个微电极
测得的是 膜电位变化
ε是膜电位
E与静息电 位Er 之差
ε ＝E－Er
18
4. 电泳
细胞外液中除了正负离子外，还有带电或不带电 的悬浮胶粒（细胞、病毒、蛋白质分子或合成粒子）。
细胞处于静息状态时：膜外带正点，膜内带负 电，膜外电位高于膜内，膜电位-86mV.
7
去极化过程：当细胞受到的刺激达到阈值或阈值
以上时，Na的通透性突然增大，大量的钠离子在浓
度梯度和电场的双重作用下涌入膜内，使膜内的电 位迅速提高，膜电位降低。
当膜内外钠离子的浓度差 和电位差的作用相互平衡 时，细胞膜的极化发生倒 转，使膜内带正电，膜外 带负电，这一过程叫除极。 膜电位为：+60mV.
隔开。设半透膜只允许 K 通过，而不允许 Cl 通过。
两边的浓度分别为C1和C2，且C1 > C2。
2
由于C1 > C2， K 向右侧扩散，使右侧正离子逐
渐增加，左侧出现过剩的负离子，这些电荷在膜的两
侧聚集起来，最后达到平衡时，膜的两侧具有一定的
电势差 。
3
对于稀溶液 值可由玻尔兹曼能量分布定律来计
对于大细胞，动作电位可以由它的某一部分产 生，再传导到另一部分。在肌肉组织中，动作电位 可以由一个细胞传到另一个细胞。
12
除极时，膜外的正电荷被吸入膜内，使临近区域 的电位降低，膜内的负电荷也移入正电区，使临近区 域的电位上升。结果临近区域的电位发生变化，引起 钠离子的通透性突然增加，从而触发动作电位出现。
横向电流（膜电流）：这些离子跨越细胞膜运动。
横向电阻叫膜电阻，用rm 表示单位长度的膜电阻。
14
细胞内液和外液均是含 有电解质的溶液
两个导体
Biblioteka Baidu
电 容
细胞膜是含脂肪的膜
绝缘体
单位面积的电容为膜电容用Cm表示
把神经纤维看成是一根特殊的电缆，由于轴 浆电阻、膜电阻与膜电容的组合，使电流对膜电 位的影响起着依距离而衰减和在时间上的延迟作 用。神经细胞的这种性质可以比较满意地解释电 流对神经膜的作用。因此称为电缆学说。
息状态时，各种离子得膜内外浓度不同，它们都可
以在不同程度上透过细胞膜，其他则不能透过。只
有能透过细胞膜的离子才能形成跨膜电位.
两种离子 Na : 61.5lg 10 71mV
的静息电
142
位是： K : 61.5lg 141 89mV
5 6
神经细胞的静息电位是-86mV，这时细胞膜对 K 是通透的，而对 Na+通透性很差。
二、 动作电位和神经传导
1. 动作电位
可见：细胞受刺激所经历
的除极和复极过程，伴随着
电位的波动过程。这一过程
仅需10ms左右。我们把这个
电位波动过程叫做动作电位。
细胞恢复到静息状态后，
又可以接受另一个刺激，产
生你一个动作电位。在不断
的强刺激下，1秒内可以产 生几百个动作电位。
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2. 神经传导
动作电位传播 的速度与神经纤 维的结构和大小 有关，慢的约 0.5mm/s，快的 达到130mm/s。
13
3. 神经纤维的电缆方程
神 经
细胞体 树突：接受传入的信息传向细胞体。
元
突起
内部是轴浆（稀电解质） 轴突（神经纤维） 外部是圆柱面的细胞膜
纵向电流：是轴浆的电解质中的K+、Na+、Cl－
可沿轴突流动。纵向电阻叫轴浆电阻，用ri 表示单位 长度的轴浆电阻。
20
第八章 直流电
8.1 电流密度和欧姆定律 8.2 基尔霍夫定律 8.3 电容器的充电和放电 8.4 生物膜电位
21
知识回顾 Knowledge Review
第四节 生物膜电位
一、能斯特方程和静息电位 二、动作电位和神经传导
1
一、能斯特方程和静息电位
1. 能斯特方程式
静息电位产生的原因：
1）细胞膜内外液体中离子的浓度不同 2）细胞膜对不同种类的离子的通透性不一样。
在没有任何刺激时，细胞内外存在电位差，这一电
位差叫静息电位。
静息电位的产生过程
如图所示，两种不同浓度的KCl溶液,有一个半透膜
在电场力的作用下，带电胶粒的迁移现象叫做电 泳。胶粒的迁移速度主要由以下因素决定：
电场强度、胶粒电量及质量、胶粒大小和形状、 液体的粘滞系数和介电常数。
带电胶粒在电场作用下的迁移速度不同，可以将 标本中的不同成份分开，是生物化学研究，制药及临 床检验的常用手段。
19
由直流电源和电泳槽两大部分构成。 直流电源要提供稳定的输出电压，电流和功率； 电泳槽一般包括电极（由炭棒或铂片组成）和缓 冲液槽、电泳介质的支架和透明的绝缘密封盖等组成。
8
除极以后，细胞膜又使钠离子不能通透，而 K
的通透性突然提高，使大量的钾离子由膜内向膜外
扩散，使膜内的电位降低，膜电位由+60mV迅速降 到-100mV，这一过程使离子在细胞兴奋时的电位得 以恢复称为复极。膜电位恢复为-86mV.
