关于生理学细胞的生物电现象课件

一、生物电现象的记录
Recording biological activity （一）细胞外记录
（二）细胞内记录
二、神经和骨骼肌细胞的生物电现象
（一）单一细胞的跨膜静息电位和动作电位
1.静息电位（resting potential）
细胞未受刺激时存在于细胞膜两侧的电位 差。一般为内负外正。
+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+20~+40mv 超射（overshoot）值：膜内电位由零变为正的数值。 3.复极相 +20~+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。 ★ 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。
（3） Na+- K+泵维持细胞内外Na+ 、 K+不对称 分布。
Origin of biological electricity
￭K+ equilibrium potential, EK
KCl
KCl
K+
in
out
Cl-
suppose： 1. Solution: KCl 2. Permeable to K+
计算值 实测值
实测值<计算值
Em= Pk
EK +
PNa ENa
Pk+ PNa
Pk+ PNa
Em= Gk
EK +
GNa
ENa
Gk+ GNa
Gk+ GNa
Summary
• EK: EK in such a condition that the net movement of K+ across membrane is zero.
而这两种离子通过膜结构中的电压门控性K+通道和 Na+通道的易化扩散，是形成神经和骨骼肌细胞静息 电位和动作电位的直接原因。
1.静息电位的产生机制（Bernstein学说)
（1）细胞内外K+的不均匀分布，胞内K+高，并 且安静状态下细胞膜主要对K+有通透性。 （2） 促进K+外流的驱动力和阻止K+外流的阻 力达到平衡—K+平衡电位（Nernst 公式）
倒（反）极化：膜内电位由零变为正值的过程， 与静息电位的极性相反。
复极化： 细胞膜去极化或反极化后，又向 原初的极化状态恢复的过程 。
2、动作电位（action potential）
可兴奋细胞受到有效刺激时，膜电位会在静 息电位的基础上发生一次快速、可逆、并有扩 布性的电位变化。称为动作电位。它是细胞兴 奋的标志。
An action potential is a rapid change in the membrane potential. Each action potential begins with a sudden change from the normal resting negative potential to a positive membrane potential (depolarization) and then ends with an almost equally rapid change back to the negative potential (repolarization).
关于生理学细胞的 生物电现象
★ 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。
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”。
suppose：
out
1. Solution: KCl
2. Permeable to K+
only
Nernst formula
RT
[K+]out
Ek=
Ln ZF
[K+]in
Discussing:
1.Do K+ permeability influence EK ? 2. If the solution contains Na+, how about EK ?
The difference in electrical potential across the membrane of an undisturbed cell, having a positive sign on the outside surface and a negative sign in the interior.
（二）生物电现象产生的机制
主要 离子
Na+ K+ Cl A-
离子浓度
（ mmol/L ）
膜内 膜外
14 145
155 4
Biblioteka Baidu
4
120
155
膜内与 膜外离 子比例
1:10
39:1
1:30
膜对离子 通透性
通透性很小 通透性大
通透性次之 无通透性
Na+- K+泵在耗能的情况下建立的膜内高K+膜外高 Na+状态，是产生各种细胞生物电现象的基础。
★ 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。
动作电位的“全或无”现象
同一细胞上动作电位大小不随刺激强度和 传导距离而改变的现象，称“全或无”现象。
• Resting potential: Em maintains constant when the charge movement of all
only
in
out
Note: net diffusion of K+ equals zero.
Nernst formula
RT
[K+]out
Ek=
ln ZF
[K+]in
R: gas constant
T : absolute
temperature
Z: valance
F: Faraday C.
in
K+ Cl-
mV
0
-70
transmembrane resting potential resting potential membrane potential mV
0
-70
+
极化： 把静息电位时膜两侧所保持的内负 外正状态，称膜的极化。
超极化： 静息电位的数值向膜内负值加大 的方向变化的过程。
去（除）极化： 静息电位的数值向膜内负值减少 的方向变化的过程。