第三节 细胞的电活动

Electrotonic Potential & Local Potential
2. 细胞膜两侧离子的浓度差与平衡电位
电化学驱动力 电位差↔浓度差
平衡电位（equilibrium potential）： 某一离子净扩散为零时的跨膜电位差
Concentration (mM) Ion Na+ K+ intracellular 12 155 extracellular 145 4.5 E (mV) +67 -95
Cl-
4.2
116
-89
How is the RP produced?
Chemical driving force
dynamic
＝
Electrical driving force
resistance
The equilibrium potential reached by K+ external outflow/钾离子外流达到平衡 时的电位
Action Potential
兴奋性及其变化
细胞兴奋后兴奋性的变化
分期 绝对不应期 相对不应期
兴奋性 降至零 渐恢复 与AP对应关系 锋电位 负后电位前期 机制 钠通道失活 钠通道部分恢复
超常期
低常期
＞正常
＜正常
负后电位后期
正后电位
钠通道大部恢复
膜内电位呈超极化
Electrotonic Potential & Local Potential
2.RP实验现象：
静息电位(resting potential RP) 1.概 念 ：细胞处于相对安静状态时，细胞膜内
外存在的电位差。 •
2.实验现象：
证明RP的实验：
（甲）当A、B电极都位于 细胞膜外，无电位改变， 证明膜外无电位差。 （乙）当 A 电极位于细胞 膜外， B电极插入膜内时， 有电位改变，证明膜内、 外间有电位差。 （丙）当A、B电极都位于 细胞膜内，无电位改变， 证明膜内无电位差。
AP)
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 位波动称为动作电位。
2.AP实验现象：
Action Potential
动作电位（AP）指各种可兴奋细胞受到有效刺激时，在细胞膜两侧所产 生的快速、可逆、并有扩布性的电位变化
刺激 局部电位 阈电位 上 升 支 去极化 零电位
静息电位的产生机制
影响静息电位水平的因素
• 细胞外液K+浓度
细胞外液K+ ↑ →浓度差 K+ ↓ →外流↓ →电位差↓ 细胞外液K+ ↓ →浓度差 K+ ↑ →外流↑ →电位差↑
静息状态下，电位差变小 去极化
静息状态下，电位差变大 超极化 • 膜对K+和Na+的相对通透性
• Na+泵活动水平
缺氧、低温、代谢障碍
可产生动作电位（对电刺激敏感）
Action Potential
兴奋性及其变化
绝对不应期（absolute refractory period）：无论多强 的刺激也不能再次兴奋的期间。 相对不应期（relative refractory period）：大于原先的 刺激强度才能再次兴奋期间。 超常期（supranormal period）：小于原先的刺激强度
—The equilibrium potential of K+
Resting Potential
静息电位的产生机制
3. 安静时细胞膜对离子的相对通透性
K+通透性最高，非门控钾通道
静息电位接近于K+平衡电位 神经细胞静息电位约-70 mV 安静时细胞膜对Na+也有一定的通透性
Ion Na+ K+ ClConcentration (mM)
便能再次兴奋的期间。
低常期（subnormal period）：大于原先的刺激强度才 能再次兴奋的期间。
Action Potential
兴奋性及其变化
a activated state
a-b inactivated state
b-c partial activated state c-d activated state
(3) After potential
Na+-K+ pump “Recharging” process
AP= Na+的平衡电位
Action Potential
动作电位的产生机制
RP Na+通道关闭，非门控K+通道开放维持RP 刺激 局部电位 阈电位 Na+内流 去极化 零电位 膜电位至阈电位后，大量 Na+通道开放（电压门控）， 至Na+的平衡电位（正反馈） 膜电位至峰值后，Na+通道关闭， 电压门控K+通道开放 Na+泵活动，直至平衡电位 K+外流
产生 跨膜电位、膜电位（membrane potential）
膜电位的表现形式：
安静时
静息电位（resting potential, RP）
受刺激时 动作电位（action potential, AP）
细胞的生物电现象 ●静息电位：细胞处于相对安静状态时，细胞膜内
外存在的恒定电位差。 ●动作电位：细胞活动时，细胞膜内外存在的变化 的电位波动。 •
锋电位（spike potential）
反极化（超射）
