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(dòng)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(dòng)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(dòng)作電位與局部電位的區(qū)別。2.熟悉動(dòng)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(shí)，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(shí)，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(shí)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(duì)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(shì)能＝阻礙K+外流的電場(chǎng)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(shí)對(duì)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(dòng)的水平。湘南學(xué)院生理學(xué)教研室二、動(dòng)作電位及其產(chǎn)生機(jī)制1.動(dòng)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(dòng)作電位湘南學(xué)院生理學(xué)教研室單一神經(jīng)纖維的動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(duì)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(dòng)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(dòng)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(dòng)作電位期間膜電導(dǎo)的變化（電壓鉗實(shí)驗(yàn)）

動(dòng)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(dòng)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(cè)膜電位，C：指令膜電位；I‘：注射電流；I：記錄電流。FBA的兩個(gè)輸入端除接受膜電位E的輸入外，另一個(gè)接受指令電位C，當(dāng)兩者電位相等時(shí)輸出電流為零，當(dāng)兩者出現(xiàn)差異時(shí)，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(gè)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(duì)Na+、K+的電導(dǎo)均增加，即通透性增加1.去極化使膜對(duì)Na+、K+通透性增加；2.去極化使膜對(duì)Na+、K+速度不一樣，Na+＞K+3.去極化程度升高，則膜對(duì)Na+、K+通透性進(jìn)一步升高；4.去極化時(shí)，Na+通透性升高持續(xù)時(shí)間短暫、K+通透性升高持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)湘南學(xué)院生理學(xué)教研室6.膜對(duì)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(dòng)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(duì)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(shí)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(duì)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(dòng)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(dòng)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(dòng)作電位的特點(diǎn)湘南學(xué)院生理學(xué)教研室（五）動(dòng)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(dòng)。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(shí)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(shí)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(dòng)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(xiàng)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(dòng)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(duì)不應(yīng)期（absoluterefractoryperiod,ARP）：

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

興奮性低