.神经元.静息电位.动作电位
神经元的电位变化和动作电位
神经元的电位变化和动作电位神经元是神经系统的基本组成单位，其正常的功能依赖于其内部的电位变化和动作电位。
本文将详细探讨神经元的电位变化过程以及动作电位的产生机制。
一、神经元的电位变化神经元的电位变化是指细胞膜内外电位之间的差异。
正常情况下，神经元的静息电位为-70mV，即细胞外电位高于细胞内电位。
这种差异主要是由离子的分布以及离子通道的状态决定的。
1. 静息电位的维持细胞膜上存在多种离子通道，包括钠离子通道、钾离子通道等。
在静息状态下，细胞膜上的钠通道大部分关闭，而钾通道处于半开状态。
这样可以使得钠离子内流减少，从而维持细胞内外离子浓度的平衡，保持静息电位的稳定。
2. 刺激引起的电位变化当神经元受到刺激时，细胞膜上的钠通道会迅速打开，导致钠离子内流增加。
这将导致细胞膜内外电位差缩小，即膜电位上升。
这个过程被称为神经元的去极化。
3. 兴奋阈值和作用势当细胞膜内外电位差达到一定程度时，称为兴奋阈值，细胞就会产生一个动作电位，即作用势。
作用势是一种快速的电位变化，它被用于信息传递和神经信号的传导。
二、动作电位的产生机制动作电位的产生是通过离子通道的开闭和离子内外流动实现的。
主要包括极化、去极化、复极化和超极化等阶段。
1. 极化阶段在神经元的静息状态下，细胞膜内外电位差稳定，此时大部分钠通道关闭。
当受到刺激时，钠通道开始迅速打开，导致钠离子内流增加，细胞膜的去极化过程开始。
2. 去极化阶段随着钠通道的打开，钠离子持续内流，导致细胞内外电位差进一步减小。
当电位差降低到兴奋阈值时，将触发动作电位的产生。
3. 复极化阶段一旦动作电位产生，钠通道迅速关闭，而钾通道开始打开。
这导致钠离子外流和钾离子内流，使得细胞膜内外电位差恢复到静息状态。
4. 超极化阶段在复极化过程中，钾通道打开的时间稍长，会导致细胞内外电位差超过静息状态，称为超极化。
这个时候，神经元对于新的刺激的敏感性降低。
三、神经元电位变化的意义神经元的电位变化和动作电位是神经信息传递和神经信号传导的基础。
静息电位和动作电位的定义
静息电位和动作电位的定义嘿，朋友们，今天我们来聊聊一个特别有趣的主题，那就是静息电位和动作电位。
听起来可能有点复杂，但放心，我会把它说得简单易懂，让你轻松理解。
静息电位就像是我们身体里的小电池，随时准备着。
但它不是随便就能开工，得先待着，充电呢。
想象一下，静息电位就像是你在沙发上懒洋洋地窝着，随时准备好去打游戏。
它的电位差在大约70毫伏左右，这个数值可不是随便说说的，真的是让神经元保持一个休息的状态。
静息电位就好比你在家里待着的时候，房子是安静的，四周没有太多动静。
这个时候，细胞膜的内外有一种“电”的感觉。
内外不一样，电压就像你家外面的电线，给你供电。
它的“秘密武器”是钠和钾离子，钾在细胞里静悄悄地呆着，而钠则在外面看着，等着机会。
静息状态就是它们在耐心等待，等着那个“动”的时刻来临。
然后，咱们说说动作电位，嘿，这可不是闲着的状态。
当你突然决定出去跑步，心里那个小激动，能量瞬间爆发，哗啦一下就起来了。
动作电位就像是你摔了一跤，整个人都要弹起来了，瞬间的电位变化让神经细胞嗨起来，电压迅速从70毫伏冲到+30毫伏，这一变化简直就像过山车一样刺激。
动作电位的过程可以说是“快如闪电”，就像你突然接到了一条大消息，整个人都兴奋得不得了。
这时候，钠离子像小鸟一样飞进细胞，瞬间带来了兴奋的感觉，细胞膜内外的电位瞬间逆转，真的是“哇塞”！这波电位的变化让神经元的信号像潮水一样传递，整个过程简直就是一场电流派对。
动作电位就像是你兴奋地在派对上舞动，瞬间把所有人的注意力吸引过来。
