2-3细胞基本功能

第二章 细胞的基本功能 Function of cell
第三节
细胞的生物电现象
生物电：
一切活组织的细胞，不论在安静状态还是在活 动过程中均表现有电的变化，这种电变化是伴随 着细胞生命活动出现的，所以称为生物电。
•
细胞水平的生物电现象有两种表现：
• 静息电位 • 动作电位
一、静息电位及其产生机制
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小10～20mV。 如神经细胞RP=-70mV，TP≈-55mV 阈电位特性： 引起膜上电压门控性Na+通道大量开放。
Na+通道的结构及功能模式 Hodgkin and Huxley model (H-H model)
AP产生机制
膜 30mV 电 位
0mV
超射
去极化
复极化
静息膜电位
时间
inside
Membrane
Na+
A-
Na+
outside
Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+
inside
outside
_ + _ + _ + _ +
K+
A- K _ + A- K _ + - K _ A K _ + A- + A- K A+ + + + +
二、动作电位及其产生机制
局部电位（Local potential） ：
阈下刺激因强度较弱而不能使膜的去极化达到阈电位， 不能触发AP，但可引起局部电位。
局部电位的特征 ：
等级性：非“全或无”现象。 衰减性：电紧张性扩布 。 总和现象
⑴空间总和。 ⑵时间总和。
总和或叠加后的局部电位若≥阈电位，则产生AP。


电化学驱动力：浓度差和电位差。
膜通透性：安静状态下,膜主要对K+通透。

扩散平衡：电位差=浓度差,驱动力=0。
根据Nernst公式可计算出离子平衡电位。

一、静息电位及其产生机制

离子平衡电位计算公式：
Nernst方程：
[K+]o Ek=60 log —————(mV) [K+]i

[K+]o为膜外K+浓度 [K+]i为膜内K+浓度
有髓鞘神经纤维AP传导机制—跳跃式传导
：
有髓NF传导速度>> 无髓NF
三、组织的兴奋和兴奋性
兴奋（excitation）
：
可兴奋组织或细胞受刺激后产生生物电反应的过程。
局部电位与动作电位的比较：
可兴奋细胞
：
凡在受刺激后能产生动作电位的细胞。如：神经、肌 、腺细胞。
兴奋性（excitability）
三、组织的兴奋和兴奋性
局部电位与动作电位的比较：
衡量细胞兴奋性大小的指标：阈强度（threshold）：
（或阈刺激） 在刺激时间固定时，引起组织兴奋即产生动作电位的 最小刺激强度称为阈强度。
三、组织的兴奋和兴奋性
细胞兴奋后兴奋性的变化：
局部电位与动作电位的比较：
绝对不应期(相当于锋电位) (absolute refractory period) 兴奋性＝0 相对不应期(相当于负后电位) （relative refractory period） 正常>兴奋性>0
K+
_ + _ + _ + _ +
K+
A- K A- K A- K A- K K A AA- K
+ + &; Na+ _ K+ Na+ +
Na+
_ + _ + _ +
K+
K+
ATP
K+
+
At rest
二、动作电位及其产生机制
动作电位的引起 ：
阈电位（threshold potential，TP）
以局部电流的形式连续 不衰减地向远处传播。
三、动作电位的传导
无髓鞘神经纤维AP传导机制—局部电流学说
：
• NF某处产生AP时，该处膜电位倒转，与邻近未兴奋段 之间存在一电位差→电荷移动→局部电流→刺激邻近静 息膜去极化到阈电位→Na+大量内流→该处产生AP。
三、动作电位的传导
三、动作电位的传导
两个门
三种状态
m
m +
m h
m
h
h
h
h
静息状态
激活
失活
静息状态
时间、电压依赖
二、动作电位及其产生机制
阈强度（threshold intensity) ：
作用于细胞使膜的静息电位去极化到阈电位 的刺激强度。
阈刺激 ：
具有阈强度的刺激。
阈下刺激 ：
比阈强度弱的刺激，引起少量的Na+内流，从 而产生较小的去极化，不引起AP，但可引起 膜电位有所变化。

细胞的静息电位(resting potential，RP ) ：
指细胞未受刺激时（ 静息状态）存在于细胞膜 内外两侧的电位差。 膜内电位较膜外为负 的稳定的直流电。
范围在-10～-100mV 之间 。
一、静息电位及其产生机制
极化(polarization):外正内负 超极化(hyperpolarization): 膜内电位向负值增大的方向 变化。 去极化(depolarization):


二、动作电位及其产生机制

细胞的动作电位(Action potential,AP) ：
定义： 在静息电位的基础上，如果细胞受到一个适当的 刺激，可触发其产生可传播的膜电位波动。
二、动作电位及其产生机制

细胞的动作电位(Action potential,AP) ：
升支（去极化相） 降支（复极化相） 锋电位：AP的特征和标志 负后电位 正后电位
超常期(相当于负后电位) （supranormal period） 兴奋性>正常 低常期(相当于正后电位) （subnormal period） 兴奋性<正常
The End
锋电位
后电位
0
升支
降支 负后电位 正后电位
二、动作电位及其产生机制

单一细胞产生动作电位的特点 ：
“全或无”现象： 刺激强度未达到阈值，动作电位不会发生；只要刺 激达到阈值即可产生动作电位，AP的幅度不随刺激强度 增加而增大。 不衰减可传播性： AP不仅出现在受刺激的局部，它可迅速向周围C膜 传播，直至整个细胞膜都一次产生AP，且大小不因传播 距离而改变。
二、动作电位及其产生机制
局部电位与动作电位的比较：
项目
刺激强度
局部电位与动作电位的比较：
局部电位
阈下 少
动作电位
阈或阈上 多
开放的钠通道
电位变化幅度
总和
小（<阈电位）
有（空间，时间）
大（>阈电位）
无
“全或无”现象
传播特点
无
呈电紧张性扩布，随 时间和距离的延长迅 速衰减，不能连续向 远处传播。
有
膜电位向0mV方向变化的过程 反极化(reversepolarization): 去极到正值。 复极化(repolarization): 去极后向RP恢复。 超射(overshoot): 膜电位高于0电位部分。
0
一、静息电位及其产生机制

静息电位产生的机制 ：静息时离子的跨膜扩散
离子扩散与离子平衡电位：
：
可兴奋组织或细胞受刺激后产生动作电位的能力。
三、组织的兴奋和兴奋性
刺激(stimulation) ：
•细胞和组织所处的内外环境的变化。 •刺激的形式：物理 化学 机械等.
局部电位与动作电位的比较：
刺激量的三个参数 ：
•刺激的强度； •刺激的持续时间； •刺激强度对时间的变化率。
在“刺激强度对时间的变化率”固定时，在一定范围 内，引起组织兴奋的刺激强度与时间呈反比。
一、静息电位及其产生机制

影响静息电位的因素： 胞内、外的[K+]: ∵[K+]o与 [K+] i的差值决定EK ∴ [K+]o ↑ → EK ↓ 膜对K+、Na+通透性: K+的通透性↑,则RP↑,更趋向于EK Na+的通透性↑,则RP↓,更趋向于ENa Na+-K+泵的活动↑ ，引起超极化。