第三節(jié)細(xì)胞的生物電現(xiàn)象

第三節(jié)細(xì)胞的生物電現(xiàn)象一、靜息電位及其產(chǎn)生機(jī)制二、動作電位及其產(chǎn)生機(jī)制三、局部電位及其特性湘南學(xué)院生理學(xué)教研室目的要求1.掌握靜息電位、動作電位的概念、產(chǎn)生機(jī)制及影響因素，閾電位的概念及動作電位與局部電位的區(qū)別。2.熟悉動作電位在同一細(xì)胞上的傳導(dǎo)機(jī)制湘南學(xué)院生理學(xué)教研室一、靜息電位及其產(chǎn)生機(jī)制1.靜息電位(restingpotential,RP)

：細(xì)胞處于靜息狀態(tài)時，膜兩側(cè)存在的外正內(nèi)負(fù)的電位差。

2.數(shù)值：以細(xì)胞外電位為零，則細(xì)胞內(nèi)電位為負(fù)。通常是穩(wěn)定的直流電位。（一）細(xì)胞的靜息電位湘南學(xué)院生理學(xué)教研室3.證明RP的實(shí)驗(yàn)（甲）當(dāng)A、B電極都位于細(xì)胞膜外，無電位改變，證明膜外無電位差。（乙）當(dāng)A電極位于細(xì)胞膜外，B電極插入膜內(nèi)時，有電位改變，證明膜內(nèi)、外間有電位差。（丙）當(dāng)A、B電極都位于細(xì)胞膜內(nèi)，無電位改變，證明膜內(nèi)無電位差。湘南學(xué)院生理學(xué)教研室極化

靜息電位存在時細(xì)胞膜電位外正內(nèi)負(fù)的狀態(tài)。去極化

靜息電位減小甚至消失的過程。超極化

靜息電位增大的過程。反極化

膜內(nèi)電位由零變?yōu)檎档倪^程。超射

膜內(nèi)電位高于零電位的部分。復(fù)極化

去極化、反極化后向靜息電位恢復(fù)的過程。4.膜電位狀態(tài)湘南學(xué)院生理學(xué)教研室（二）靜息電位產(chǎn)生的機(jī)制（離子流學(xué)說）

1.形成條件：①細(xì)胞膜兩側(cè)離子的濃度分布不均。

[Na+]i＞[Na+]o≈1∶10,[K+]i＞[K+]o≈30∶1[Cl-]i＞[Cl-]o≈1∶14,[A-]i＞[A-]o≈4∶1

②不同狀態(tài)下，細(xì)胞膜對各種離子的通透性不同。

通透性：K+＞Cl-＞Na+＞A-湘南學(xué)院生理學(xué)教研室

［K+]i>[K+]o

PK+高促進(jìn)K+外流的濃度勢能＝阻礙K+外流的電場力

K+的凈外流為零K+平衡電位2.RP的形成機(jī)理K+外流湘南學(xué)院生理學(xué)教研室（1）Nernst公式

Ek=59.5Log[K+]o/[K+]i(mV)

理論值–87mV，實(shí)際值–77mV實(shí)際值與理論值隨K+濃度降低相差越大？（2）改變細(xì)胞外液中的K+濃度（3）通道阻斷劑四乙銨(TEA)3.證明靜息電位是鉀離子平衡電位湘南學(xué)院生理學(xué)教研室湘南學(xué)院生理學(xué)教研室（三）影響靜息電位的主要因素1.細(xì)胞膜在靜息狀態(tài)時對K+的通透性。2.膜外K+濃度與膜內(nèi)K+濃度的差決定EK。3.鈉-鉀泵活動的水平。湘南學(xué)院生理學(xué)教研室二、動作電位及其產(chǎn)生機(jī)制1.動作電位(ActionPotential,AP)：細(xì)胞受刺激后在RP基礎(chǔ)上發(fā)生可擴(kuò)布的電位變化。（一）細(xì)胞的動作電位湘南學(xué)院生理學(xué)教研室單一神經(jīng)纖維的動作電位示意圖超射閾電位局部電位刺激偽跡靜息電位湘南學(xué)院生理學(xué)教研室2.動作電位變化過程鋒電位后電位上升支去極化（-70mV0mV）