大家都知道，没过多久，派对就会迎来高兴，而这就是信号传递的精髓。
等到事情发展到高兴，钾离子也不甘示弱，急忙涌出细胞，把电位又拉回到原来的水平。
整个过程就像是一场完美的舞蹈，先是热烈的开场，然后又稳稳地回到平静的状态。
就这样，静息电位和动作电位像两个好朋友，互相依存，调皮又配合，时而静谧，时而欢腾。
静息电位在舞池旁边打着节拍，而动作电位则在舞池翩翩起舞，完美地展现了生物电的奇妙。
静息电位和动作电位的概念及形成机制
静息电位和动作电位的概念及形成机制静息电位和动作电位的概念及形成机制一、静息电位的概念及形成机制1. 静息电位的概念静息电位是指神经细胞在未被刺激时的电位状态。
在静息状态下，细胞内外存在电化学梯度，使神经元内外细胞膜的电位差保持在负数水平，为-70mV左右。
2. 静息电位的形成机制静息电位的形成主要与离子的通透性和Na+/K+泵有关。
在静息状态下，细胞膜上的Na+和K+离子通道处于闭合状态，但是Na+/K+泵仍在起作用，将细胞内的Na+排出，K+输进，维持细胞内外的离子平衡，保持负电位。
3. 静息电位的重要性静息电位是神经细胞正常功能的基础，它保证了细胞对外部刺激的敏感性，使神经元能够正常传递和处理信息。
二、动作电位的概念及形成机制1. 动作电位的概念动作电位是神经元在受到刺激时产生的短暂的电位变化。
它是神经元传递信息的基本单位，具有快速传导和全或无的特点。
2. 动作电位的形成机制动作电位的形成包括兴奋、去极化和复极化三个阶段。
当神经元受到足够的刺激时，细胞膜上的Na+通道打开，Na+大量流入细胞内，使细胞内外电位逆转，形成去极化；随后Na+通道关闭，K+通道打开，K+大量流出，使细胞内外电位恢复，形成复极化。
3. 动作电位的重要性动作电位是神经元传递信息的方式，它能够在神经元内外迅速传递信息，使神经元之间能够进行有效的通讯，实现信息的处理和传递。
总结与回顾：静息电位和动作电位是神经元活动的重要基础。
静息电位维持着神经元的正常状态，使其对外部刺激保持敏感；而动作电位则实现了神经元信息的传递，是神经元活动中最基本的过程之一。
在细胞水平上，静息电位的形成主要与离子的通透性和Na+/K+泵有关，通过保持细胞内外的离子平衡来维持静息状态；而动作电位的形成则依赖于离子通道的开闭和离子内外的流动，通过电压门控离子通道的开合来实现电位的变化。
个人观点和理解：静息电位和动作电位是神经元活动的核心过程，对于理解神经元的功能和信息传递具有重要意义。
第一节神经元的静息膜电位和动作电位
无髓鞘纤维的兴奋传导
•1850年著名德国生理学家Helmholtz首次对蛙神经的传导 速度进行了测量，结果为每秒27～30m/s。 •1879年Hermann又提出了现在看来仍属正确的关于兴奋 传导的局部电流学说 (local current theory)，即认为在兴 奋部位产生的电位差又刺激相邻部位，在两者之间产生的 局部电流，使相邻部位去极化，达到阈值便在相邻部位产 生兴奋。兴奋便是以此机制快速扩布的。 •根据局部电流学说，应在兴奋点有电流从轴浆中流向相邻 的末兴奋点，在该点穿出轴突膜，再从纤维外流回兴奋点 形成局部电流回路。如果这种设想是正确的，那么增大或 降低纤维外电阻势必影响兴奋的传导速度。 •于1937年Hodgkin对此进行了实验证明。他将单根蟹神经 纤维放在油里以增加外电阻便明显地降低了兴奋传导速度。
神经元的电活动和神经元间信息的传递
生物电研究简史
