1、生理学 第二章 第三节 生物电 人体及生物体活细胞在安静和活动时都存在电活动，这种电活动称为 生物电现象（ bioelectricity） 。 电鳐 电鳗 电鲶 生物电：通常是指细胞膜两侧的电位差，即跨膜电位。 心电图 脑电图 视网膜电图 肌电图 一 、静息电位 （一 ）静息电位的 概念 细胞膜 细胞内 细胞外 静息电位 （ resting potential， RP） 指细胞在 安静状态 下（未受刺激时）存在于细胞膜内外两侧的 内负外正的电位差 ， 又称跨膜静息电位，简称 膜电位 （ membrane potential）。 （二）静息电位的数值 设定细胞膜外电位为 0mV的 膜内电位 。
2、绝大多数 细胞的静息电位都是负电位 ，范围 在 -10 -100mV之间 。 不同细胞的静息电位值不同 。 例如 :骨骼肌细胞 的静息电位约 -90mV，神经细胞约 -70mV。 70 mV 玻璃微电极 电位仪 神经纤维 KCl 极化 （ polarization） :静息状态下细胞这种内负外正的状态。 去极化 （ depolarization） :静息电位的数值向 负值减小 （ 绝对值减小） 的方向 变化 。 反 极化 （ reversepolarization） :膜内电位高于膜外电位。 复极化 （ repolarization） :细胞 在 去极化 、 反极化后 向正常安静时膜所处的负
3、值恢复 。 超极化 （ hyperpolarization） :静息电位 的数值向 负值 增大 （ 绝对值增大 ） 的 方向变化 。 几个相关概念 （三）静息电位的产生机制 1902年， Bernstein提出 膜学说 解释 RP产生机制 ： 1、 细胞膜两侧离子 分布不同 细胞外的 Na+浓度是细胞内的 12倍 ，而细胞内的 K+浓度是细胞外的约 30倍。这是 Na+-K+泵主动转运造成的，是形成细胞生物电活动的基础。 2、 细胞膜对各种离子选择性通透 静 息时 细胞膜主要对 K+有通透性 ， K 由于浓度差由膜内向膜 外扩散。 浓度差驱动力：使 K 向膜外扩散； 电位差 驱动力：阻止 K
4、向膜外扩散 ； 影响 K+离子跨膜扩散的驱动力 ： 当 K+扩散到一定程度时，两个作用力大小相等，方向相反，这时， K+不再有跨膜的净移动。此时 膜两侧的电位差（静息电位） 亦称 K+的 平衡电位 （ K+ equilibrium potential， EK） EK精确数值可按 Nernst公式计算： ( m V )K K59 .5l g( m V )K KlnZFRTEioiOK R:气体常数 T:绝对温度 Z:离子价 F:法拉第常数 Ek的大小由最初膜两侧的 K+浓度梯度决定。 1939年，英国 Hodgkin和 Huxley利用枪乌贼的巨大神经轴突 ， 采用微电极技术测量膜电位 ， 证实
5、了膜学说。 Alan Lloyd Hodgkin Andrew Fielding Huxley 1963获诺贝尔生理学和医学奖。 实际测量的静息电位 =-77mV 计算 K+平衡电位 =-87mV 计算值比测定值的绝对值稍大，主要是 静息时有少量 Na+内移 ，抵消部分 K+外移造成的电位差数值。 静息电位的产生机制 二 、动作电位 （一 ）动作电位的 概念 动作电位（ action potential, AP）是指在 静息电位的基础上，当可兴奋细胞 受到有效刺激 时，其 膜电位发生 快速、可逆、可扩布的电位变化 。 细胞的动作电位是“膜电位快速去极化 -反极化 -复极化”的过程。 （二）动作
6、电位的时相 去极化 超射 （反极化） 复极化 去极化 后电位 超极化后电位 去极相 锋电位 后电位 上升支 （去极相） 下 降支 （复极相） 神经纤维动作电位模式图 ab:动作电位 上升支； be:动作电位 下降支 ； abc:锋电位 ； cd:去极化后电位 ； de超极化后电位 （三）动作电位的产生机制 有效刺激 钠 通道开放 Na+内流 静息电位 减小 细胞膜 去极化 钠通道大量开放， Na+快速 内流达 Na+平衡电位 膜去极化 临界值 Na+内流形成动作电位的上升支 Na+通道通透性的再生性循环 : Na+通道电流与膜去极化之间的正反馈。 +外流形成动作电位下降支 达 Na+平衡电位
7、通道失活关闭 Na+内流停止 K+通道激活开放 K+快速外流 膜内电位 下降 细胞膜 复极化 下降支 超极化后电位： Na+i、 K+O 激活钠钾泵，离子恢复到兴奋前水平。 （ 1） 膜对 Na+通透性突然增大 ， Na+快速 、 大量内流 ， 形成了 AP的上升支 。 （ 2） 膜对 K+的通透性增大 ， 造成 K+外流 ， 形成了 AP下降支 。 （ 3） 复极化后 ， Na+-K+泵 的活动是维持膜内外 Na+、 K+正常分布的关键 。 （四）动作电位的特点 全或无现象 刺激强度一旦达到或超过某一临界值 ， 即可爆发 AP， 且其幅度不因刺激强度的增加而改变 。 不衰减性传导 AP产生后迅速传播 ， 直至整个细胞膜都产生 AP， 并且在传播过程中幅度和波形 始终 保持不变 。 脉冲式传导 AP存在不应期 ， AP不发生融合 。 三、局部电位 阈电位 (threshold potential) ：使钠通道大量激活进而引发动作电位 的临界膜电位值。 局部兴奋 ：产生于 膜的局部、较小的去极化 反应。 局部电位 ：局部兴奋时的电位值。 局部电位的实质 : Na+通道少量被激活。 局部电位的特点 ：等级性反应； 以衰减性的电紧张方式扩布； 具有时间性和空间性总和效应。 谢 谢 大 家
