细胞生物电.ppt

第三节：细胞的生物电现象,静息电位(resting potential, RP) 动作电位(action potential, AP),膜电位 (Membrane Potential),,（一）静息电位,细胞内微电极记录,The value for the resting membrane potential,一、细胞的生物电活动及其产生机制,静息电位,细胞膜在安静状态下存在于膜内外间的电位差 内负外正 神经、骨骼肌、心肌：-70～-90 mV,,,1、细胞膜内外存在离子浓度差：膜内K+高，膜外Na+高 2、细胞膜在不同情况下对各种离子通透性不同，安静时对K+ 通透性大,形成静息电位的离子基础,静息电位的产生机制,安静状态： 膜内K+浓度高、膜对K+的通透性大→K+顺浓度差外流 (阴离子不能通过细胞膜)→膜外电位↑、膜内电位↓ (内负外正)→随着K+外流增多→膜内外电位差↑→K+外流阻力↑→K+外流的阻力 (电位差)和动力（浓度差）相等→膜电位稳定于某一数值 (K+平衡电位)。,Na+ Cl- Organic anions K+,Na+ Cl- Organic Anions K+,电化学梯度是电荷和化学梯度的综合，二者决进行易化扩散的离子的流向。,安静状态时膜对K+具有通透性,If K+ channels are open,,+,K+,K+,,K+外流形成 K+平衡电位,神经纤维,,电势能,,,,,30K+,1 K+,+,+,+,+,+,+,+,+,,,,,,,,,,,,,,,,P -,浓差势能,K+的平衡电位 (equilibrium potential),R-气体常数； T-绝对温度； Z-离子价； F-法拉第常数,实际值比计算值略小，与膜对Na+有很小的通透性有关。,Nernst公式：,Currents during resting membrane potential,K+ outward current is much stronger than Na+ inward current. Lots of K+ channels are open, few Na+ channels are open at rest.,决定RP的因素,1. 跨膜K+浓度差： 2. 膜对K+的通透性,[K+]o ↑→RP↓,↑→RP↑,3. Na+泵活动,二、动作电位 (action potential, AP),细胞受到刺激时，膜电位发生的一次快速、可逆的电位翻转。,膜内外两侧电位维持内负外正的稳定状态——极化 膜内负电位减小甚至由负转正——去极化或除极化 (反极化) 如先去极化，再向静息电位水平恢复——称复极化 膜内负电位增大——超极化,常用术语,动作电位去极相和复极相的初期，电位变化迅速，曲线形如尖锋，故称锋电位。它是动作电位的主要部分，被认为是动作电位的同义语。,动作电位的形成机制,Na+的平衡电位,去极化 细胞受到有效刺激→Na+通道开放→Na+顺电-化学梯度内流→膜外电位↓、膜内电位↑(去极化) → 阈电位（再生性循环）→内负外正变成内正外负→电位差成为Na+内流阻力→对抗Na+内流→Na+内流的动力 (浓度差)与阻力 (电位差)相等→Na+的平衡电位。,当细胞受到有效刺激时，膜电位去极化达一定程度（-50～-70mV），引起膜上电压门控Na+通道大量开放，膜对Na+通透性突然增大， Na+顺电一化梯度内流随之膜进一步去极化，后者促进更多的Na+通道开放，又使膜对Na+通透性增加。如此反复促进Na+内流，形成Na+的再生性循环（正反馈）。,阈电位 (threshold potential),当刺激使静息电位减小到某个临界值时，膜上的电压门控Na+通道突然大量开放而爆发动作电位，这个临界膜电位数值称阈电位。 阈电位一般比静息电位绝对值小约10～20mV。,复极化 膜电位达到Na+平衡电位时，Na+通道关闭、K+通道开放，K+外流形成动作电位的下降支，并最终恢复到静息电位水平。 超极化 动作电位复极化达到静息电位水平后，产生超极化后电位（正后电位），是由于钠钾泵对离子的不对称转运所至（生电性钠泵）。,兴 奋 性,1、兴奋性 (excitability)： 细胞对外界刺激发生反应的能力。 细胞受刺激时产生动作电位的能力。 兴奋 (excitation)： 细胞产生了动作电位。,时间,强度,,,,,,,,,♦ 强度 ♦ 持续时间 ♦ 强度-时间变化率,2. 刺激的三要素,ms,v,3.*阈刺激（阈强度、阈值）,,,♦概念：固定后两个参数，引起组织产生 反应（动作电位）所需的最小刺激强度。 ♦意义：,,,动作电位或兴奋产生的条件,(1) 细胞必须具有兴奋性： 通道处于可激活状态。 (2) 刺激必须是有效刺激：使膜电位降低到阈电位。,阈强度(threshold intensity)：又称阈值。 能引起组织兴奋的最小刺激强度。 使膜的静息电位去极化达到阈电位的最小刺激强度。 低于或高于阈强度的刺激分别称为阈下刺激或阈上刺激。 兴奋性与阈强度成反比。 阈强度是衡量组织兴奋性的指标。,细胞在一次有效刺激后其兴奋性的变化依次为： 1．绝对不应期 细胞膜上的Na+通道处于失活状态，兴奋性降低到零。 2．相对不应期 Na+通道开始逐渐复活：但处于静息状态的Na+通道数目及其开放能力尚未恢复到正常水平，兴奋性低于正常。 3．超常期 此时Na+通道基本恢复到静息状态，但由于膜电位与阈电位的差距小，兴奋性高于正常。 4．低常期 虽然此时Na+通道已完全恢复到静息状态，但由于膜电位与阈电位的差距大，兴奋性低于正常。,细胞在兴奋后兴奋性的变化,分期 兴奋性 原因 持续时间 绝对不应期 ０ 钠通道均失活 0 - -60mV 相对不应期 ＜正常 少数钠通道复活 -60--80mV 超常期 ＞正常 多数钠通道复活 -80--90mV 低常期 ＜正常 超极化 ＞-90mV,,,,兴奋性变化分期,静息部位膜内负外正,兴奋部位膜极性反转，兴奋区与未兴奋区之间存在电位差，形成局部电流，使邻近未兴奋膜去极化达阈电位而产生动作电位。 局部电流强度超过引起邻近膜兴奋所需的阈强度数倍以上，故动作电位的传导过程是“安全可靠”的。,,局部电流 (local current),（二）局部兴奋及其特征,局部兴奋(local potential)有去极化和超极化两种类型 1、不是“全或无” 2、电紧张性扩布：不可远距离传导 3、总和现象：时间性总和、空间性总和,No summation,时间总和,空间总和,动作电位的传导,1. 无髓纤维和一般可兴奋细胞,2.有髓纤维：跳跃式传导 (saltatory conduction),