第三节 细胞的生物电现象
Bioelectric Phenomena of Cell
一,细胞的静息电位及其机制
（一）静息电位 (resting potential)—
在静息状态下，存在于细胞膜内外两侧的电位差（膜内为负，膜外为正）。
骨骼肌细胞 -90 mV
神经纤维 -70mV~-90mV
红细胞 -10mV
（二）静息电位形成的机制
1,静息状态下细胞膜内外 Na+,
K+分布不均衡细胞膜外 细胞膜内
Na+ 145mmol/L 12mmol/L
K+ 4 mmol/L 155mmol/L
Na+ 有从膜外向膜内扩散的趋势
K + 有从膜内向膜外扩散的趋势静息状态下细胞膜对 K+的选择性通透
K +的通透性大
Na+ 的通透性极小对带电离子的通透性相当于膜电导
1.离子的跨膜扩散动力：
膜两侧浓度差和电位差
K+
+
+_ _
达到 K+ 的平衡电位
（ Nernst公式）
Ek=RT/ZF ln[K+]o/ [K+]i
Em= PkPk +PNa +
PNa
Pk +PNaEk ENa
2,钠 -钾泵的活动钠 -钾泵的生电性作用，使细胞膜轻度超极化，对膜电位的增加一般不超过 5mV。
(三 ) 静息电位的变化极 化 (polarization):
安静时,膜两侧电位外正内负超极化 ( hyperpolarization)
膜两侧电位差加大,膜内负值增大去极化 (depolarization)
膜两侧电位差减小,膜内负值变小复极化 ( repolarization)
去极化后，膜内电位向逐渐变大,恢复到静息电位状态二、动作电位及其产生机制
（一）动作电位（ action potential)
细胞受到一个适当的刺激,在原有静息电位的基础上，膜电位发生迅速的一过性的波动，这种膜电位的波动，称为 action potential.
动作电位组成
上升支
下降支
去极化后电位
(负后电位 )
超极化后电位
(正后电位 )
锋电位 (Ap的标志）
后电位
（二） 动作电位形成机制
1.电化学驱动力
膜对 Na+,K+的驱动力：
Em-ENa= -70mV- (+60mV)=-130mV
Em-EK= -70mV-(-90mV)=+20mV
膜对 Na+的驱动力 >K+
负号表示驱动力的方向是向内，正号表示驱动力为外向。
正离子通过膜的方向规定为电流方向。
Hodgkin experiment
改变细胞外液 NaCL浓度,AP的幅度、去极化速度和 AP传导速度都下降，下降程度与细胞外液 NaCL浓度减小成比例。
说明细胞外液 NaCL与 AP形成有关。
2,膜对 Na+,K+通透性的变化
（膜电导的变化）
膜对离子的通透性可膜电导表示，通透性高表示膜电导大，而膜电导与膜电阻成反比。
根据欧姆定律,I=V/R=V*G
G-膜电导电压钳技术（ voltage clamp )
Mechanism:
通过一个反馈电路向膜内注入电流，使膜电位始终与钳制电位保持一致，即膜电位被固定在一个电位水平下，记录膜电流的变化，此时的膜电流 Im就可反映膜电导的变化，或用来计算膜电导。
3.离子通道的活动
The activity of ion channel:(H-H model)
resting state,m gate is close and h gate is open;
active state,bother all open;
inactive state,m gate is open and h gate is close,
Recovery:the process of ion channel change
inactive state to resting state,
Deactive state,m gate is closed.
