生理学 细胞生物电现象(七制)[可修改版ppt]

静息电位水平
-20mV -30mV -40mV -50mV -60mV -70mV -80mV
• 问题1：怎么证明静息电位是K+平衡电位？
➢实验证明：细胞外液中K＋浓度会影响神经 纤维静息电位的大小，
➢而细胞外液中Na＋浓度几乎不影响；
Nernst方程
• 能斯特方程是用以定量描述离子ri在A、B 两体系间形成的扩散电位的方程表达式。
如果细胞膜对某种离子有选择性通透现象，则 细胞膜两侧会有带电现象。
➢ 细胞膜在静息状态下确实主要对K+有通透性（内向 整流钾通道，IK1），在 K+向细胞外扩散时不伴有 负离子的向外扩散和Na+向内扩散。
➢ 由于K+带正电荷， K+向细胞外扩散时使细胞外带 正电荷，每移出一个K+就使细胞外多带一个正电 荷。
• 浓度对电极电势的影响
影响电极电势的因素很多。对特定的电极 来说，温度、溶液浓度(或气体分压)是主要 的影响因素。德国化学家Nernst提出了电极 电势与溶液浓度之间的关系式即Nernst方程 式（Nernst equation）。
Nernst方程式较好的揭示了电极电势与溶 液浓度之间的关系。
（一）用Nernst方程式计算K+的平衡电位
枪乌贼巨大神经轴突（1000m)在细胞 电生理学中的贡献
细胞跨膜电位的发现：最早是利用枪乌贼神 经轴突作出的（凌宁 & Gerard, 1949）
玻璃微电极细胞内记录技术
静息电位记录示意图
电
极
0 mV
刺
穿
细
胞
膜
前
电
极
0 mV
刺
穿
-90 mV
细
胞
膜
后
二. 静息电位产生原理：K+平衡电位
➢ Bernstein首次提出（1902年），细胞内外K+的不均匀 分布和安 静时膜主要对K+有通透性可能是细胞能保持 内负外 正极化状态的基础。 ➢ [K+]i/[K+]o = 35, [Na+]o/[Na+]i = 14 ➢ 浓度势能ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ细胞内K+有向细胞外扩散的趋势，细
细胞受刺激而兴奋时，细 胞膜在静息电位的基础上 产生的一次迅速短暂、可 扩布的电位变化,是细胞 兴奋的标志 。 可兴奋细胞:神经细胞、 肌细胞、部分腺细胞
动作电位由锋电位和后电位两部分组成。
超射
负后电位
正后电位
• 锋电位(spike potential) ：细胞受到一定强度
的刺激后跨膜电位由静息电位（内负外正）的状 态向内正外负的方向转变，继之又恢复到静息电 位水平的过程，形状如锋，故称锋电位(spike potential)。
生理学 细胞生物 电现象(七制)
• 电位：在静电学里，电势又称为电位，是指处于
电场中某个位置的单位电荷所具有的电势能。电 势只有大小，没有方向，是标量，其数值不具有 绝对意义，只具有相对意义。
（1）单位正电荷由电场中某点A移到参考点O（即 零势能点，一般取无限远处或者大地为零势能点 ）时电场力做的功与其所带电量的比值。
• 超极化（ hyperpolarization)：膜内 电位负值增大。
（2）电场中某点相对参考点O电势的差，叫该点的 电势。
• 跨膜电位：在细胞膜内外的电解质中，K+离子
比Na+和Cl-离子更容易透过细胞膜，因此细胞膜 两侧K+离子的浓度差最大。静止神经细胞内液体 中K+离子的浓度是细胞外的35倍左右。为简单起 见，不考虑Na+、Cl-和H2O透过细胞膜的情况，只 考虑K+离子透过细胞膜。膜电势是膜两边离子有
选择性地穿透膜而使两边浓度不等而引起的电位
差。它是指膜两侧的平衡电势差。
• 细胞生物电现象的主要表现： 静息电位和动作电位
• 生物电现象的产生机制
– 由钠泵活动产生的膜内高K+和膜外高Na+状态 是各种细胞生物电现象产生的基础。
– Na+ 和 K+ 通过各自的电压门控通道的易化扩散 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。
• 后电位（afterpotential)：锋电位之后的未恢
复部分
动作电位的主要特征: ➢产生“全或无” (all-or-none)同一细胞上动作 电位大小不随刺激强度和传导距离改变的现象。 ➢不衰减性传导 ➢不会发生融合叠加（脉冲式）
与动作电位相关的几个概念：
• 极化（polarization)：膜两 侧电位所保持的内负外正的状 态。
➢ 由于同性电荷相斥，当K+移出足够多时，电场力又 阻止K+的向外扩散，最终达到平衡 K+平衡电位
➢ K+向外扩散达到平衡时的细胞内外电位差即是K+平 衡电位，可用Nernst方程计算。
静息电位产生原理示意图
不同静息电位水平时IK1的大小比较 (IK1: inward rectifier K+ current)
EK ZRFTln[[K K]]oi (V)
EK 60log[[K K]]oi (mV)
（二）实际测量静息电位
枪乌贼巨轴突实验（1939， Hodgkin和Huxley）
发现：测得的RP数值（-60mV） 和计算的EK(-75mV)非常接近
将有关数值代入方程，T以27℃计算，再把自然 对数化为常用对数，则上述公式可简化为：
问题2：为什么实际测得的静息电位接近于 但并不等于EK？
EmPKP K PN aEKPK P N a PN aEN a
• 影响静息电位水平的因素 1）膜内外K+浓度差 2）膜对K+和Na+的相对通透性 3）钠-钾泵生电作用
第二节 动作电位（Action potential，AP）
一、动作电位的概念
第一节 静息电位（Resting Potential，RP）
一、静息电位的定义和测量 定义：细胞未受刺激时细胞膜内外的电位差。
➢ 特点：膜内电位较膜外为负，具体数值为毫 伏级， 不同细胞有差异。 如规定膜外电位为0（接地），则膜 内电位在-10 –100mV 之间。
0 mV
+30 mV
-90 mV
胞外Na+有向细胞内扩散的趋势。 ➢ 如果没有阳离子的不对等扩散，细胞内外是电中性
的（不带电），因为细胞内或细胞外的正负离子 电荷数是相等的。
细胞内液和细胞外液各种离子的浓度
要点：
在生理情况下，如果不存在细胞膜对某些带电 粒子的选择性通透，则不论是细胞外液还是细胞 内液，阴、阳粒子的电荷数是相等的，细胞内液 和细胞外液都是电中性的（即不带电）。