刺激 (stimulus), 兴奋性 (excitability), 兴奋 (excitation) 伽伐尼（Galvani,L. 1737-1798）的实验 无金属收缩实验 二次收缩实验 • 20年代Gasser和Erlanger将阴极线示波器等近代电子 学设备引人神经生理学研究，获1944年诺贝尔奖。 • Hodgkin、Huxley 和Eccles三人分享了1963的生理学 或医学诺贝尔奖。（胞内记录） • Katz用微电极技术开展了神经肌肉接头突触的研究， 为此于1970年也获得了诺贝尔奖。
性状与功能
全或无式脉冲反应 局部电位是随刺激的增强而变大，但动作电位则 在阈下刺激时根本不出现 (无)，而当刺激一旦达阈值 以及超过阈值、便立刻产生并达到最大值(全) 。这种 反应方式称全或无反应。
不减衰传导 动作电位发生的部位 （内正外负）对仍处于静 息膜电位 (内负外正)的相邻部位形成刺激，并且其强 度明显超过阈值。因此相邻部位因受到阈上刺激而进 人兴奋状态，并且也随之产生全或无式动作电位。这 样，在神经元一处产生的动作电位便以这种局部电流 机制依次诱发相邻部位产生动作电位，又由于动作电 位是全或无式反应，所以它可不减衰地向远距离传导。
静息电位和动作电位的测定
静息电位和动作电位的测定1．静息电位和动作电位：静息电位：在神经未受到刺激时，神经纤维处于静息状态，这时，由于细胞膜内外特异的离子分布特点，细胞膜两侧的电位表现为内负外正，称为静息电位。
动作电位：当神经纤维某一部位受到刺激时，这个部位的膜两侧出现暂时性的电位变化，由内负外正变为外负内正，这就是动作电位。
2．基本原理：神经细胞内K+明显高于膜外，而膜外Na+明显高于膜内。
静息时，由于膜主要对K+有通透性，造成K+外流，使膜外阳离子多于膜内，所以外正内负。
受到刺激时，细胞膜对Na+的通透性增加，钠离子内流，使膜内阳离子浓度高于外侧，所以表现为内正外负。
之后，在膜上由于存在钠钾泵，在其作用下，将外流的钾离子运输进膜内，将内流的钠离子运出膜外，从而成膜电位又慢慢恢复到静息状态。
3．神经电位差测定的常见类型：（1）静息电位测定方式：静息电位常见的测定方式是将电流表的两个电极一个放在神经纤维的外侧，另一个放在神经纤维的内侧（如右上图），由于内外两侧存在电势差，因此电流表指针会发生偏转。
（2）动作电位测定方式：①在一个神经纤维上的测定：是指将电流表的两个电极放在同一个神经纤维的外侧（A处和B处），来测定两个电极处是否有电位差。
其放置方式如右下图。
对于一个神经纤维上电位的测定，如电流表指针发生了偏转，则说明A B两点存在电势差。
一般的做法是在该神经纤维上C点给一个足够强度的刺激，从而观察电流表发生几次偏转，方向是否一致？当刺激点C到达A、B两点距离相等时，神经冲动同时到达A、B两点，两点虽然均产生了动作电位，但是仍然不存在电势差，因此电流表不会发生偏转。
只要刺激点C与A、B点在同一神经元上，且CA与CB不相等，电流表就会发生两次方向相反的偏转。
②在两个神经纤维上的测定：是指将电流表的两个电极放在两个相邻神经元的外侧，来测定两个电极处是否有电位差。
其放置方式如右图。
在A点给一个足够强度的刺激，观察电流表发生几次偏转，方向是否一致？若这个刺激发生在上游神经元上，则电流表会发生两次方向相反的偏转；若这个刺激发生在下游神经元上，则电流表只能发生一次偏转。
静息电位和动作电位产生原理
静息电位和动作电位产生原理
神经元是神经系统的基本单位，它们通过电信号传递信息。
静息电位和动作电位是神经元电信号的两种形式，它们的产生原理是不同的。
静息电位是神经元在静止状态下的电位差，通常为-70mV。
这个电位差是由神经元细胞膜上的离子通道控制的。
细胞膜上有许多离子通道，其中最重要的是钠离子通道和钾离子通道。
在静息状态下，钠离子通道关闭，钾离子通道开放，使得细胞内外的离子浓度保持不平衡，从而形成静息电位。
