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。
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
• 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。
生物电现象
和阴极射线示
波器等实验设 备. 分为细胞内 记录和细胞外 记录两种方法.
Conception and composition of action potential
动作电位就是细胞兴奋时产 生的快速、可恢复性的电变 化. Ap的组成: 去极相: Rp值 + 超射值=Ap幅值 复极相: 负后电位和正后电位 锋电位(Spike potential)
Repolarization of action potential
当AP去极相达峰值时,膜 对Na+通透性突然降低,同 时对K+通透性突然增加而 致K+外流产生了AP的复 极相. 在AP产生过程中,膜对 Na+ 、K+通透性的改变其 本质是由于电压门控式 Na+通道和K+通道激活和 失活的结果.
Mechanisms of membrane potential generating in a cell
1902年Bernstein提出了膜学说:细胞膜两侧离 子的不同分布和运动,是产生生物电的基础.
Mechanisms of membrane potential generating in a cell
动作电位在同一细胞上的
传播叫传导(conduction).
AP的传导是靠兴奋部位的
膜与未兴奋部位的膜之间
形成局部电流实现的.
Myelinated nerve fiber
有髓纤维AP呈跳跃 式传导(saltatory conduction). 优点:1.速度快 2.节省能量 延神经纤维传导着 的AP叫神经冲动 (nerve impulse).
Properties of Na+ and K+ channel
《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
细胞的生物电现象
天津中医学院基础医学院生理教研室
E-mail : zhou4715@
第二章 细胞的基本功能
第一节 细胞跨膜物质转运
第二节 细胞跨膜信号转导功能 第三节 细胞生物电现象
第四节 肌细胞的收缩功能
基本要求
掌握: 1、细胞静息电位和动作电位的产生原理 2、动作电位的引起及兴奋在同一细胞上的传导机制
超极化（hyperpolarization）：增加、加强
静息电位增大的过程
（二）动作电位（ Na+的平衡电位）
1、概念：细胞受刺激后，膜两侧电位发生的一次快速倒转和复 原，动作电位是细胞产生兴奋的标志。 2、组成：锋电位(spike)与后电位
锋电位 后电位
上升支：去极相
下降支：复极相
负后电位 正后电位
2）局部兴奋
概念：细胞受到阈下刺激时，只能在受刺激的局部 出现一个较小的去极化过程，也称局部电位
特点： 受刺激后去极化未达到阈电位水平 不是“全或无”，呈现等级性 可以总合 不是“不衰减性传导”，呈现电紧张性扩布
多个阈下刺激在同 一部位连续给予
多个阈下刺激在相 邻部位同时给予
兴奋性: （Excitability）
活细胞、组织或有机体接受刺激发生反应的能力 可兴奋细胞在受刺激时产生动作电位的能力
可兴奋组织 : 神经、肌肉和腺体 反应 ： 兴奋或抑制
兴奋：可兴奋细胞在受刺激时产生动作电位的过程， 兴奋产生的标志就是爆发了一次动作电位
3、刺激（stimulus）
定义：引起机体发生反应的内、外环境的变化
复习思考题
基本概念：
生理学生物电
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目录
CONTENTS
1
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第二节 细胞的生物电活动
生物电:细胞在生命活动过程中伴随的电现象。又称跨膜电 位（因生物电现象产生于细胞膜的两侧）和膜电位。生物 电与生命活动的关系？ 生物电现象:机体的组织细胞在安静状态和活动状态下，都 具有电的变化。 作用：它是一种普遍存在且非常重要的生命现象, 是兴奋性 的基础， 是细胞功能活动的基础。 生物电的表现形式：静息电位和动作电位。 生物电的的应用：临床上诊断用的脑电图，心电图，肌电图，视网膜电图，肠 胃电图等检查，是人体生物电活动综合表现的记录。其原理是以细胞的生物电 活动为基础，由大量细胞的生物电活动总和而成。
细胞的生物电现象讲解
原刺激的Na+通道开放正反馈过程。
局部反应及其特性
阈下刺激虽然不能使膜电位达到阈电位，但可引起 少量Na+通道开放，使膜电位发生程度较低的去极化， 这种情况称为局部反应，此时的升高的膜电位称为局 部电位或电紧张电位，又称为电紧张扩布 （electrotonic propagation)。 局部反应的特征： 1. 呈等级性，不是全或无 2. 不能在膜上作远距离传播 3. 可以相互叠加：空间性总和，时间性总和
位是由于膜外蓄积较多的K+所致。
神经干动作电位的记录
神经干动作电位是神经干内许多神经纤维动作电位的 复合 双向和单向动作电位 记录电极：可分为单极记录和双极记录 单极记录：一极接地，一极接触神经干。记录到的电 信号反映电极接触部位与大地的电位差。 双极记录：两极都与神经干接触，记录到的电信号反 映两电极接触部位的电位差。
静息电位产生原理示意图
+ + – – + + + – + + + + + + + + + + – + + + + + + + + + + – + + + + + K + + + + + + + + + ++ + + – + + + + + + + + + – – + + + – – + + + –
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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）
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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.
