《生理学》细胞的基本功能——3细胞的电活动精品.ppt

一）静息电位（一）静息电位细胞内微电极记录细胞内微电极记录The value for the resting membrane potential一、细胞的生物电活动及其产生机制一、细胞的生物电活动及其产生机制静息电位静息电位+  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +-   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -+  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +-   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -u 细胞膜在安静状态下存在于膜内外间的电位差细胞膜在安静状态下存在于膜内外间的电位差u 内负外正内负外正u 神经、骨骼肌、心肌：神经、骨骼肌、心肌：-7-70 0～～-90 mV-90 mV 成分成分细胞内液细胞内液(mEq/L)细胞外液细胞外液(mEq/L)阳离子阳离子Na+10147K+1404Ca2+52Mg2+272阴离子阴离子Cl-25114HPO42--802HCO3-1030 1 1、细胞膜内外存在离子浓度差：膜内、细胞膜内外存在离子浓度差：膜内K K+ +高，膜外高，膜外NaNa+ +高高 2 2、细胞膜在不同情况下对各种离子通透性不同，、细胞膜在不同情况下对各种离子通透性不同，安静时对安静时对K+ K+ 通透性大通透性大形成静息电位的离子基础形成静息电位的离子基础 静息电位的产生机制静息电位的产生机制 安静状态：安静状态： 膜膜内内K K+ +浓浓度度高高、、膜膜对对K K+ +的的通通透透性性大大→→K K+ +顺顺浓浓度度差差外外流流 ( (阴阴离离子子不不能能通通过过细细胞胞膜膜) )→→膜膜外外电电位位↑↑、、膜膜内内电电位位↓ ↓ ( (内内负负外外正正) )→→随随着着K K+ +外外流流增增多多→→膜膜内内外外电电位位差差↑↑→→K K+ +外外流流阻阻力力↑↑→→K K+ +外外流流的的阻阻力力 ( (电电位位差差) )和和动动力力（（浓浓度度差差））相相等等→→膜膜电电位稳定于某一数值位稳定于某一数值 ( (K+K+平衡电位平衡电位) )。

Na+Cl-Organic anionsK+Na+Cl-OrganicAnionsK+ 电电化化学学梯梯度度是是电电荷荷和和化化学学梯梯度度的的综综合合，，二二者者决决进行易化扩散的离子的流向进行易化扩散的离子的流向安静状态时膜对安静状态时膜对K+K+具有通透性具有通透性If K+ channels are open+ +K+K+K K+ +外流形成外流形成 K K+ +平衡电位平衡电位神经纤维神经纤维电势能电势能30K+1 K+ + + + + + + + ++ ++ ++ + + +P -浓差势能浓差势能K K+ +的平衡电位的平衡电位 (equilibrium potential)R-R-气体常数；气体常数； T-T-绝对温度；绝对温度； Z-Z-离子价；离子价； F-F-法拉第常数法拉第常数Ek=59.5log[K+]o[K+]i(mV)实际值比计算值略小，与膜对实际值比计算值略小，与膜对Na+Na+有很小的通透性有关有很小的通透性有关NernstNernst公式：公式：Currents during resting membrane potentialK+ outward current is much stronger than Na+ inward current. Lots of K+ channels are open, few Na+ channels are open at rest.决定决定RP的因素的因素1. 1. 跨膜跨膜K K+ +浓度差：浓度差：2. 2. 膜对膜对K K+ +的通透性的通透性[K[K+ +] ]o o ↑→RP↓↑→RP↓↑→↑→RP↑RP↑3. Na3. Na+ +泵活动泵活动二、动作电位二、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。

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膜内外两侧电位维持内负外正的膜内外两侧电位维持内负外正的膜内外两侧电位维持内负外正的稳定稳定稳定稳定状态状态状态状态————————极化极化 膜内负电位减小甚至由负转正膜内负电位减小甚至由负转正膜内负电位减小甚至由负转正膜内负电位减小甚至由负转正————————去极化去极化或或或或除极化除极化 ( (反极化反极化) )如先去极化，再向静息电位水平恢复如先去极化，再向静息电位水平恢复如先去极化，再向静息电位水平恢复如先去极化，再向静息电位水平恢复————————称称称称复极化复极化膜内负电位增大膜内负电位增大膜内负电位增大膜内负电位增大————超极化超极化常用术语常用术语 动动动动作作作作电电电电位位位位去去去去极极极极相相相相和和和和复复复复极极极极相相相相的的的的初初初初期期期期，，，，电电电电位位位位变变变变化化化化迅迅迅迅速速速速，，，，曲曲曲曲线线线线形形形形如如如如尖尖尖尖锋锋锋锋，，，，故故故故称称称称锋锋电电位位它它它它是是是是动动动动作作作作电电电电位位位位的的的的主主主主要要要要部部部部分分分分，，，，被被被被认认认认为为为为是是是是动动动动作电位的同义语。