这种电位差是维持神经元正常功能的基础，它使得神经元能够对外界刺激做出反应。
当神经元受到足够的刺激时，静息电位会发生变化，这种变化被称为动作电位。
动作电位是神经元在兴奋状态下的电信号，它是由钠离子通道和钾离子通道的开放和关闭所引起的。
当神经元受到足够的刺激时，钠离子通道会迅速开放，使得细胞内外的离子浓度发生短暂的反转，从而形成一个电位峰。
这个电位峰随后会迅速下降，因为钠离子通道会关闭，钾离子通道则会开放，使得细胞内外的离子浓度重新恢复平衡。
这个过程被称为复极化，它使得神经元回到静息状态。
动作电位的产生是一个快速而复杂的过程，它涉及到许多离子通道的开放和关闭。
这个过程的速度和强度可以被调节，从而使得神经
元能够对不同的刺激做出不同的反应。
动作电位的传递是神经元之间信息传递的基础，它使得神经系统能够完成复杂的信息处理和控制。
静息电位和动作电位是神经元电信号的两种形式，它们的产生原理是由离子通道的开放和关闭所控制的。
这种电信号的传递是神经系统正常功能的基础，它使得神经元能够对外界刺激做出反应，完成复杂的信息处理和控制。
人体解剖生理学名词解释动作电位
人体解剖生理学名词解释动作电位一、概念动作电位是指神经元或肌肉细胞在受到刺激后产生的电压变化。
这种电压变化在神经传导和肌肉收缩中起着重要的作用。
二、形成过程1. 构成神经元膜的脂质双分子层具有半透性，其上的离子通道可以开启或关闭。
当细胞受到刺激时，通道打开，允许离子自由通过。
2. 在受到刺激后，细胞内外的离子浓度会发生变化，导致细胞内外的电位差发生改变。
3. 当细胞内的电位超过阈值时，触发膜电位的快速上升和下降，形成动作电位。
三、特征1. 动作电位是一种全或无的反应，即一旦触发就会全面传播，而不会因刺激的强度而改变动作电位的幅度。
2. 动作电位是快速的，通常持续时间很短，大约只有1-2毫秒。
3. 动作电位是可逆的，一旦传播完成，膜电位会恢复到静息电位水平。
四、传导1. 神经元内部动作电位沿轴突传播，通过神经末梢释放化学物质来传递信号。
2. 肌细胞内部动作电位则会引起肌肉的收缩。
五、应用1. 作为神经传导的重要基础，动作电位在神经系统功能活动中起到关键作用，如感觉传导、运动控制等。
2. 动作电位也被广泛应用于医学研究和临床诊断中，能够帮助医生了解神经肌肉失调的原因和机制，并且提供相应的治疗策略。
六、结语动作电位是神经细胞和肌肉细胞中非常重要的生理现象，对于维持正常的神经肌肉功能和实现协调的运动控制具有至关重要的作用。
深入了解动作电位的形成、传导和应用，有助于我们更好地理解人体的生理机制，为相关疾病的诊断和治疗提供理论支持。
动作电位是神经系统和肌肉系统中的重要生理现象，对于维持身体正常功能和实现协调的运动控制起着不可或缺的作用。
在我们深入了解动作电位的形成、传导和应用的基础上，接下来我们将继续探讨动作电位在神经传导和肌肉收缩中的具体机制以及其在医学领域的应用。
一、神经传导中的动作电位动作电位在神经元中是如何传导的呢？神经元的细胞体和树突接收到来自其他神经元的信息，通过细胞体和树突将这些信息传递给轴突。
动作电位、静息电位等的产生机制及特征
动作电位、静息电位等的产生机制及特征:静息电位产生的原理是这样的：神经元在静息情况下，细胞膜对K +具有较高的通透性，而对Na +等的通透性很低，并且胞内K +的浓度要远远高于胞外，因此在浓度差的驱动下，K +从胞内流向胞外，而由于K +带有1个正电荷的电量，因此随着K +的流动，膜两侧会形成一个逐渐增大的电位差，这个电位差则会阻止K +进一步进行跨膜扩散。
