第二章细胞的电活动

1、第三节第三节细胞的电活动细胞的电活动 恩格斯在恩格斯在100 多年前就指出：多年前就指出：“地球上地球上几乎没有一种变化发生而不同时显示出电的几乎没有一种变化发生而不同时显示出电的变化变化”。 人体及生物体活细胞在安静和活动时都人体及生物体活细胞在安静和活动时都存在电活动，这种电活动称为存在电活动，这种电活动称为生物电现象生物电现象（bioelectricity）。）。 细胞生物电现象是普遍存在的，临床上细胞生物电现象是普遍存在的，临床上广泛应用的心电图、脑电图、肌电图及视网广泛应用的心电图、脑电图、肌电图及视网膜电图等就是这些不同器官和组织活动时生膜电图等就是这些不同器官和组织活动时生物电变

2、化的表现。物电变化的表现。 细胞细胞外外电位记录电位记录 细胞细胞内内电位记录电位记录数值数值:骨骼肌约骨骼肌约-90;神经约神经约-70;平滑肌约平滑肌约-55;红细胞约为红细胞约为-10mv.静息电位特征：静息电位特征：通常是平稳的直流电位（但在某些神经通常是平稳的直流电位（但在某些神经细胞和平滑肌细胞也可出现自发性的静细胞和平滑肌细胞也可出现自发性的静息电位波动）；息电位波动）；不同细胞静息电位的数值可以不同，并不同细胞静息电位的数值可以不同，并且只要细胞未受刺激、生理条件不变，且只要细胞未受刺激、生理条件不变，这种电位将持续存在。这种电位将持续存在。 称为反极化。与静息电位有关的概念与

3、静息电位有关的概念膜学说：膜学说： 1902年年bernstein认为生物电现象的各认为生物电现象的各种表现，主要是由于细胞内外离子分布不种表现，主要是由于细胞内外离子分布不均匀以及在不同状态下，细胞膜对不同离均匀以及在不同状态下，细胞膜对不同离子的通透性不同子的通透性不同离子跨膜扩散。离子跨膜扩散。1.1.离子跨膜扩散的驱动力：离子跨膜扩散的驱动力： 浓度差浓度差 方向和速度方向和速度 电位差电位差 电化学驱动力电化学驱动力 (1)静息状态下质膜静息状态下质膜内、外离子分布不均匀内、外离子分布不均匀2.2.静息电位的形成静息电位的形成 k+的通透性较高：非门控钾通道的通透性较高：非门控钾通道

4、 神经纤维、心肌细胞膜神经纤维、心肌细胞膜 na+有一定通透性有一定通透性; cl-不存在原发性主动转运不存在原发性主动转运被动分布被动分布; ca2+通透性很低通透性很低忽略忽略 有机负离子几乎不通透有机负离子几乎不通透 (2)(2)静息状态下质膜对静息状态下质膜对离子的通透性离子的通透性不同不同 静息状态下质膜对静息状态下质膜对离子的通透性离子的通透性不同不同 (3)静息电位产生的机制静息电位产生的机制:u 主要是由主要是由k+外流形成的；外流形成的；u 接近接近k+平衡电位。平衡电位。 3.钠泵的生电作用钠泵的生电作用:钠泵的生电作用对钠泵的生电作用对rp的贡献并不很大的贡献并不很大4.

5、4.影响静息电位的因素影响静息电位的因素 细胞外细胞外k+浓度的改变；浓度的改变； 膜对膜对k+和和na+的相对通透性的相对通透性; 钠钠-钾泵活动的水平。钾泵活动的水平。 三、动作电位及其产生机制三、动作电位及其产生机制(一一)细胞的动作电位细胞的动作电位(action potential，ap)。 在静息电位的基础上，可兴奋组织或在静息电位的基础上，可兴奋组织或细胞受到一个适当刺激时，其膜电位发生细胞受到一个适当刺激时，其膜电位发生的的1.动作电位的波形动作电位的波形: :u 峰电位：峰电位： 动作电位的主要动作电位的主要部分部分u 后电位：后电位： 低幅而缓慢低幅而缓慢负后电位（后去极化

6、）负后电位（后去极化）正后电位（后超极化）正后电位（后超极化）（二）动作电位的产生机制（二）动作电位的产生机制 当膜受到刺激而发生通透性改变时，当膜受到刺激而发生通透性改变时， 带电离子将沿着电化学驱动力的方向发生带电离子将沿着电化学驱动力的方向发生 跨膜运动，并引起膜电位的变化。跨膜运动，并引起膜电位的变化。 内向电流内向电流: : 正电荷由膜外流入膜内正电荷由膜外流入膜内; ; 内向电流内向电流膜去极化；膜去极化； 外向电流外向电流: : 正电荷由膜内流出膜外正电荷由膜内流出膜外; ; 外向电流外向电流膜复极化或超极化。膜复极化或超极化。 在静息电位条件下在静息电位条件下na+受到很强的内

