生理学细胞的生物电现象 [可修改版ppt]
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生理学细胞的生物电现象
为什么会有这种现 象呢？
第4节 细胞的生物电现象
本节学习要求 1.掌握静息电位；熟悉静息电位的产生机 制； 2.掌握动作电位的概念、过程、特性及基 本产生机制，了解膜电导，熟悉动作电 位的传导； 3.熟悉局部兴奋(局部电位)；
★ 生物电（bioelectricity)
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，这种电的变化是伴随着细胞生 命活动出现的，称之为生物电。
(1)“全或无 ”特性：动作电位要就一点不发生， 一旦发生即最大幅值。
如：阈下刺激时，AP一点也不产生； 阈(上)刺激时，AP产生，一产生即达最大幅值。
(2)不衰减传导性：AP一旦产生及迅速传播至整个细 胞，动作电位的幅度不会随传导距离增大而衰减。
(3)脉冲式发放：AP存在不应期，此期内不会发生新 的动作电位，因此动作电位总是保持彼此分离而不融 合。
静息电位 (Resting Potential，RP）——细胞静 息（未受刺激）时存在于细胞膜两侧的电位差。
细胞静息电位的特征： (1)（动物细胞的静息电位）内负外正的极化状态； (2)为一稳定的直流电位，在神经细胞一般维持在 -70~-90mV。
与膜电位变化相关的生理学术语
(1)极化——细胞静息时细胞膜两侧电荷的分极 （内负外正）状态。
细胞静息时的跨膜离子流: ① K+外流(主要离子流)：增大电位差; ② 少量的Na+内流(明显小于K+外流)： 减小
电位差(去极化)； ③钠泵的活动: 生电性作用，增大电位差(超极
化)。
影响静息电位水平的因素: ① 膜两侧的[K+]差值及由此形成的电化学驱动
力 ② 膜对K+和Na+相对通透性； ③ 钠泵的生电性作用增强。
(二)动作电位的产生机制 1. 锋电位产生的主要机制
(1)上升支: 细胞膜对Na+通透性(钠电导) 增大， Na+迅速内流，接近Na+平衡电位值。
相关基础：细胞静息时，Na+具有很强的内向驱动 力。
① 细胞膜两侧Na+的浓度梯度(细胞外K+浓度高于 胞质)；
② 静息电位时，膜外正电场驱使Na+内流。
(2)去极化 (除极化) ——膜电位值向减小方向变 化。
(3)反极化——膜电位值变为内正外负状态。
(4)超极化——在静息电位基础上，膜电位向增 大方向变化。
(5)复极化——膜电位发生去极化后，再向静息 电位恢复的过程。
(二)静息电位的产生机制（离子学说）
1.相关基础： (1)细胞膜两侧离子的分布不均（细胞内K+浓
二、动作电位及其产生机制
(一)细胞的动作电位
动作电位——可兴奋细胞受阈(阈上)刺激后，在静 息电位基础上产生的短暂的、可扩布的膜电位波动。
动作电位是细胞兴奋的过程和标志。
动作电位的过程：
动作电位
上升支(去极相) 锋电位
下降支(复极相) 后电位（包括负后电位和正后电位）
*其中锋电位是动作电位的主要部分。
Hale Waihona Puke Baidu
+20
mV
0
-20
-40
-60
-80 -100
阈电位
动作电位的时相
1.静息相 -70~-90mv
2.去极相 -70~-90mv+30~+40mv 超射值：膜内电位由零变为正的数值。
3.复极相 +30~+40mv-70~-90mv ★ 锋电位：构成动作电位波形主要部分的短 促而尖锐的脉冲样电位变化(0.5-2ms)。
恩格斯
恩格斯在100多年前 总结自然科学成就时指 出：“地球几乎没有一种 变化发生而不同时显示 出电的现象”。
一、生物电现象的记录
Recording biological activity （一）细胞外记录
（二）细胞内记录
示 波 器
mV
0
-70
mV
0
-70
+
一、静息电位及其产生机制
(一)静息电位的概念
★ 后电位：锋电位在其完全恢复到静息电位之 前所经历的微小而缓慢的电位波动。
★ 负后电位（去极化后电位）：锋电位 后的下降支到达静息电位之前所经历的微 小而缓慢的电位波动。