作电位的同义语作电位的同义语作电位的同义语动作电位的形成机制动作电位的形成机制NaNa+ +的平衡电位的平衡电位去极化去极化 细细胞胞受受到到有有效效刺刺激激→→NaNa+ +通通道道开开放放→→NaNa+ +顺顺电电- -化化学学梯梯度度内内流流→→膜膜外外电电位位↓↓、、膜膜内内电电位位↑(↑(去去极极化化) ) → → 阈阈阈阈电电电电位位位位（（（（再再再再生生生生性性性性循循循循环环环环））））→→内内负负外外正正变变成成内内正正外外负负→→电电位位差差成成为为NaNa+ +内内流流阻阻力力→→对对抗抗NaNa+ +内内流流→→NaNa+ +内内流流的的动动力力 ( (浓浓度度差差) )与与阻阻力力 ( (电电位位差差) )相相等等→→Na+Na+的的平平衡衡电位 当当当当细细细细胞胞胞胞受受受受到到到到有有有有效效效效刺刺刺刺激激激激时时时时，，，，膜膜膜膜电电电电位位位位去去去去极极极极化化化化达达达达一一一一定定定定程程程程度度度度（（（（-50-50-50-50～～～～-70-70-70-70mVmVmVmV）））），，，，引引引引起起起起膜膜膜膜上上上上电电电电压压压压门门门门控控控控NaNaNaNa+ + + +通通通通道道道道大大大大量量量量开开开开放放放放，，，，膜膜膜膜对对对对NaNaNaNa+ + + +通通通通透透透透性性性性突突突突然然然然增增增增大大大大，，，， NaNaNaNa+ + + +顺顺顺顺电电电电一一一一化化化化梯梯梯梯度度度度内内内内流流流流随随随随之之之之膜膜膜膜进进进进一一一一步步步步去去去去极极极极化化化化，，，，后后后后者者者者促促促促进进进进更更更更多多多多的的的的NaNaNaNa+ + + +通通通通道道道道开开开开放放放放，，，，又又又又使使使使膜膜膜膜对对对对NaNaNaNa+ + + +通通通通透透透透性性性性增增增增加加加加。

如如如如此此此此反反反反复复复复促促促促进进进进NaNaNaNa+ + + +内内内内流流流流，，，，形形形形成成成成NaNaNaNa+ + + +的的的的再再再再生生生生性性性性循循循循环环环环（正反馈）（正反馈）（正反馈）（正反馈）阈电位阈电位 (threshold potential) 当当刺刺激激使使静静息息电电位位减减小小到到某某个个临临界界值值时时，，膜膜上上的的电电压压门门控控Na+Na+通通道道突突然然大大量量开开放放而而爆爆发发动动作作电电位位，，这这个个临临界界膜膜电电位位数数值值称称阈阈电电位位 阈阈电电位位一一般般比比静静息息电电位位绝绝对对值小约值小约1010～～2020mVmV 复极化复极化 膜膜电电位位达达到到NaNa+ +平平衡衡电电位位时时，，NaNa+ +通通道道关关闭闭、、K K+ +通通道道开开放放，，K K+ +外外流流形形成成动动作作电电位位的的下下降降支支，，并并最最终终恢恢复复到到静静息息电电位水平超极化超极化 动动作作电电位位复复极极化化达达到到静静息息电电位位水水平平后后，，产产生生超超极极化化后后电电位位（（正正后后电电位位）），，是是由由于于钠钠钾钾泵泵对对离离子子的的不不对对称称转转运运所至（生电性钠泵）所至（生电性钠泵）。

兴兴 奋奋 性性1 1、兴奋性、兴奋性 (excitability)(excitability)：： 细胞对外界刺激发生反应的能力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细胞受刺激时产生动作电位的能力 兴奋兴奋 (excitation)(excitation)：： 细胞产生了动作电位细胞产生了动作电位时间时间强强度度♦ 强度强度♦ 持续时间持续时间♦ 强度强度- -时间变化率时间变化率2. 2. 刺激的三要素刺激的三要素msmsv v3.*3.*阈刺激（阈强度、阈值）阈刺激（阈强度、阈值）兴奋性兴奋性 ∝ ∝阈值阈值1♦概念概念：：固定后两个参数，固定后两个参数，引起组织产生引起组织产生 反应（反应（动作电位动作电位）所需的最小刺激强度所需的最小刺激强度♦意义：意义：Ø 动作电位或兴奋产生的条件动作电位或兴奋产生的条件(1) (1) 细胞必须具有兴奋性：细胞必须具有兴奋性： 通道处于可激活状态通道处于可激活状态2) (2) 刺激必须是有效刺激：使膜电位降低到阈电位。

