细胞电活动的现象
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potential
Ion
K+ Na+ Ca2+ ClHCO3-
Intracellular
140 mM 15 mM 10-7 M 20 mM 14 mM
Extracellular
4 mM 145 mM 10-3 M 120 mM 24 mM
Plasma membrane
Scenario C: 平衡状态(equilibrium)
总结
当细胞受到去化极刺激 细胞膜上少量Na+通道激活而开放
→电紧张电位
Na+顺浓度差少量内流→膜内外电位差↓ →局部反应 当膜内电位变化到阈电位时→Na＋通道大量开放
Na+顺电化学梯度大量内流（再生式内流）
膜内负电位减小到零并变为正电位（AP上升支） →动作电位
（全或无、不衰减）
Na+通道关→Na+内流停+同时K+通道激活而开放
选择性通透膜
Intracellular Extracellular
Intracellular
Extracellular
顺浓度梯度
顺浓度梯度 逆电位梯度
EK
电-化学驱动力=RTln
[K+]i [K+]o
+ zF(Ei-Eo) = 0
(Ei-Eo) = -
RT zF
ln [K+]i
[K+]o
= -60 log [K+]i
(1) Unequal distribution of ions across the plasma membrane largely due to primary and secondary
active transport
Ion
K+ Na+ Ca2+ ClHCO3-
Intracellular
140 mM 15 mM 10-7 M 20 mM 14 mM
+20
0
mV
-90 0
200
Time (ms)
2. 动作电位的产生机制 (1) 阈下刺激导致局部膜电位变化（局部反应）
(2)局部反应引起Na+、K+ 通道状态改变引起快 速去极化继而复极化
AP上升支
AP下降支
Hodgkin & Huxley (H-H) model
(m-gate) (h-gate)
K＋顺电化学梯度迅速外流
膜内电位迅速下降，恢复到RP水平（AP下降支）
∵ [Na+]i↑、[K+]O↑→激活Na+－K+泵 Na+泵出、K+泵回，∴离子恢复到兴奋前水平→后电位
动作电位传导 (conduction)
•传导机制 —局部电流学说 (local current)
•有髓纤维的跳跃式传导 （saltatory conduction） 意义： 1）提高传导速度 2）减少能量消耗
Leabharlann Baidu
四、组织的兴奋和兴奋性
1. 兴奋和可兴奋细胞
兴奋（excitation）：在现代生理学中，兴奋就是 动作电位或动作电位的产生过程。
可兴奋细胞（excitable cell）：生理学将神经细胞、 肌细胞和部分腺细胞，称为可兴奋细胞。
* 可兴奋细胞的共同特征：产生动作电位。
2. 细胞（或组织）的兴奋性 • 兴奋性（excitability）：可兴奋细胞接受刺 激产生动作电位的能力或特性。 • 衡量组织兴奋性高低的指标-阈强度（阈值）
If : Vm=-100 mV, thickness of plasma membrane=4nm Then: electric field~250,000V/cm
The plasma membrane mimics a miniature battery. Energy is used to:
1) drives transmembrane transport; 2) signaling：神经、肌肉、腺体等
一、细胞电活动的现象
膜电位（membrane potential, Vm) 静息电位（resting potential, RP) 动作电位（action potential, AP) 极化状态 去极化（depolarization) 超极化（hyperpolarization) 复极化（repolarization)
阈强度（threshold intensity）：将刺激时间和 强度/时间变化率固定后，能使组织发生兴奋 的最小刺激强度，也称阈值（threshold value） 。
• 钠泵维持离子在膜两侧的不均匀分布状态，同时 钠泵活动可使膜一定程度的超极化
Consider: What if changes occur in [K+] in a patient's
extracellular fluid? Hypokalemia or Hyperkalemia
三、动作电位及其产生机制
Plasma membrane
Extracellular
4 mM 145 mM 10-3 M 120 mM 24 mM
磷脂双层的 屏障作用
Gated
Non-gated
(2) Selective permeability of the the plasma membrane account for resting membrane
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。
特征
• “全或无” (all-or-none) • 锋电位（spike potential) • 超射（overshoot) • 传导不衰减 • 连续刺激不融合
Action potentials of a nerve fiber, a cardiomyocyte and a cardiac pace-maker cell
静息状态下K+的驱动力： Vm–EK=–70mV–(–90mV)=+20mV
总结：静息电位的原理
• 离子在细胞膜两侧的不均匀分布： 离子有顺浓度和电位梯度（电化学梯度）流
动的趋势 • 静息状态时，细胞膜对K+ 的通透性高（一些K+通
道开放）—细胞膜上有较多non-gated钾通道开放 K+顺浓度梯度外流，造成膜内负电位状态
[K+]o
Nernst equation
电化学驱动力=Vm-E离子 *动力为负值时：推动正电荷流入胞(内向电
流 inward current,如Na+,Ca2+内流) *动力为正值时：推动正电荷出胞(外向电流
outward current,如K+外流,Cl-内流)
