生理学——细胞的生物电现象

1、 恩格斯 恩格斯在100多年前 总结自然科学成就时指 出：“地球几乎没有一种 变化发生而不同时显示 出电的现象”。 Recording biological activity mV 0 -70 mV 0 -70 + transmembrane resting potential resting potential membrane potential -100 +20 0 -20 -40 -60 -80 mV 阈电位阈电位 离子浓度 （ mmol/L ） 主要 离子 膜内膜外 膜内与 膜外离 子比例 膜对离子 通透性 N Na a + +101:10通透性很小 K K

2、 + + 1551554 439:139:1 通透性大 ClCl - - 4 41201201:301:30通透性次之 A A - - 155155 无通透性 Origin of biological electricity K+ equilibrium potential, EK KCl KCl suppose： 1. Solution: KCl 2. Permeable to K+ only K+ Cl- Ek= ln RT ZF K+out K+in R: gas constant T : absolute temperature Z: valance F: Faraday C. Ner

3、nst formula inout in out Note: net diffusion of K+ equals zero. Ek= Ln RT ZF K+out K+in in out suppose： 1. Solution: KCl 2. Permeable to K+ only Nernst formula K+ Cl- Discussing: 1.Do K+ permeability influence EK ? 2. If the solution contains Na+, how about EK ? Ek= ln RT ZF K+out K+in in out Electr

4、ochemical driving force for K+: EM - E K suppose： 1. Solution: KCl 2. Permeable to K+ only Nernst formula K+ Cl- 计算值 实测值 实测值计算值 Summary EK: EK in such a condition that the net movement of K+ across membrane is zero. Resting potential: Em maintains constant when the charge movement of all kinds of io

5、n across the membrane is zero. The higher the K+ relative permeability is, the Closer to EK the RP is. Na +-K +pump maintains Na+ and K+ concentration gradients across membrane and diffusion force. 二、动作电位的产生机制 Formation mechanism of action potential 动作电位的产生机制 Formation mechanism of action potential

6、1.电化学驱动力 Electrochemical driving force 驱动力膜电位平衡电位 EmENa7060130mV EmEk70(90)+20mV EmECl70(70)0 70mV Na+ Ca2+ K+ Cl- Na+70 mV 0 2.动作电位期间膜电导的变化 INa= GNa (EmENa) 膜电导=膜对离子的通透性 Voltage clamp Na+ K+ 3.膜电导变化的机制是离子通道的活动 Neher Sakmann 宏膜电流 macroscopial current I=iP0N The mechanism in production and propagatio

7、n of action potential + + 阳极:内向电流 超极化 兴奋性 阴极:外向电流 去极化 兴奋性 -70 mV -55 -85 threshold potential Electrotonic propagation S1S2 Spatial summation S1 S2 Temporal summation 1. 无髓神经纤维-“局部电流学说” local current theory 静息部位膜内为负电位，膜外为正电位 兴奋部位膜内为正电位，膜外为负电位 在兴奋部位和静息部位之间存在着电位差 膜外的正电荷由静息部位向兴奋部位移动 膜内的正电荷由兴奋部位向静息部位移动 形

8、成局部电流 膜内：兴奋部位相邻的静息部位的电位上升 膜外：兴奋部位相邻的静息部位的电位下降 去极化达到阈电位，触发邻近静息部位膜爆发新的AP 局 部 电 流 ： 跳跃式传导(saltatory conduction 施旺细胞 Schwanns cell 朗飞结 Node of Ranvier Ii Im ri rm The local-circuit current and propagation of AP along the cell membrane : rm/ri =rm ri Cm 组织兴奋性（Excitability of tissue） h m 备用状态激活状态失活状态 备用状态

9、 小结 Brief Summary 一、试述细胞在兴奋及恢复过程中 兴奋性变化的特点及产生的基 本原理。 二、静息电位是怎样形成的？ 三、动作电位由哪些部分组成？各 部分产生的原理是什么？ 思考题 四、简述动作电位传导的原理，并 比较有髓纤维和无髓纤维动作 电位传导的差别。 五、局部反应有何特性？ Origin of biological electricity K+ equilibrium potential, EK KCl KCl suppose： 1. Solution: KCl 2. Permeable to K+ only K+ Cl- Ek= ln RT ZF K+out K+in R: gas constant T : absolute t