★ 正后电位（超极化后电位）：锋电位后 的下降支到达静息电位之后所经历的微小 而缓慢的电位波动。
★（单一细胞）动作电位的特征:
阈电位——能诱发膜去极化和钠通道开放之 间出现再生性循环，导致Na+大量迅速内流而爆发 AP的膜电位临界值。
Na+ K+
(三)动作电位的传导
*细胞任一部位膜产生的AP,都将沿细胞膜不衰减地 传导至整个细胞。传导机制为“局部电流”。
*兴奋传导过程：已兴奋部位膜与未兴奋部位膜之 间出现电位差，引起电荷流动而形成局部电流, 结果 造成未兴奋段膜去极化，当膜去极化达到阈电位水 平时，大量激活该处的钠通道而导致动作电位爆发。 这样的过程在膜表面连续进行下去，导致兴奋在整 个细胞的传导。
度高于细胞外，细胞外Na+ 浓度高于细胞 内）。 (2)细胞膜上钾通道开放，细胞膜对K+具通透 性。
(二)静息电位的产生机制 （离子学说）
2.静息电位产生的主要机制： (1) K+外流： K+顺浓度梯度经钾通道外流，细胞内有
机负离子不能外流而留在膜内侧，形成内负外正的 跨膜电位差； (2)外流的K+在细胞膜外侧建立起正电场，阻碍K+外 流； (3)当促使K+外流的化学驱动力与阻碍K+外流的电场 驱动力相等时， K+跨膜净通量为零，形成稳定的 K+-平衡电位(即静息电位)。
三、阈下刺激与局部兴奋
局部兴奋——阈下刺激引起受刺激局部膜的不达阈电 位的微弱去极化。 局部兴奋的特性： (具电紧张电位的特征)
(2)下降支: K+快速外流, Na+内流停止。 钠通道具有时间依赖性，开放瞬间后即失活关闭； 因去极化而使膜电位变为内正外负，阻碍K+外流
的力量减小，K+外流增强。
2.动作电位的产生过程 当刺激强度等于或大于阈强度时，引起细胞膜
去极化达阈电位水平，此时细胞膜上较多钠通道开 放，较多Na+内流，大于同时发生的K+外流而膜 去极化，膜的去极化能进一步加大膜中Na+通道开 放的概率，结果使更多Na+通道开放，更多Na+内 流而造成膜进一步去极化，如此反复促进，出现一 个使膜上钠通道开放、Na+快速内流与膜去极化之 间的正反馈过程（Na+内流的再生性循环）,直至 接近Na+平衡电位，形成动作电位的上升支。
为什么会有这种现 象呢？
第4节 细胞的生物电现象
本节学习要求 1.掌握静息电位；熟悉静息电位的产生机 制； 2.掌握动作电位的概念、过程、特性及基 本产生机制，了解膜电导，熟悉动作电 位的传导； 3.熟悉局部兴奋(局部电位)；
★ 生物电（bioelectricity)
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，这种电的变化是伴随着细胞生 命活动出现的，称之为生物电。
(1)“全或无 ”特性：动作电位要就一点不发生， 一旦发生即最大幅值。
如：阈下刺激时，AP一点也不产生； 阈(上)刺激时，AP产生，一产生即达最大幅值。
(2)不衰减传导性：AP一旦产生及迅速传播至整个细 胞，动作电位的幅度不会随传导距离增大而衰减。
(3)脉冲式发放：AP存在不应期，此期内不会发生新 的动作电位，因此动作电位总是保持彼此分离而不融 合。
静息电位 (Resting Potential，RP）——细胞静 息（未受刺激）时存在于细胞膜两侧的电位差。
细胞静息电位的特征： (1)（动物细胞的静息电位）内负外正的极化状态； (2)为一稳定的直流电位，在神经细胞一般维持在 -70~-90mV。
与膜电位变化相关的生理学术语
(1)极化——细胞静息时细胞膜两侧电荷的分极 （内负外正）状态。
细胞静息时的跨膜离子流: ① K+外流(主要离子流)：增大电位差; ② 少量的Na+内流(明显小于K+外流)： 减小
电位差(去极化)； ③钠泵的活动: 生电性作用，增大电位差(超极
化)。
影响静息电位水平的因素: ① 膜两侧的[K+]差值及由此形成的电化学驱动
力 ② 膜对K+和Na+相对通透性； ③ 钠泵的生电性作用增强。
(二)动作电位的产生机制 1. 锋电位产生的主要机制
(1)上升支: 细胞膜对Na+通透性(钠电导) 增大， Na+迅速内流，接近Na+平衡电位值。
相关基础：细胞静息时，Na+具有很强的内向驱动 力。