膜片钳技术（ patch clamp)
在一小片膜上可能存在一个或几个离子通道，有可能记录到单一离子通道的电流。
工作原理与 voltage clamp 相同。
4.动作电位的发生
Na+通道的激活（ 正反馈） —— AP上升支膜去极化达到某一临界膜电位，膜上 Na+通道大量开放,Na+内流增强，膜进一步去极化，
较强的去极化又使更多的 Na+通道开放,Na+
通道的开放与膜去极化之间形成正反馈，直至膜电位接近于 Na+平衡电位，形成了 AP上升支。
K+通道的激活 —— AP下降支
Na+通道失活,在去极化开始后的几个毫秒内开放（激活）,随后就失活。
K+通道的开放,膜去极化时被激活,在 Na+
通道失活 时开放,K+外流，膜电位复极
Na+通道的失活和 K+通道的激活构成锋电位的下降支后电位的形成机制,
Na+-K+泵的主动转运
（三）动作电位的特点
1、不衰减性传导
2,,全或无”现象
3,存在不应期
（绝对不应期和相对不应期）
（四）动作电位的引起和传导
1,阈电位阈电位 （ threshold membrane potential)
膜去极化到达爆发动作电位的临界膜电位。
阈电位的特性：
引起膜上 Na+通道的激活对膜去极化的正反馈。
引起锋电位的条件：
膜去极化达到阈电位。
2,局部兴奋 (local excitation)
局部兴奋（局部反应）,
阈下刺激引起膜上 Na+通道少量开放，在受刺激膜的局部出现较小的去极化。
局部兴奋的特征：
1、电紧张性扩布
2,无,全或无”现象
3,可以叠加或总和
4,动作电位的传导
无髓神经
有髓神经三、组织的兴奋和兴奋性
兴奋 (Excitation)—
组织或细胞受刺激后，产生 AP。
可兴奋细胞 —
凡受刺激后能产生 AP的细胞，
神经细胞、肌细胞、腺细胞。
兴奋性 (Excitability)—
可兴奋细胞受刺激后产生 AP的能力。
刺激及刺激三要素：
刺激强度、持续时间、强度对时间的变化率
阈强度（ threshold intensity)—
在刺激的持续时间和强度对时间变化率固定时，使组织发生兴奋的最小刺激强度衡量组织兴奋性的指标：
阈强度阈强度与兴奋性成反比关系细胞兴奋后兴奋性变化
绝对不应期相对不应期超常期低常期为何具有这种周期性？
Bioelectric Phenomena of Cell
一,细胞的静息电位及其机制
（一）静息电位 (resting potential)—
在静息状态下，存在于细胞膜内外两侧的电位差（膜内为负，膜外为正）。
骨骼肌细胞 -90 mV
神经纤维 -70mV~-90mV
红细胞 -10mV
（二）静息电位形成的机制
1,静息状态下细胞膜内外 Na+,
K+分布不均衡细胞膜外 细胞膜内
Na+ 145mmol/L 12mmol/L
K+ 4 mmol/L 155mmol/L
Na+ 有从膜外向膜内扩散的趋势
K + 有从膜内向膜外扩散的趋势静息状态下细胞膜对 K+的选择性通透
K +的通透性大
Na+ 的通透性极小对带电离子的通透性相当于膜电导
1.离子的跨膜扩散动力：
膜两侧浓度差和电位差
K+
+
+_ _
达到 K+ 的平衡电位
（ Nernst公式）
Ek=RT/ZF ln[K+]o/ [K+]i
Em= PkPk +PNa +
PNa
Pk +PNaEk ENa
2,钠 -钾泵的活动钠 -钾泵的生电性作用，使细胞膜轻度超极化，对膜电位的增加一般不超过 5mV。
(三 ) 静息电位的变化极 化 (polarization):
安静时,膜两侧电位外正内负超极化 ( hyperpolarization)
膜两侧电位差加大,膜内负值增大去极化 (depolarization)
膜两侧电位差减小,膜内负值变小复极化 ( repolarization)
去极化后，膜内电位向逐渐变大,恢复到静息电位状态二、动作电位及其产生机制
（一）动作电位（ action potential)
细胞受到一个适当的刺激,在原有静息电位的基础上，膜电位发生迅速的一过性的波动，这种膜电位的波动，称为 action potential.