超射（0mV+35mV）下降支復(fù)極化（+35mV-70mV）去極化后電位（負(fù)后電位）超極化后電位（正后電位）AP湘南學(xué)院生理學(xué)教研室（二）動作電位產(chǎn)生機(jī)制膜內(nèi)外Na+不均勻分布（外高內(nèi)低）膜突然對Na+通透增大（Na+通道開放）Na+內(nèi)流達(dá)Na+平衡電位1.去極化2.復(fù)極化：Na+通道關(guān)閉，K+通道開放，K+外流3.后電位的產(chǎn)生機(jī)制（1）負(fù)后電位：細(xì)胞外一過性K+蓄積（2）正后電位：Na泵活動增強(qiáng)湘南學(xué)院生理學(xué)教研室再生性循環(huán)刺激Na+通道開Na+內(nèi)流去極化AP升支

K+外流K+通道開AP降支湘南學(xué)院生理學(xué)教研室4.證明動作電位是鈉離子平衡電位（1）Nernst公式ENa=59.5Log[Na+]o/[Na+]i(mV)

超射值=ENa（2）改變細(xì)胞外液的Na＋濃度（3）河豚毒(tetrodotoxin,TTX）（4）電壓鉗或膜片鉗湘南學(xué)院生理學(xué)教研室5.動作電位期間膜電導(dǎo)的變化（電壓鉗實(shí)驗(yàn)）

動作電位的產(chǎn)生先是由于出現(xiàn)迅速增加的Na+電導(dǎo)，Na+在很強(qiáng)的電化學(xué)驅(qū)動力作用下形成Na+內(nèi)向電流，使細(xì)胞膜迅速去極化，構(gòu)成鋒電位的升支；隨后，Na+電導(dǎo)減小，K+電導(dǎo)增大使K+外向電流增強(qiáng)，加速了膜的復(fù)極，形成鋒電位的降支。GNa=1/RNa=INa/(EmENa)

GK=1/RK=IK/(EmEK)湘南學(xué)院生理學(xué)教研室FBA：反饋放大器；E：監(jiān)測膜電位，C：指令膜電位；I‘：注射電流；I：記錄電流。FBA的兩個輸入端除接受膜電位E的輸入外，另一個接受指令電位C，當(dāng)兩者電位相等時輸出電流為零，當(dāng)兩者出現(xiàn)差異時，F(xiàn)BA經(jīng)電極I'輸出電流，電流穿越細(xì)胞膜流出產(chǎn)生電壓變化，使E趨向于C，如此便構(gòu)成一個使膜電位始終保持于C的負(fù)反饋回路湘南學(xué)院生理學(xué)教研室湘南學(xué)院生理學(xué)教研室右圖說明隨著膜去極化，膜對Na+、K+的電導(dǎo)均增加，即通透性增加1.去極化使膜對Na+、K+通透性增加；2.去極化使膜對Na+、K+速度不一樣，Na+＞K+3.去極化程度升高，則膜對Na+、K+通透性進(jìn)一步升高；4.去極化時，Na+通透性升高持續(xù)時間短暫、K+通透性升高持續(xù)時間長湘南學(xué)院生理學(xué)教研室6.膜對離子通透性變化的機(jī)制（膜片鉗實(shí)驗(yàn)）

離子通透性變化的實(shí)質(zhì)是由于膜上離子通道的開放和關(guān)閉造成的。鈉通道至少存在三種功能狀態(tài)，即關(guān)閉、激活和失活狀態(tài)。