当促进K +向外流动的浓度差与阻止K +向外流动的电位差相等时，离子的净移动就会停止，这是跨膜的电位差称为K +离子的平衡电位（equilibrium potential ），可以根据能斯特（Nernst ）方程计算出K +的平衡电位，[K]ln [K]o K iRT E ZF 以上的能斯特方程中，E K 为K +的平衡电位，R 为气体常数，T 为绝对温度，Z 为离子价数，F 为法拉第常数，[K]o 和 [K]i 分别为钾离子在胞外和胞内的浓度，我们将上述参数的值代入后可以计算出K +的平衡电位为-75mV ，而同样的也可以计算出Na +的平衡电位为+55mV 。
根据这一能斯特理论，1902年这一静息电位产生机制的“膜假说”被提出了，尽管多数人们接受这一理论，但一直未能得到证实。
直到1939年，生物学家Hodgkin 和Huxley 从枪乌贼的巨大神经轴突中第一次精确记录到了静息电位，结果为-60 mV ，与计算推测的K +的平衡电位接近，证实了“膜假说”的可靠性。
但实际的静息电位E m 并不完全等于E K ，而是介于E K 和E Na 之间。
这说明静息电位的形成主要是K +跨膜流动形成的，但Na +的流动也参与其中。
我们在理解了静息电位产生的机制之后，进一步来探讨动作电位的机制。
我们知道电位的变化，归根到底就是膜两侧的离子快速跨膜流动的结果。
经过近20年的时间，随着实验技术特别是电压钳、膜片钳(patch clamp technique)等技术的发展，生物学家通过不断的实验研究，才逐渐明确了动作电位的产生机制。
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一、作为一个细胞，神经元的信息 处理能力从何而来？（《探索脑》第2章）
基本思路：结构——功能相关性
1.外部形态上，神经元 与其它细胞有何不同？
胞体：直径20微米，含有细 胞核及其它细胞器。（人眼 分辨率极限：100微米。）
轴突：一般只有1个，长度可 达1米，传递神经元的输出信 号。轴突可有分支，成直角。
——Hippocrates（希波克拉底，古希腊医师，西方 医学之父），On the Sacred Disease，论神圣的疾病， 公元前4世纪 （《神经科学——探索脑》第二版P3）
神经系统的两类细胞
神经元 约1000亿 负责处理信息
神经胶质细胞 数量10倍于神经元 隔离、支持以及营养周围神经元&处理信息
《探索脑》P55
另外一种重要的跨膜蛋白：离子泵
离子泵（ion pump）：形成浓度梯度。
树突：长度小于2毫米，接受 输入信号。
《探索脑》P25
和其它细胞 比较一下外 形：
神经突起是 神经元细胞 的独有结构.
2.神经元内部的那些奇形怪状的细胞器， 都是干神马用的？
《探索脑》P28
细胞核：封装遗传信息，最终决
定了神经元蛋白质的结构和功能
细胞核内有46条染色体；
每条染色体含有2纳米宽的连续双螺旋DNA （脱氧核糖核酸），总长>2米。
（《探索脑》第3章）
1.满是漏洞的轴突，在传播电信号 时，与铜导线相比有什么优势？
铜导线
轴突
良导体，电子导电 带电原子（离子）导电
绝缘性好（绝缘层 浸浴在可导电的含盐细胞外液中，
或空气）
就像水流过满是漏洞的水管
被动传导，信号随 动作电位：固定大小和持续时间的
距离衰减
信号。
信息编码方式：单个神经元上动作 电位的频率 &触发动作电位的神经 元分布与数量。
像图灵机吗？有点儿。
图片来源：jake
《探索脑》P30
不同场所合成的蛋白质， 有不同的归宿
游离核糖体上合成的蛋白质： 释放入胞液。
粗面内质网上合成的蛋白质： 嵌入细胞膜 or 细胞器膜。
——正是这些膜上蛋白（哪些？稍后详解） ， 给予了神经元奇妙的信息处理能力。
高尔基体：
蛋白质“翻译后”进行大 量化学修饰（？）的场所