静息状态下Na+的驱动力： Vm–ENa=-70mV-(+60mV)=-130mV
Ion
K+ Na+ Ca2+ ClHCO3-
Intracellular
140 mM 15 mM 10-7 M 20 mM 14 mM
Extracellular
4 mM 145 mM 10-3 M 120 mM 24 mM
Plasma membrane
Scenario C: 平衡状态(equilibrium)
总结
当细胞受到去化极刺激 细胞膜上少量Na+通道激活而开放
→电紧张电位
Na+顺浓度差少量内流→膜内外电位差↓ →局部反应 当膜内电位变化到阈电位时→Na＋通道大量开放
Na+顺电化学梯度大量内流（再生式内流）
膜内负电位减小到零并变为正电位（AP上升支） →动作电位
（全或无、不衰减）
Na+通道关→Na+内流停+同时K+通道激活而开放
选择性通透膜
Intracellular Extracellular
Intracellular
Extracellular
顺浓度梯度
顺浓度梯度 逆电位梯度
EK
电-化学驱动力=RTln
[K+]i [K+]o
+ zF(Ei-Eo) = 0
(Ei-Eo) = -
RT zF
ln [K+]i
[K+]o
= -60 log [K+]i
(1) Unequal distribution of ions across the plasma membrane largely due to primary and secondary
active transport
Ion
K+ Na+ Ca2+ ClHCO3-
Intracellular
140 mM 15 mM 10-7 M 20 mM 14 mM
+20
0
mV
-90 0
200
Time (ms)
2. 动作电位的产生机制 (1) 阈下刺激导致局部膜电位变化（局部反应）
(2)局部反应引起Na+、K+ 通道状态改变引起快 速去极化继而复极化
AP上升支
AP下降支
Hodgkin & Huxley (H-H) model
(m-gate) (h-gate)
K＋顺电化学梯度迅速外流
膜内电位迅速下降，恢复到RP水平（AP下降支）
∵ [Na+]i↑、[K+]O↑→激活Na+－K+泵 Na+泵出、K+泵回，∴离子恢复到兴奋前水平→后电位
动作电位传导 (conduction)
•传导机制 —局部电流学说 (local current)
•有髓纤维的跳跃式传导 （saltatory conduction） 意义： 1）提高传导速度 2）减少能量消耗
Leabharlann Baidu
四、组织的兴奋和兴奋性
1. 兴奋和可兴奋细胞
兴奋（excitation）：在现代生理学中，兴奋就是 动作电位或动作电位的产生过程。
可兴奋细胞（excitable cell）：生理学将神经细胞、 肌细胞和部分腺细胞，称为可兴奋细胞。
* 可兴奋细胞的共同特征：产生动作电位。
2. 细胞（或组织）的兴奋性 • 兴奋性（excitability）：可兴奋细胞接受刺 激产生动作电位的能力或特性。 • 衡量组织兴奋性高低的指标-阈强度（阈值）
If : Vm=-100 mV, thickness of plasma membrane=4nm Then: electric field~250,000V/cm
The plasma membrane mimics a miniature battery. Energy is used to:
1) drives transmembrane transport; 2) signaling：神经、肌肉、腺体等
一、细胞电活动的现象
膜电位（membrane potential, Vm) 静息电位（resting potential, RP) 动作电位（action potential, AP) 极化状态 去极化（depolarization) 超极化（hyperpolarization) 复极化（repolarization)
阈强度（threshold intensity）：将刺激时间和 强度/时间变化率固定后，能使组织发生兴奋 的最小刺激强度，也称阈值（threshold value） 。
• 钠泵维持离子在膜两侧的不均匀分布状态，同时 钠泵活动可使膜一定程度的超极化
Consider: What if changes occur in [K+] in a patient's
extracellular fluid? Hypokalemia or Hyperkalemia
三、动作电位及其产生机制
Plasma membrane
Extracellular
4 mM 145 mM 10-3 M 120 mM 24 mM
磷脂双层的 屏障作用
Gated
Non-gated
(2) Selective permeability of the the plasma membrane account for resting membrane
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。
特征
• “全或无” (all-or-none) • 锋电位（spike potential) • 超射（overshoot) • 传导不衰减 • 连续刺激不融合
Action potentials of a nerve fiber, a cardiomyocyte and a cardiac pace-maker cell
静息状态下K+的驱动力： Vm–EK=–70mV–(–90mV)=+20mV
总结：静息电位的原理
• 离子在细胞膜两侧的不均匀分布： 离子有顺浓度和电位梯度（电化学梯度）流
动的趋势 • 静息状态时，细胞膜对K+ 的通透性高（一些K+通
道开放）—细胞膜上有较多non-gated钾通道开放 K+顺浓度梯度外流，造成膜内负电位状态
[K+]o
Nernst equation
电化学驱动力=Vm-E离子 *动力为负值时：推动正电荷流入胞(内向电
流 inward current,如Na+,Ca2+内流) *动力为正值时：推动正电荷出胞(外向电流
outward current,如K+外流,Cl-内流)
静息状态下Na+的驱动力： Vm–ENa=-70mV-(+60mV)=-130mV