第二章细胞生理学

1、Chapter 4 Bioelectricity phenomenon of cell Resting potential Action potential 离子通道与细胞的电活动 可兴奋细胞及其兴奋性 Luigi Galvani（ 17371798） 1786年Galvani发现，如用两种金 属组成的回路把新制备的蛙的神 经肌肉连接起来，会使肌肉搐搦 、抖动。 意大利生物学家伽伐尼 Bashfulgrass，Sensitiveplant 静息电位(Resting potential) 1 静息电位的引导方法静息电位的引导方法 2 静息电位的概念静息电位的概念 3 相关概念相关概念 静息电位的

2、产生机制静息电位的产生机制 4影响影响RP的因素的因素 1 静息电位的概念 定义：指细胞未受刺激时存在于细胞膜内外两侧 的电位差。 也称为跨膜静息电位，简称静息电 位（RP） 特点： a 内负外正 (如规定膜外电位为0，则膜内电位大都在 10100mV之间) b RP在大多数细胞是一种稳定的直流电位 2 静息电位的引导方法 3 相关概念 极化（Polarization） ：静息状态下膜外为正,膜内 为负电位的状态 去极化或除极化 （ depolarization） ：膜两侧的 电位差的绝对值减小 超极化（hyperpolarization） ：膜两侧的电位差 的绝对值加大 复极化（repola

3、rization）：细胞膜去极化后再向 静息电位方向恢复 （）化学现（）化学现 象象 要在膜两侧形成电位 差，必须具备两个条件： 膜两侧的离子分布不均 ，存在浓度差； 对离子 有选择性通透的膜。 膜两侧K+差是促使K+ 扩散的动力，但随着K+的不 断扩散，膜两侧不断加大 的电位差是K+继续扩散的阻 力，当动力和阻力达到动 态平衡时，K+的净扩散通量 为零膜两侧的平衡电位 。 通透膜通透膜 选择性通透膜选择性通透膜 静息时膜内外各离子的浓度静息时膜内外各离子的浓度 离子膜内浓度膜外浓度平衡电位离子膜内浓度膜外浓度平衡电位 （mmol/L） （mmol/L） (mV) K+ 400 20 -75

4、Na+ 50 440 +55 Cl- 52 560 -60 A- 385 - - （）静息电位的产生条件 (1)静息状态下细胞膜内、外离子分布不均 Na+iNa+o1 12 K+iK+o30 1 Cl-iCl-o1 14 A-iA-o 4 1 (2)静息状态下细胞膜对离子的通透性具有选择性 通透性：K+ Cl- Na+ A- Nernst Equation : K+ Concentration gradient Ko/Ki Electrical gradient (potential) iK oK E k log58 iK oK zF RT Eion ln for K+ at 29.2 C,

5、the Nernst Equation become: Electrochemical driving force 60 Membrane potential and equilibrium potential of different ions 静息电位产生示意图 动作电位(Action potential) 1 动作电位的模拟实验 2 动作电位的概念 3 动作电位的特点和意义 动作电位的产生机制 动作电位的传播 2 动 作 电 位 的 概 念 定义：是指细胞受到有效刺激后，在原有的静息 电位基础上发生的一次膜两侧电位快速的倒转和 复原。 组成： 锋电位 后电位 去极相 复极相 负后电位 正

6、后电位 3.3.动作电位的图形动作电位的图形 锋 电 位(Spike potential) AP的主要成分和标志 超射：膜电位高于零的部分 后 电 位 3 动作电位的特点和意义 特点:1 瞬时性 2 极化反转 3 “全或无”（ All or none）现象 4 非衰减传播 5 不应期 说明：对于不同的可兴奋细胞，动作电位的特点基本 类似，但它的幅值和持续时间可以各不相同。 意义： AP的产生是细胞兴奋的标志 动作电位的产生机制动作电位的产生机制 （1）AP产生的基本条件: 膜内外存在Na+差:Na+iNa+O 1 10 膜电导(Membrane conductance)的变化 膜电导:G=1/

7、R 衡量膜对离子通透性的指 标 膜电导的测定:电压钳技术(膜电位维持衡 定,测定某一通道电流) 电紧张传播 （electrotonic propagation）： 局部兴奋可以 使邻近的膜也产生程度更低的去极化，随距离 加大而迅速减小以至消失 ; 可以总和：空间 性总和与时间性总和 电紧张电位 局部反应 阈电位 AP 4 动作电位的传播 所谓动作电位（兴奋）的传导传导： 以“局部电流”的形式传播的。 局部电流（local current） ：在已兴奋的细胞膜和 与它相邻的未兴奋的细胞膜之间，由于电位差的 出现而发生电荷移动。 运动方向：在膜外的正电荷由未兴奋段移向已兴 奋段，而膜内的正电荷由已

8、兴奋段移向未兴奋段。 已兴奋的膜部分通过”局部电流“刺激了未兴奋 的膜部分使之出现动作电位 1 兴奋在无髓神经纤维上的传导兴奋在无髓神经纤维上的传导 2 兴奋在有髓神经纤维上的传导 跳跃式传导（saltatory conduction） 影响传导速度的因素影响传导速度的因素 轴突直径轴突直径 是否有髓鞘是否有髓鞘 3缝隙连结(gap junction) 缝隙连结通道: 细胞与细胞之间特殊的连结方 式(图4-11) 特点: 电阻低;局部电流直接传播;双向 可兴奋细胞及其兴奋性 (一）动作电位的引起 1.1 刺激 1.2 兴奋及兴奋性 (二） 细胞兴奋后兴奋性周期性变化 1.1 刺 激 (Stim

9、ulus) 刺激：细胞所处环境因素的改变 刺激三要素：刺激强度、刺激作用时间、强度- 时间变化率 固定强度-时间 变化率时: 阈强度(threshold intensity) ：把刺激的 作用时间和强度-时间变化率都固定在某 一适当数值，能引起组织细胞兴奋所必 需的最小刺激强度. 意义:衡量组织细胞兴奋性高低的指标。 (阈强度:能引起AP的最小刺激强度) 阈刺激：刺激强度等于阈强度的刺激 阈下刺激：刺激强度小于阈强度的刺激 阈上刺激：刺激强度大于阈强度的刺激 阈刺激和阈上刺激可以引起组织细胞兴奋 (AP)，而阈下刺激则不能 1.2 兴 奋 性 及 兴 奋 (Excitability & excitation) 兴奋性：细胞受到刺激时产生动作电位的能力 兴奋：动作电位的同义词 可兴奋细胞：肌肉、神经、腺体 阈强度是衡量细胞兴奋性高低的指标 阈强度高，则兴奋性低 阈强