把运转到神经元不同部位 （如轴突和树突）的蛋白 质，进行分类整理。
（粗面内质网的下一个工 种）
《探索脑》P31
线粒体：神经元里的发电厂。 合成ATP，提供能量。
“吸入”丙酮酸 + 氧气，合成ATP（三磷酸腺苷）
1微米的香肠 《探索脑》P31
ATP是细胞内的能量流通物质
储藏在ATP中的化学能（？），供给神经元大多 数生化反应。
例：神经元膜上的特定蛋白（离子泵），利用 ATP释放的能量 将某些物质跨细胞膜从低浓度 “泵”到高浓度 维持神经元内外的浓度差 使得静息电位和动作电位成为可能。
例：给驱动蛋白&动力蛋白供能（在轴突里）。
3.轴突不含核糖体，蛋白质从哪来？ ——胞体
轴突：输出神经信号
轴浆运输：蛋白质合成于胞体，沿轴突运输。 顺向运输：蛋白质（？）存储于囊泡，胞体末梢，
理解动作电位，先要理解静息电位
静息电位：神经元不冲动时，称为静息态。 神经元膜内表面，分布负电荷，这种跨膜 电荷分布的差异，称为静息膜电位。
动作电位：静息电位的短暂翻转（可短至1 毫秒），与膜外相比，膜内变为正电荷。
2.对于静息电位，神经元膜上两种 重要跨膜蛋白质，为何缺一不可？
离子通道（ion channel）（双向？）
➢ 选择性地通透离子，高浓度 低浓度；
钠通道：几乎只通透 Na
钾通道：只通透 K
钙通道：只通透 Ca
➢ 正离子通过神经元膜，负离子不通过，则膜内 外必然产生正负电荷的净差，即膜内外的电位 差。
➢ 门控（gating）特性，通道可根据膜局部微环境 的改变，进行开放和关闭。
嵌入神经元膜的离子通道
【探索脑读书会】 第1次讨论问题列表
神经系统结构和功能的基本单位 ——神经元、静息电位、动作电位。
z163
人类应当知道，因为有了脑，我们才有了乐趣、欣 喜、欢笑和运动，才有了悲痛、哀伤、绝望和无尽的忧 思。因为有了脑，我们才以一种独特的方式拥有了智慧、 获得了知识；我们才看得见、听得到；我们才懂得了美 与丑、善与恶；我们才感受到甜美与无味……同样，因 为有了脑，我们才会发狂和神智昏迷，才会被畏惧和恐 怖所侵扰……我们之所以会经受这些折磨，是因为脑有 了病恙……由于这样一些原因，我认为，脑在一个人的 机体中行使了至高无上的权力。
DNA字符串上的段落就是基因，长0.1至几 微米。
DNA在细胞核，but蛋白质合成在细 胞质，信息如何传达？
还好，有mRNA（信使核糖核酸）作为信使
分子生物学的中心法则：
转录
翻译
DNA
mRNA
蛋白质
转录：组装一段含有基因信息的mRNA。
《探索脑》P29
粗面内质网：合成蛋白质的工厂
翻译：
附在粗面内质网上的核糖体， 以氨基酸为原料， 根据mRNA提供的蓝图（遗传信息）， 合成蛋白质。
粗面内质网 & 核糖体
（25纳米） 《探索脑》P29
绿色小花：核糖体； 红丝带：mRNA 黄丝带：合成的蛋白质；
《探索脑》P30
合在 成粗 蛋面 白内 质质 。网
和 游 离 核 糖 体 上 ，
由“驱动蛋白”运输。 逆向运输：末梢胞体，由“动力蛋白”运输，给
胞体提供轴突末梢需求变化的信息。 这个过程需要线粒体合成的ATP提供能量
驱动蛋白担 任“腿脚” 的顺向运输。
沿着轴突， 胞体末梢
如果你是脑 科学研究人员， 你能借助这个 系统追踪脑内 的神经连接吗？
《探索脑》P38
神经末梢注射HRP (辣根过氧化物酶)
经逆向运输至胞体 化学反应使脑切片
上的HRP显影 揭示脑内连接。
注射+显影： 追踪神经连接
狂犬病毒也会搭便车：
由皮肤上轴突末梢
经逆向运输进入神经
系统 疯狂复制，
杀死宿主神经元
感染者死亡。
《探索脑》P39
二、静息态下，神经元膜内的负电位 如何产生和维持？（静息电位原理）