9
第四节 生物膜电位
一、能斯特方程和静息电位 二、动作电位和神经传导
膜两侧得浓度与离子 密度成正比，即：
C1 n1 C2 n2
取对数：
ln
n1 n2
Ze kT
(U1 U2 )
跨膜电位（膜电位）
能斯特方程
U1
U2
kT Ze
ln
C1 C2
2.3 kT Ze
lg C1 C2
5
2. 静息电位
细胞膜属于半透膜，膜内外存在多种离子，主
要是： K 、Na+、Cl 和大蛋白离子。当细胞处于静
15
当外界的刺激低于细胞兴奋的阈值时，细胞不 会产生动作电位，但细胞的膜电位还是会发生，而 细胞膜的电阻、电容和膜电动势不发生变化，这时 的膜称为被动膜。
被动膜的电缆性质：
等效电路：把神经纤维
看成有许多长度为x 的 小段组成，每一小段 x
可表示为如图所示的等效 电路。
16
把相邻小段的神经纤维的等效电路联系在一起就 构成神经纤维的等效电路如图：
算。在温度相同条件下，势能为EP的粒子的平均密度 n与势能EP间的关系：
n n0eEp kT
k 1.381023 J / K
两侧离子的电势能分别为：
EP1 ZeU1
EP2 ZeU 2
代入玻尔兹曼能量分布定律得：
n1
n eZeU1 0
kT
n2
n eZeU2 0
kT
4
则： n1 eZe(U1 U2 ) kT n2
神经纤维的电缆方程，并解出： 被动膜的电缆性质：膜
0ex
电位 依距离的变化 x 按指
数规律衰减
通电电极在x＝0处 的膜电位
17
通入恒定电流刺激神经
记录不同点的膜电位变化
两个微电极
测得的是 膜电位变化
ε是膜电位
E与静息电 位Er 之差
ε ＝E－Er
18
4. 电泳
细胞外液中除了正负离子外，还有带电或不带电 的悬浮胶粒（细胞、病毒、蛋白质分子或合成粒子）。
细胞处于静息状态时：膜外带正点，膜内带负 电，膜外电位高于膜内，膜电位-86mV.
7
去极化过程：当细胞受到的刺激达到阈值或阈值
以上时，Na的通透性突然增大，大量的钠离子在浓
度梯度和电场的双重作用下涌入膜内，使膜内的电 位迅速提高，膜电位降低。
当膜内外钠离子的浓度差 和电位差的作用相互平衡 时，细胞膜的极化发生倒 转，使膜内带正电，膜外 带负电，这一过程叫除极。 膜电位为：+60mV.
隔开。设半透膜只允许 K 通过，而不允许 Cl 通过。
两边的浓度分别为C1和C2，且C1 > C2。
2
由于C1 > C2， K 向右侧扩散，使右侧正离子逐
渐增加，左侧出现过剩的负离子，这些电荷在膜的两
侧聚集起来，最后达到平衡时，膜的两侧具有一定的
电势差 。
3
对于稀溶液 值可由玻尔兹曼能量分布定律来计
对于大细胞，动作电位可以由它的某一部分产 生，再传导到另一部分。在肌肉组织中，动作电位 可以由一个细胞传到另一个细胞。
12
除极时，膜外的正电荷被吸入膜内，使临近区域 的电位降低，膜内的负电荷也移入正电区，使临近区 域的电位上升。结果临近区域的电位发生变化，引起 钠离子的通透性突然增加，从而触发动作电位出现。
横向电流（膜电流）：这些离子跨越细胞膜运动。
横向电阻叫膜电阻，用rm 表示单位长度的膜电阻。
14
细胞内液和外液均是含 有电解质的溶液
两个导体
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电 容
细胞膜是含脂肪的膜
绝缘体
单位面积的电容为膜电容用Cm表示
把神经纤维看成是一根特殊的电缆，由于轴 浆电阻、膜电阻与膜电容的组合，使电流对膜电 位的影响起着依距离而衰减和在时间上的延迟作 用。神经细胞的这种性质可以比较满意地解释电 流对神经膜的作用。因此称为电缆学说。
息状态时，各种离子得膜内外浓度不同，它们都可
以在不同程度上透过细胞膜，其他则不能透过。只
有能透过细胞膜的离子才能形成跨膜电位.
两种离子 Na : 61.5lg 10 71mV
的静息电
142
位是： K : 61.5lg 141 89mV
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神经细胞的静息电位是-86mV，这时细胞膜对 K 是通透的，而对 Na+通透性很差。