7、向驱动力受到很强的内向驱动力 在锋电位期间在锋电位期间k+受到很强的外向驱动力受到很强的外向驱动力 1. 锋电位的上升支：锋电位的上升支：细胞受刺激时细胞受刺激时膜对膜对na+通透性突然增大通透性突然增大na+迅速内流迅速内流造成膜内负电位的迅速消失造成膜内负电位的迅速消失,由于膜由于膜外外na+的较高势能的较高势能, na+继续内移继续内移,出现超射。出现超射。 锋电位的上升支是锋电位的上升支是na+快速内流造成的快速内流造成的,接接近于近于na+的平衡电位。的平衡电位。2. 锋电位的下降支：锋电位的下降支： 由于由于na+通道激活后迅速失活通道激活后迅速失活na+电电导导,同时膜结构中电压

8、门控性同时膜结构中电压门控性k+通道开放通道开放k+电导电导；在很强的外向驱动力作用下；在很强的外向驱动力作用下k+迅速外流。迅速外流。锋电位的下降支是锋电位的下降支是k+外流所致。外流所致。 ap上升支上升支ap下降支下降支 3. 3.后电位后电位 负后电位负后电位: : 复极时迅速外流的复极时迅速外流的k+蓄积在蓄积在 膜外侧附近，暂时阻碍了膜外侧附近，暂时阻碍了k+ 外流。外流。 正后电位正后电位: : 生电性钠泵的作用。生电性钠泵的作用。（三）动作电位的传播（三）动作电位的传播 （1 1）在无髓鞘的神经纤维上：局部电流）在无髓鞘的神经纤维上：局部电流 图图2-16 2-16 无髓鞘神经

9、纤维兴奋的传播原理无髓鞘神经纤维兴奋的传播原理（2 2）有髓鞘的神经纤维上：跳跃式传导）有髓鞘的神经纤维上：跳跃式传导 （四）缝隙连接（四）缝隙连接6 6个连接蛋白单体个连接蛋白单体 ( (亲水性孔道亲水性孔道) )u 缝隙连接的特性：缝隙连接的特性：通常是开放的通常是开放的允许水溶性分子和离子通过允许水溶性分子和离子通过 膜的电阻很低膜的电阻很低ap通过流经缝隙连接的局部通过流经缝隙连接的局部电流直接传播到另一个细胞电流直接传播到另一个细胞 u缝隙连接的意义：缝隙连接的意义： 使相临的细胞对某些信号作出协同反使相临的细胞对某些信号作出协同反应应, ,出现同步化活动。出现同步化活动。 四、可兴

10、奋细胞及其兴奋性四、可兴奋细胞及其兴奋性（一）兴奋和兴奋性概念的变迁（一）兴奋和兴奋性概念的变迁 活组织或细胞对刺激发生反应活组织或细胞对刺激发生反应 的能力，称为的能力，称为兴奋性兴奋性，而由刺激，而由刺激 引起的反应，称为引起的反应，称为兴奋兴奋。 其中的其中的刺激是因刺激是因，反应是果反应是果。 在近代生理学中：在近代生理学中： 兴奋性兴奋性是指细胞受到刺激时产生动作电位是指细胞受到刺激时产生动作电位的能力。的能力。 兴奋兴奋就是指产生了动作电位，或者说产生就是指产生了动作电位，或者说产生了动作电位才是兴奋。了动作电位才是兴奋。（二）可兴奋细胞（二）可兴奋细胞 凡在接受刺激后能产生动作电

11、位的细胞，凡在接受刺激后能产生动作电位的细胞，称为可兴奋细胞。称为可兴奋细胞。 所有的可兴奋细胞都必然具有电压门控钠所有的可兴奋细胞都必然具有电压门控钠通道或电压门控钙通道，它们在受刺激后这通道或电压门控钙通道，它们在受刺激后这些离子通道被激活产生动作电位。些离子通道被激活产生动作电位。神经神经 冲动冲动肌肉肌肉 电变化（电变化（apap） 收缩收缩腺体腺体 分泌分泌（三）阈刺激（三）阈刺激u 刺激：指细胞所处环境因素的变化。刺激：指细胞所处环境因素的变化。u 阈刺激：在刺激的持续时间以及刺激强度对阈刺激：在刺激的持续时间以及刺激强度对时间的变化率不变的情况下，刚能引起细胞兴时间的变化率不变的情况下，刚能引起细胞兴奋或产生动作电位的最小刺激强度。奋或产生动作电位的最小刺激强度。 阈下刺激阈下刺激 阈上刺激阈上刺激u 阈刺激阈刺激 衡量细胞兴奋性的指标衡量细胞兴奋性的指标 （四）细胞兴奋后兴奋性的变化（四）细胞兴奋后兴奋性的变化 绝对不应期：绝对不应期： 当出现锋电位的时期内，不能再接受任何强当出现锋电位的时期内，不能再接受任何强大的刺激而出现新的锋电位。此时大的刺激而出现新的锋电位。此时n