刺激必须是有效刺激：使膜电位降低到阈电位Ø 阈强度阈强度(threshold intensity)：：又称阈值u 能引起组织兴奋的最小刺激强度能引起组织兴奋的最小刺激强度u 使膜的静息电位去极化达到阈电位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u 低于或高于阈强度的刺激分别称为阈下刺激或阈上刺激低于或高于阈强度的刺激分别称为阈下刺激或阈上刺激u 兴奋性与阈强度成反比兴奋性与阈强度成反比u 阈强度是衡量组织兴奋性的指标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：细胞在一次有效刺激后其兴奋性的变化依次为： 1 1．．绝绝对对不不应应期期 细细胞胞膜膜上上的的Na+Na+通通道道处处于于失失活活状状态态，，兴兴奋性降低到零奋性降低到零 2 2．．相相对对不不应应期期 Na+Na+通通道道开开始始逐逐渐渐复复活活：：但但处处于于静静息息状状态态的的Na+Na+通通道道数数目目及及其其开开放放能能力力尚尚未未恢恢复复到到正正常常水水平平，，兴兴奋奋性低于正常性低于正常 3 3．．超超常常期期 此此时时Na+Na+通通道道基基本本恢恢复复到到静静息息状状态态，，但但由由于于膜电位与阈电位的差距小，兴奋性高于正常。

膜电位与阈电位的差距小，兴奋性高于正常 4 4．．低低常常期期 虽虽然然此此时时Na+Na+通通道道已已完完全全恢恢复复到到静静息息状状态态，，但由于膜电位与阈电位的差距大，兴奋性低于正常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细胞在兴奋后兴奋性的变化分期分期 兴奋性兴奋性 原因原因 持续时间持续时间绝对不应期绝对不应期 ００ 钠通道均失活钠通道均失活 0 - -60mV0 - -60mV相对不应期相对不应期 ＜正常＜正常 少数钠通道复活少数钠通道复活 -60--80-60--80mVmV超常期超常期 ＞正常＞正常 多数钠通道复活多数钠通道复活 -80--90-80--90mVmV 低常期低常期 ＜正常＜正常 超极化超极化 ＞＞-90-90mVmV兴奋性变化分期兴奋性变化分期 静静静静息息息息部部部部位位位位膜膜膜膜内内内内负负负负外外外外正正正正, , , ,兴兴兴兴奋奋奋奋部部部部位位位位膜膜膜膜极极极极性性性性反反反反转转转转，，，，兴兴兴兴奋奋奋奋区区区区与与与与未未未未兴兴兴兴奋奋奋奋区区区区之之之之间间间间存存存存在在在在电电电电位位位位差差差差，，，，形形形形成成成成局局部部电电流流，，，，使使使使邻邻邻邻近近近近未未未未兴兴兴兴奋奋奋奋膜去极化达阈电位而产生动作电位。

膜去极化达阈电位而产生动作电位膜去极化达阈电位而产生动作电位膜去极化达阈电位而产生动作电位 局局局局部部部部电电电电流流流流强强强强度度度度超超超超过过过过引引引引起起起起邻邻邻邻近近近近膜膜膜膜兴兴兴兴奋奋奋奋所所所所需需需需的的的的阈阈阈阈强强强强度度度度数数数数倍倍倍倍以上，故动作电位的传导过程是以上，故动作电位的传导过程是以上，故动作电位的传导过程是以上，故动作电位的传导过程是“ “安全可靠安全可靠安全可靠安全可靠” ”的 局部电流局部电流 (local current)（二）局部兴奋及其特征（二）局部兴奋及其特征 局部兴奋局部兴奋( (local potential)local potential)有去极化和超极化两种类型有去极化和超极化两种类型 1 1、不是、不是““全或无全或无”” 2 2、电紧张性扩布：不可远距离传导、电紧张性扩布：不可远距离传导 3 3、总和现象：时间性总和、空间性总和、总和现象：时间性总和、空间性总和No summation时间总和时间总和空间总和空间总和动作电位的传导动作电位的传导1. 1. 无髓纤维和一般可兴奋细胞无髓纤维和一般可兴奋细胞 2.2.有髓纤维：跳跃式传导有髓纤维：跳跃式传导 (saltatory conduction) 局局部部电电流流发发生生在在相相邻的郎飞氏结之间。

邻的郎飞氏结之间 传导速度快传导速度快。