細胞的電活動

細胞的電活動1第1頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二恩格斯在100多年前就指出：“地球上幾乎沒有一種變化發(fā)生而不同時顯示出電的變化”。人體及生物體活細胞在安靜和活動時都存在電活動，這種電活動稱為生物電現(xiàn)象（bioelectricity）。細胞生物電現(xiàn)象是普遍存在的，臨床上廣泛應用的心電圖、腦電圖、肌電圖及視網(wǎng)膜電圖等就是這些不同器官和組織活動時生物電變化的表現(xiàn)。2第2頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二（一）膜電容和膜電阻細胞膜的電纜學說細胞外液和細胞內(nèi)液均為含電解質(zhì)的液體，可以看作為兩個導體，有一定的電阻；膜電容：

細胞膜脂質(zhì)雙層類似于一個平板電容器，相對地視作絕緣體，因此細胞膜具有顯著的電容特性。一、細胞膜的被動電學特性3第3頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二跨膜電位：

當膜上的離子通道開放而引起帶電離子的跨膜流動時，就相當于在電容器上充電或放電而產(chǎn)生的電位差，稱為跨膜電位或簡稱為膜電位。膜電阻：對帶電離子而言，膜電導就是膜對離子的通透性。4第4頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二二、靜息電位(restingpotential，RP)

1.概念：

指細胞未受刺激時細胞膜兩側存在的外正內(nèi)負的電位差。

2.測量方法：

細胞內(nèi)電位記錄方法。

5第5頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二記錄裝置：一對測量電極一個放在細胞的外表面，另一個連接玻璃微電極。當微電極刺入膜內(nèi)時，記錄儀器上顯示一個突然的電位躍變，表明細胞膜內(nèi)外兩側存在著電位差。存在于安靜細胞的表面膜兩側的，簡稱靜息電位。6第6頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二

細胞外電位記錄細胞內(nèi)電位記錄7第7頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二數(shù)值:骨骼肌約-90;神經(jīng)約-70;平滑肌約-55;紅細胞約為-10mV.8第8頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二靜息電位特征：①通常是平穩(wěn)的直流電位（但在某些神經(jīng)細胞和平滑肌細胞也可出現(xiàn)自發(fā)性的靜息電位波動）；②不同細胞靜息電位的數(shù)值可以不同，并且只要細胞未受刺激、生理條件不變，這種電位將持續(xù)存在。

9第9頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二極化：靜息時膜兩側所保持的外正內(nèi)負的狀態(tài)；超極化：膜內(nèi)外電位差的數(shù)值向膜內(nèi)負值加大的方向變化時，稱為膜的超極化；去極化：膜內(nèi)電位向負值減小的方向變化，稱為去極化；反極化：去極化至零電位后膜電位進一步變?yōu)檎捣Q為反極化。膜電位高于零電位的部位稱為超射。復極化：細胞先發(fā)生去極化，然后再向正常安靜時膜內(nèi)所處的負值恢復。與靜息電位有關的概念10第10頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二(二)靜息電位的產(chǎn)生機制：膜學說：1902年Bernstein認為生物電現(xiàn)象的各種表現(xiàn)，主要是由于細胞內(nèi)外離子分布不均勻以及在不同狀態(tài)下，細胞膜對不同離子的通透性不同→離子跨膜擴散。11第11頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二1.離子跨膜擴散的驅動力：

濃度差

＋→方向和速度

電位差

電化學驅動力12第12頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二(1)靜息狀態(tài)下質(zhì)膜內(nèi)、外離子分布不均勻2.靜息電位的形成

13第13頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二①K+的通透性較高：非門控鉀通道

神經(jīng)纖維、心肌細胞膜②Na+有一定通透性;③Cl-不存在原發(fā)性主動轉運→被動分布;④Ca2+通透性很低→忽略⑤有機負離子幾乎不通透(2)靜息狀態(tài)下質(zhì)膜對離子的通透性不同14第14頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二靜息狀態(tài)下質(zhì)膜對離子的通透性不同15第15頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二

(3)靜息電位產(chǎn)生的機制:主要是由K+外流形成的；接近K+平衡電位。16第16頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二3.鈉泵的生電作用:鈉泵的生電作用對RP的貢獻并不很大17第17頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二4.影響靜息電位的因素①細胞外K+濃度的改變；②膜對K+和Na+的相對通透性;③鈉-鉀泵活動的水平。

18第18頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二三、動作電位及其產(chǎn)生機制(一)細胞的動作電位(actionpotential，AP)。