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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。
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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。
• 生物电的表现形式： 静息电位 RP 动作电位 AP
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静息电位
1、静息电位（resting potential，RP）是指 细胞未受刺激时，存在于细胞膜内外两侧 的电位差。由于这一电位差存在于安静细 胞膜的两侧，称跨膜静息电位，简称静息 电位或膜电位。
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数值:骨骼肌约-90;神经约-70;平滑肌约-55;红细胞约为-10mV.
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特征： ①通常是平稳的直流电位 ②不同细胞静息电位的数值可以不同，
并且只要细胞未受刺激、生理条件不 变，这种电位将持续存在。
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注意：
①极化: 平稳的RP存在时膜电位外正内负的状态; ②超极化: RP增大的过程或状态； ③去极化(除极化): RP减小的过程或状态； ④反极化: 去极化至零电位后膜电位进一步变为正值; ⑤超射: 膜电位高于零电位的部分； ⑥复极化: 细胞膜去极化后再向RP方向恢复的过程。
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静息电位
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(3)机制:RP主要是由K+外流形成的；接近K+平衡电位
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4.影响静息电位的因素
① 细胞外K+浓度的改变； ② 膜对K+和Na+的相对通透性; ③ 钠-钾泵活动的水平。
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二、动作电位及其产生机制
（一）细胞的动作电位 1．概念： 在静息电位的基础上，给细胞一个适当的刺激
，可触发其产生可传播的膜电位波动，称为动作电位 （action potential，AP）。
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2.锋电位的下降支：
由于Na+通道激活后迅速失活→膜结构中电压 门控性K+通道开放→在很强的外向驱动力作用下 →K+迅速外流。
锋电位的下降支是K+外流所致。
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（三）动作电位产生的条件
1、阈电位
阈电位(threshold potential)是能触发动作电位的 膜电位的临界值 只有当刺激适当→阈电位→AP
速度非常快; ③至少存在关闭、激活和失活三种功能状态，
其形成与分子内部存在两种门控机制有关。
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Vm ：膜电位； Im ：膜电流； m → 激活门 h → 失活门
图2-14 去极化过程中钠通道状态的变化
从失活进
入关闭状
态的过程
称为复活
.
26
通透性变化的实质就是膜上离子通道随 机开放和关闭的总和效应。
2、传导不衰减:指AP能沿细胞膜向周围传播，且
是
不衰减性传播（等幅、等速）。
3、连续刺激不融合
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（二）动作电位的产生机制
当膜受到刺激而发生通透性改变时， 带电离子将沿着电化学驱动力的方向发生 跨膜运动，并引起膜电位的变化。
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正常情况下，K+、Na+在细胞内外的 分布有很大的不同，以神经细胞为例：
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静息电位和极化是一个现象的两种表达方式: 静息电位 → 膜内外的电位差 极化 → 膜两侧电荷的分布 → 安静状态的标志
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2.静息电位的形成
(1)静息状态下质膜内、外离子分布不均匀
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膜外：
(2)静息状态下质膜对离子的通透性不同
静息状态下质膜对不同离子的通透性: ① K+的通透性较高：非门控钾通道 ② Na+有一定通透性; ③ Cl-不存在原发性主动转运→被动分布; ④ Ca2+通透性很低→忽略 ⑤ 有机负离子几乎不通透
2、局部兴奋的总和
局部电位：所有细胞受到阈下刺激时产生
3、组织的兴奋性和其周期性变化
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（三）动作电位的传播
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（1）在无髓鞘的神经纤维上：局部电流
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（2）有髓鞘的神经纤维上：跳跃式传导
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