鉀通道只有兩種狀態(tài)，即激活和去激活。

湘南學(xué)院生理學(xué)教研室鈉通透性變化的本質(zhì)（一）mmmhmmmhmmmh失活激活<1ms復(fù)活復(fù)極到RP去極自動靜息狀態(tài)失活狀態(tài)

激活狀態(tài)湘南學(xué)院生理學(xué)教研室去極化將引起1.電壓門控Na+通道的激活開放，膜對Na+的通透性可增高5000倍，Na+順電-化學(xué)梯度迅速內(nèi)流而形成AP升支。2.電壓門控Na+通道的時間依從性失活，導(dǎo)致Na+通道關(guān)閉和Na+內(nèi)流停止。3.電壓門控K+通道延遲性開放，膜對K+通透性升高，K+順電-化學(xué)梯度外流而形成降支，也使得Na+通道復(fù)活到備用狀態(tài)。鈉通透性變化的本質(zhì)（二）湘南學(xué)院生理學(xué)教研室（三）動作電位的產(chǎn)生條件1.閾電位（thresholdpotential）：能觸發(fā)AP的臨界膜電位。2.意義：任何刺激必須使膜內(nèi)電位上升到閾電位水平才能爆發(fā)動作電位。3.細(xì)胞興奮性的高低與細(xì)胞的靜息電位和閾電位的差值呈反變關(guān)系湘南學(xué)院生理學(xué)教研室再生性循環(huán)刺激Na通道開Na內(nèi)流去極化AP升支K外流K通道開AP降支湘南學(xué)院生理學(xué)教研室1.“全或無”（all-or-none）現(xiàn)象

2.不衰減性傳導(dǎo)3.脈沖式（四）動作電位的特點(diǎn)湘南學(xué)院生理學(xué)教研室（五）動作電位的傳導(dǎo)+-1.傳導(dǎo)：興奮在同一細(xì)胞上傳播的過程。2.局部電流：已興奮處和未興奮處因電位差而引起的電荷移動。3.原理：以局部電流的形式傳導(dǎo)。-+++----++湘南學(xué)院生理學(xué)教研室湘南學(xué)院生理學(xué)教研室有髓神經(jīng)纖維傳導(dǎo)興奮的方式是跳躍式傳導(dǎo)

湘南學(xué)院生理學(xué)教研室三、局部興奮1.局部興奮(localpotention)：細(xì)胞受刺激時膜電位的輕微去極化。2.特性：(1)非“全或無”現(xiàn)象，隨閾下刺激增大而增大(2)衰減傳播---電緊張性擴(kuò)布(3)總和現(xiàn)象（時間性、空間性）3.意義：改變本身和相鄰細(xì)胞膜各點(diǎn)的興奮性。湘南學(xué)院生理學(xué)教研室湘南學(xué)院生理學(xué)教研室電緊張性擴(kuò)布湘南學(xué)院生理學(xué)教研室局部反應(yīng)與AP的區(qū)別局部興奮閾下刺激鈉通道少量開放非“全或無”有總和效應(yīng)電緊張性傳播動作電位閾(上)刺激鈉通道大量開放“全或無”無總和效應(yīng)

非衰減性傳播比較項刺激強(qiáng)度鈉通道開放電變化特點(diǎn)

傳播特點(diǎn)湘南學(xué)院生理學(xué)教研室四、可興奮細(xì)胞及其興奮性（一）興奮性和可興奮細(xì)胞1.興奮（excitation）：產(chǎn)生AP2.可興奮細(xì)胞：受刺激后能產(chǎn)生動作電位的細(xì)胞（神經(jīng)細(xì)胞、肌細(xì)胞和腺細(xì)胞）。湘南學(xué)院生理學(xué)教研室絕對不應(yīng)期（absoluterefractoryperiod,ARP）：

興奮性為零相對不應(yīng)期（relativerefractoryperiod,RRP）：

興奮性低