在靜息電位的基礎上，可興奮組織或細胞受到一個適當刺激時，其膜電位發(fā)生的一次快速、可逆、并有擴布性的電位變化,稱為動作電位。它是細胞興奮的標志。19第19頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二20第20頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二1.動作電位的波形:峰電位：動作電位的主要部分后電位：

低幅而緩慢負后電位（后去極化）正后電位（后超極化）21第21頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二2.動作電位的特征：①“全或無”的性質(zhì)當刺激未達閾值時，動作電位不會出現(xiàn)，一旦達到閾電位水平，動作電位便迅速產(chǎn)生，并達到最大值，其幅度和波形不隨刺激的強度增強而增大。②可傳播性動作電位能沿細胞膜向周圍不衰減性傳導，其幅度和波形始終保持不變。22第22頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二（二）動作電位的產(chǎn)生機制

當膜受到刺激而發(fā)生通透性改變時，帶電離子將沿著電化學驅動力的方向發(fā)生跨膜運動，并引起膜電位的變化。

23第23頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二

內(nèi)向電流:正電荷由膜外流入膜內(nèi);

內(nèi)向電流→膜去極化；

外向電流:正電荷由膜內(nèi)流出膜外;

外向電流→膜復極化或超極化。

在靜息電位條件下→Na+受到很強的內(nèi)向驅動力

在鋒電位期間→K+受到很強的外向驅動力24第24頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二1.鋒電位的上升支：細胞受刺激時→膜對Na+通透性突然增大→Na+迅速內(nèi)流→造成膜內(nèi)負電位的迅速消失,由于膜外Na+的較高勢能,Na+繼續(xù)內(nèi)移,出現(xiàn)超射。

鋒電位的上升支是Na+快速內(nèi)流造成的,接近于Na+的平衡電位。25第25頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二2.鋒電位的下降支：

由于Na+通道激活后迅速失活→Na+電導↓,同時膜結構中電壓門控性K+通道開放→K+電導↑；在很強的外向驅動力作用下→K+迅速外流。鋒電位的下降支是K+外流所致。26第26頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二27第27頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二

AP上升支AP下降支28第28頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二3.后電位

負后電位:

復極時迅速外流的K+蓄積在膜外側附近，暫時阻礙了K+

外流。

正后電位:

生電性鈉泵的作用。29第29頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二（三）動作電位的傳播

30第30頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二（1）在無髓鞘的神經(jīng)纖維上：局部電流31第31頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二圖2-16無髓鞘神經(jīng)纖維興奮的傳播原理32第32頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二（2）有髓鞘的神經(jīng)纖維上：跳躍式傳導33第33頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二（四）縫隙連接6個連接蛋白單體(親水性孔道)34第34頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二縫隙連接的特性：通常是開放的→允許水溶性分子和離子通過膜的電阻很低→AP通過流經(jīng)縫隙連接的局部電流直接傳播到另一個細胞

縫隙連接的意義：

使相臨的細胞對某些信號作出協(xié)同反應,出現(xiàn)同步化活動。35第35頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二四、可興奮細胞及其興奮性（一）興奮和興奮性概念的變遷

活組織或細胞對刺激發(fā)生反應的能力，稱為興奮性，而由刺激引起的反應，稱為興奮。其中的刺激是因，反應是果。36第36頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二

在近代生理學中：興奮性是指細胞受到刺激時產(chǎn)生動作電位的能力。興奮就是指產(chǎn)生了動作電位，或者說產(chǎn)生了動作電位才是興奮。37第37頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二（二）可興奮細胞凡在接受刺激后能產(chǎn)生動作電位的細胞，稱為可興奮細胞。

所有的可興奮細胞都必然具有電壓門控鈉通道或電壓門控鈣通道，它們在受刺激后這些離子通道被激活產(chǎn)生動作電位。

神經(jīng)沖動肌肉電變化（AP）收縮腺體分泌38第38頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二（三）閾刺激刺激：指細胞所處環(huán)境因素的變化。

閾刺激：在刺激的持續(xù)時間以及刺激強度對時間的變化率不變的情況下，剛能引起細胞興奮或產(chǎn)生動作電位的最小刺激強度。

閾下刺激閾上刺激閾刺激→衡量細胞興奮性的指標39第39頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二（四）細胞興奮后興奮性的變化

40第40頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二絕對不應期：當出現(xiàn)鋒電位的時期內(nèi)，不能再接受任何強大的刺激而出現(xiàn)新的鋒電位。此時Na+通道是失活狀態(tài)，細胞興奮性降低到零。相對不應期：

絕對不應期之后的一定時間內(nèi)，細胞對閾上剌激可發(fā)生興奮。標志著一些失活的Na+通道已開始逐漸復活，細