动作电位组成
上升支
下降支
去极化后电位
(负后电位 )
超极化后电位
(正后电位 )
锋电位 (Ap的标志）
后电位
（二） 动作电位形成机制
1.电化学驱动力
膜对 Na+,K+的驱动力：
Em-ENa= -70mV- (+60mV)=-130mV
Em-EK= -70mV-(-90mV)=+20mV
膜对 Na+的驱动力 >K+
负号表示驱动力的方向是向内，正号表示驱动力为外向。
正离子通过膜的方向规定为电流方向。
Hodgkin experiment
改变细胞外液 NaCL浓度,AP的幅度、去极化速度和 AP传导速度都下降，下降程度与细胞外液 NaCL浓度减小成比例。
说明细胞外液 NaCL与 AP形成有关。
2,膜对 Na+,K+通透性的变化
（膜电导的变化）
膜对离子的通透性可膜电导表示，通透性高表示膜电导大，而膜电导与膜电阻成反比。
根据欧姆定律,I=V/R=V*G
G-膜电导电压钳技术（ voltage clamp )
Mechanism:
通过一个反馈电路向膜内注入电流，使膜电位始终与钳制电位保持一致，即膜电位被固定在一个电位水平下，记录膜电流的变化，此时的膜电流 Im就可反映膜电导的变化，或用来计算膜电导。
3.离子通道的活动
The activity of ion channel:(H-H model)
resting state,m gate is close and h gate is open;
active state,bother all open;
inactive state,m gate is open and h gate is close,
Recovery:the process of ion channel change
inactive state to resting state,
Deactive state,m gate is closed.
膜片钳技术（ patch clamp)
在一小片膜上可能存在一个或几个离子通道，有可能记录到单一离子通道的电流。
工作原理与 voltage clamp 相同。
4.动作电位的发生
Na+通道的激活（ 正反馈） —— AP上升支膜去极化达到某一临界膜电位，膜上 Na+通道大量开放,Na+内流增强，膜进一步去极化，
较强的去极化又使更多的 Na+通道开放,Na+
通道的开放与膜去极化之间形成正反馈，直至膜电位接近于 Na+平衡电位，形成了 AP上升支。
K+通道的激活 —— AP下降支
Na+通道失活,在去极化开始后的几个毫秒内开放（激活）,随后就失活。
K+通道的开放,膜去极化时被激活,在 Na+
通道失活 时开放,K+外流，膜电位复极
Na+通道的失活和 K+通道的激活构成锋电位的下降支后电位的形成机制,
Na+-K+泵的主动转运
（三）动作电位的特点
1、不衰减性传导
2,,全或无”现象
3,存在不应期
（绝对不应期和相对不应期）
（四）动作电位的引起和传导
1,阈电位阈电位 （ threshold membrane potential)
膜去极化到达爆发动作电位的临界膜电位。
阈电位的特性：
引起膜上 Na+通道的激活对膜去极化的正反馈。
引起锋电位的条件：
膜去极化达到阈电位。
2,局部兴奋 (local excitation)
局部兴奋（局部反应）,
阈下刺激引起膜上 Na+通道少量开放，在受刺激膜的局部出现较小的去极化。
局部兴奋的特征：
1、电紧张性扩布
2,无,全或无”现象
3,可以叠加或总和
4,动作电位的传导
无髓神经
有髓神经三、组织的兴奋和兴奋性
兴奋 (Excitation)—
组织或细胞受刺激后，产生 AP。
可兴奋细胞 —
凡受刺激后能产生 AP的细胞，
神经细胞、肌细胞、腺细胞。
兴奋性 (Excitability)—
可兴奋细胞受刺激后产生 AP的能力。
刺激及刺激三要素：
刺激强度、持续时间、强度对时间的变化率
阈强度（ threshold intensity)—
在刺激的持续时间和强度对时间变化率固定时，使组织发生兴奋的最小刺激强度衡量组织兴奋性的指标：
阈强度阈强度与兴奋性成反比关系细胞兴奋后兴奋性变化
绝对不应期相对不应期超常期低常期为何具有这种周期性？
