细胞的生物电活动PPT课件

生理学（第9版）
如何证实Na+学说？
（1）测定超射值（与ENa接近） （2）Na+离子取代
（用葡萄糖或氯化胆碱替代胞外的NaCl） （3）放射性核素24Na+定量研究 （4）直接测定细胞膜对离子的通透性（膜电导）
生理学（第9版）
如何测定膜电导？
测定原理——欧姆定律
IX = GX · (Em-EX) GX = IX / (Em-EX)
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细胞的生物电活动
医者人之司命，如大将提兵，必谋定而后战。
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生理学（第9版）
一、静息电位（resting potential, RP）
（一）静息电位的概念
细胞在安静状态下存在于细胞膜内、外两侧的电位差 当细胞外液为 0 电位时： ➢ 骨骼肌细胞内：约-90 mV ➢ 神经纤维内：-70～-90 mV ➢ 平滑肌细胞内：-50～-60 mV ➢ 红细胞内：-10 mV
➢ 膜对离子的通透性（膜电导）
生理学（第9版）
1．电化学驱动力——决定离子流动的方向和速度
概念：是浓度差和电位差两个驱动力的代数和，大小等于膜电位（Em）与离子平衡电 位（Ex）的差值（Em - Ex）
静息状态时：
超射水平（去极化至+30mV）时：
K+的驱动力＝+20mV （外向） Na+的驱动力＝-130mV（内向）
Em
PK
PK PNa
EK

PNa PK PNa
E Na
随Na+通透性增加，RP减小 ：如骨骼肌细胞 -90mV；视杆细胞-30mV）
3.Na+泵的生电作用——增大细胞内的负值
直接作用：生电性活动引起膜超极化，参 与RP形成，但贡献不大（<5%）
间接作用：维持膜两侧离子浓度差
细胞膜中的钾漏通道和钠泵参与静息电位形成的示意图
负值增大的过程或状态
超射
➢ 复极化 (repolarization)：细胞膜去极化后再向静息电 位方向恢复的过程
➢ 反极化（reverse polarization）：外负内正的状态
➢ 超射（overshot）：膜电位超过零电位的部分
静息电位模式图
生理学（第9版）
（二）静息电位的产生机制
膜学说（1902年，Bernstein）：
生理学（第9版）
（二）动作电位的产生机制
动作电位本质 — 带电离子跨膜移动 带电离子跨膜移动产生离子电流
➢ 阳离子内流（如Na+、Ca2+内流）称内向电流，引起去极化 ➢ 阳离子外流或阴离子内流（如K+外流、Cl-内流）称为外向电流，引起复极化或超极化
带电离子跨膜扩散需具备两个条件
➢ 离子受到的电化学驱动力 1）浓度差：[Na+]o>[Na+]i； [K+]i>[K+]o 2）电场力：静息电位内负外正，推动Na+，阻止K+
生理学（第9版）
（三）影响静息电位水平的因素
细胞外K+浓度：
细胞外K+增高，静息电位降低（如高血钾）
膜对K+和Na+的通透性：
K+通透性增大，静息电位增大 Na+通透性增大，静息电位减小
钠-钾泵的活动：
钠-钾泵活动增强，细胞膜发生超极化
生理学（第9版）
二、动作电位（action potential，AP）
细胞内外离子分布不同：膜内高K+，膜外高Na+ 细胞膜对离子的通透性不同：安静时K+通透性远大于
Na+（50～100倍）
假设安静时细胞膜仅对K+离子有通透性：
➢ K+浓度差，促进K+向外扩散 ➢ K+向外扩散形成的电场力，阻止K+进一步向外扩散 ➢ 当电化学驱动力等于零时， K+净移动为零 ➢ 静息电位应该等于K+的平衡电位
（1） （2）
如何固定驱动力？ ——电压钳（voltage clamp)
基本原理：反馈电路向膜内注入电流，迫使膜电位 始终与指令电位保持一致。
电压钳实验示意图
生理学（第9版）
电压钳测定电流的结果 去极化→内向电流→外向电流 说明：去极化引起了膜电导变化
离子电流分离（药理学）
河豚毒（TTX）：阻断电压门控Na+通道 四乙胺（TEA）：阻断电压门控K+通道
（一）动作电位的概念及其特征
1.概念 在静息电位基础上，细胞受到一个适
当的刺激后膜电位发生的迅速、可逆、可 以向远距离传播的电位波动 动作电位变化过程： ➢ 锋电位（spike potential） ➢ 后电位（after potential）
动作电位模式图
生理学（第9版）
2. 动作电位的特征 产生“全或无” (all or none) 传导不衰减 连续刺激不融合-脉冲式发放
枪乌贼巨轴突实验（1939，Hodgkin和 Huxley）测得RP数值-60mV（计算的EK为-75mV) 改变膜两侧K+浓度差，静息电位随之改变 问题：为什么实际测得的静息电位不是等于而是接近于（略小于）EK？
电极管 静息电位图
生理学（第9版）
2.少量的Na+内流也参与了静息电位形成
——部分抵消了K+外流形成的膜内负电位
K+的驱动力＝ +120mV （外向） Na+的驱动力＝ -30mV（内向）
生理学（第9版）
2．动作电位期间膜通透性的变化
动作电位产生的Na+学说
细胞膜受到有效刺激时 ➢ Na+通透性一过性增强 ➢ K+通透性随后进一步增强
Na+内流引起去极化 K+外流引起复极化
Na+ 内流
K+外流
神经纤维动作电位模式图
静息电位大小表示：细胞内负值大小
神经纤维静息电位测定示意图
生理学（第9版）
几个与静息电位关联的名词
➢ 极化（polarization）：安静状态下细胞膜两侧外正内负的稳定状态
➢ 去极化 (depolarization）：静息电位减小或细胞内负值减小的过程或状态
➢ 超极化 (hyperpolarization)：静息电位增大或细胞内
钾钠离子扩散电位形成示意图
生理学（第9版）
➢ 离子的平衡电位（EX） 可用Nernst公式计算:
EX
RT ZF
ln
[X ]i [X ]o
(V )
EX
60 lg
[X ]i [X ]o
(mV)
细胞内液和细胞外液中主要离子的浓度和电位
生理学（第9版）
1.静息电位主要是K+外流形成的
证实： 测量的静息电位与计算的K+平衡电位接近
以上结果表明
去极化引起Na+电导（GNa）首先一过性增大 K+电导GK随后逐渐增大
利用电压钳技术结合药理学手段记录到的全细胞膜电流