下 降 支 复极化 （负、正）后电位
A typical neuron action potential
+35
After depolarizationp otential Spike potential After-potential
After hyperpolarization potential
Action Potential
动作电位的传播
动作电位在同一细胞上的传播 无髓神经纤维——局部电流 Local Current
AP的传导
传导机制：局部电流/local electric
传导方式：
无髓鞘N纤维：局部电流 有髓鞘N纤维：跳跃式传导/saltatory conduction
Action Potential
动作电位的传播
动作电位在同一细胞上的传播 有髓神经纤维——郎飞结跳跃式传导 Saltatory Conduction
Action Potential
动作电位的传播
动作电位在同一细胞上传播的特点
• 双向传导 • 绝缘性 • 相对不疲劳性 • 不衰减性传导
• 不融合性（有绝对不应期）
Action Potential
(1) Depolarization/去极:
Activation of Na+ channel Blocker: Tetrodotoxin (TTX)
(2) Repolarization/复极:
Inactivation of Na+ channel Activation of K+ channel Blocker: Tetraethylammonium (TEA)
Na+ Channel
激活门m 失活门 h
静息态 resting state 激活态 activated state 失活态 inactivated state
Action Potential
动作电位的特征： ①具有“全或无”的现象（all or none） 即同一细胞上的AP大小不随刺激强度和传导距离而改 变的现象。 ②是非衰减式传导的电位
动作电位的传播
动作电位在细胞之间的传播——缝隙连接（gap junction）
Action Potential
兴奋性及其变化
兴奋性（excitability）：
活组织或细胞对外界刺激发生反应的能力。 兴奋（excitation）： 组织受刺激后由静息→活动或由活动弱→强的过程。 可兴奋细胞：
神经细胞、肌细胞、部分腺细胞
Resting Potential
静息电位的产生机制 1. 钠泵的生电作用
细胞外Na+浓度高，细胞
内K+Biblioteka Baidu度高
维持细胞膜两侧离子浓度
差
细胞内
细胞外
Na+胞外是胞内的12倍； K+胞内是胞外的30 倍。
Na+
＋ ＋ ＋＋ ＋ ＋ ＋＋
Cl-
K+
A-
Resting Potential
静息电位的产生机制
intracellular
12 155 4.2
extracellular
145 4.5 116
E (mV) +67 -95 -89
相 关 概 念
Polarization：
极化
Depolarization：
去极化
Hyperpolarization
超极化：
Resting Potential
③脉冲式发放
动作电位的意义： AP的产生是细胞兴奋的标志。
Action Potential
动作电位的触发
• 阈电位（threshold potential，TP）： 能够导致膜对Na+通透性突然增大的临界 膜电位数值 • 阈电位一般比静息电位绝对值小约 10~20 mV，约为-55 mV • 细胞兴奋性高低与RP－TP的差值呈反 变关系 • AP是达阈电位后本身进一步去极化的 结果，与刺激强度无关（全）
Hangzhou Normal University
第三节 细胞的电活动 III Cellular Bioelectricity
Cellular Bioelectricity
生物电（bioelectricity）： 细胞在进行生命活动时都伴有的电现象
由一些带电离子（Na+、K+、Cl-、Ca2+）跨细胞膜流动而
局部兴奋 Local Excitation 阈下刺激引起的
低于阈电位的去
极化
Electrotonic Potential & Local Potential
局部兴奋特点： ①不具有“全或无”现象。其幅值 可随刺激强度的增加而增大。 ②衰减性传导，幅值随着传播距离 的增加而减小。 ③具有总和效应：时间性和空间性 总和。 • 电紧张电位 Electrotonic Potential • 局部电位 Local Potential 离子通道的开放
膜电位改变，少量Na+通道开 放：少量Na+内流引起去极化， 膜电位上升至阈电位
反极化（超射）
复极化 （负、正）后电位
Action Potential
动作电位的产生机制
AP上升支
AP下降支
Ionic basis of action potential
Action Potential
动作电位的产生机制