① 细胞膜两侧Na+的浓度梯度(细胞外K+浓度高于 胞质)；
② 静息电位时，膜外正电场驱使Na+内流。
(2)去极化 (除极化) ——膜电位值向减小方向变 化。
(3)反极化——膜电位值变为内正外负状态。
(4)超极化——在静息电位基础上，膜电位向增 大方向变化。
(5)复极化——膜电位发生去极化后，再向静息 电位恢复的过程。
(二)静息电位的产生机制（离子学说）
1.相关基础： (1)细胞膜两侧离子的分布不均（细胞内K+浓
二、动作电位及其产生机制
(一)细胞的动作电位
动作电位——可兴奋细胞受阈(阈上)刺激后，在静 息电位基础上产生的短暂的、可扩布的膜电位波动。
动作电位是细胞兴奋的过程和标志。
动作电位的过程：
动作电位
上升支(去极相) 锋电位
下降支(复极相) 后电位（包括负后电位和正后电位）
*其中锋电位是动作电位的主要部分。
Hale Waihona Puke Baidu
+20
mV
0
-20
-40
-60
-80 -100
阈电位
动作电位的时相
1.静息相 -70~-90mv
2.去极相 -70~-90mv+30~+40mv 超射值：膜内电位由零变为正的数值。
3.复极相 +30~+40mv-70~-90mv ★ 锋电位：构成动作电位波形主要部分的短 促而尖锐的脉冲样电位变化(0.5-2ms)。
恩格斯
恩格斯在100多年前 总结自然科学成就时指 出：“地球几乎没有一种 变化发生而不同时显示 出电的现象”。
一、生物电现象的记录
Recording biological activity （一）细胞外记录
（二）细胞内记录
示 波 器
mV
0
-70
mV
0
-70
+
一、静息电位及其产生机制
(一)静息电位的概念
★ 后电位：锋电位在其完全恢复到静息电位之 前所经历的微小而缓慢的电位波动。
★ 负后电位（去极化后电位）：锋电位 后的下降支到达静息电位之前所经历的微 小而缓慢的电位波动。
★ 正后电位（超极化后电位）：锋电位后 的下降支到达静息电位之后所经历的微小 而缓慢的电位波动。
★（单一细胞）动作电位的特征:
阈电位——能诱发膜去极化和钠通道开放之 间出现再生性循环，导致Na+大量迅速内流而爆发 AP的膜电位临界值。
Na+ K+
(三)动作电位的传导
*细胞任一部位膜产生的AP,都将沿细胞膜不衰减地 传导至整个细胞。传导机制为“局部电流”。
*兴奋传导过程：已兴奋部位膜与未兴奋部位膜之 间出现电位差，引起电荷流动而形成局部电流, 结果 造成未兴奋段膜去极化，当膜去极化达到阈电位水 平时，大量激活该处的钠通道而导致动作电位爆发。 这样的过程在膜表面连续进行下去，导致兴奋在整 个细胞的传导。
度高于细胞外，细胞外Na+ 浓度高于细胞 内）。 (2)细胞膜上钾通道开放，细胞膜对K+具通透 性。
(二)静息电位的产生机制 （离子学说）
2.静息电位产生的主要机制： (1) K+外流： K+顺浓度梯度经钾通道外流，细胞内有
机负离子不能外流而留在膜内侧，形成内负外正的 跨膜电位差； (2)外流的K+在细胞膜外侧建立起正电场，阻碍K+外 流； (3)当促使K+外流的化学驱动力与阻碍K+外流的电场 驱动力相等时， K+跨膜净通量为零，形成稳定的 K+-平衡电位(即静息电位)。
三、阈下刺激与局部兴奋
局部兴奋——阈下刺激引起受刺激局部膜的不达阈电 位的微弱去极化。 局部兴奋的特性： (具电紧张电位的特征)
(2)下降支: K+快速外流, Na+内流停止。 钠通道具有时间依赖性，开放瞬间后即失活关闭； 因去极化而使膜电位变为内正外负，阻碍K+外流
的力量减小，K+外流增强。
2.动作电位的产生过程 当刺激强度等于或大于阈强度时，引起细胞膜
去极化达阈电位水平，此时细胞膜上较多钠通道开 放，较多Na+内流，大于同时发生的K+外流而膜 去极化，膜的去极化能进一步加大膜中Na+通道开 放的概率，结果使更多Na+通道开放，更多Na+内 流而造成膜进一步去极化，如此反复促进，出现一 个使膜上钠通道开放、Na+快速内流与膜去极化之 间的正反馈过程（Na+内流的再生性循环）,直至 接近Na+平衡电位，形成动作电位的上升支。