细胞的生物电活动
二、细胞的兴奋和兴奋性
excitation: excitable cell: 1 2 3 excitability) stimulus)
4、阈强度（threshold intensity，阈值)：刺激 的持续时间恒定和足够，引起组织或细胞产生 兴奋的最小刺激强度。 组织兴奋性高阈值低。 5、阈刺激（threshold stimulus) :相当于阈强度 的刺激
c.超常期（supranormal period)：阈强度低于 正常，兴奋性超过正常。相应于负后电位的后 半时期， Na+通道尚未完全恢复，但膜电位离 阈电位近。 d.低常期（subnormal period) ：阈强度高于正 常，兴奋性比正常稍低。相当于正后电位，Na +通道已完全恢复，但膜电位离阈电位远。
（四）动作电位的传导
1、AP在同一细胞上的传导 (1)、兴奋传导机制——局部电流学说 局部电流：可兴奋细胞产生动作电位（兴奋）的部 位和与相邻近的未兴奋部位之间，由于电位差的 存在而产生的电荷移动。
1）单一无髓神经纤维 已兴奋部位与邻近未兴奋部位间局部电流，细 胞内正电荷从兴奋部位流向未兴奋部位，再跨膜，从 未兴奋部位流向兴奋部位。局部电流刺激了邻近未兴 奋部位→去极化到阈电位，钠通道大量开放→新的AP。 AP传播：沿着细胞膜不断产生新的AP。
第三节 细胞的生物电活动
一、细胞的生物电现象及产生机制 （一）静息电位（resting potential,RP) 1、静息电位现象 a.定义：细胞未受刺激时存在于细胞膜内外两侧电位差， 膜内电位低于膜外电位。 b.微电极进行细胞内记录 c. 膜内电位比膜外低，即 膜内负电，膜外正电 称为极化 哺乳动物神经细胞-70mv, 骨骼肌细胞-90mv
u
阀电位：能使细胞膜对Na 通透性（电导）突 然增大的临界膜电位。 G GNa GK
+
（2） Na 平衡电位 膜内电位增大到足以阻止由浓度差推动 + + 的Na 内流时， 经过膜的Na 净通量为0—— + Na 平衡电位（动作电位超射值） （3） Na 通道失活，随后K 通道被延迟激活， + + 膜K 电导增强， K 外流——复极相 （4）动作电位后，膜电位恢复静息水平，但是 + + 胞内Na 胞外K 均有微量增加，通过离子泵活 动，直至离子分布平衡。
K+顺浓度差由细胞内移向细胞外，导致 膜内变负而膜外变正。外正内负的状态一方面可 随K+外移而增加，但另一方面将阻碍K+外移。
2、动作电位产生机制 （1）AP去极相的形成 去极化到阀电位（比RP小10~20mv)， + + 通道大量激活， 膜的 Na Na 电导大大提高，大量 + Na 内流 ，使膜内电位由负变为正→动作电位的去 极相。
2
AP （1）缝隙连接gap junction的传导 传导速度快 ， 便于细胞同步活动
6 亲水性孔道
（2）通过神经突触或神经-肌接头的传导
1）AP引起突触或接头前膜释放神经递质 2）递质扩散至突触或接头后膜 3）递质与后膜受体作用，化学门控离子通道开 放，离子跨膜转运，突触或接头后膜的膜电位 改变。
u 失活
u 恢复
４、动作电位的特征
（三）局部电位
1、定义：受刺激的局部细胞膜Na+通道少量开放，少量Na +内流→局部去极化，RP减小，但未到阈电位水平。 注意：局部兴奋不产生ＡＰ 2、局部兴奋的特点： （1）不具备全或无性质，随刺激强度增大而增大 （2）衰减传播：反应幅度随传播距离的增加而减小。 （3）总和 u temporal summation：同一部位给予连续刺激，则先 后产生的局部反应可以叠加或总和。 u 空间性总和 ：相邻部位同时刺激所引起的局部反应，在 电紧张传播范围内，可以叠加或总和。\\\\\
+ +
+
3、膜电导的分子基础---钠钾通道结构和功能特点 （1）离子通道的状态
u 静息 u 激活
(resting)态：备用状态
(activation)：通道开放，允许某种离子选 择性通透 (inactivation)：通道关闭，不允许离子通 过，且此时不能再开放 (recovery)或复活 (reactivation)：通道处 于关闭状态，受到适当刺激可ory conduction) 局部电流在郎飞结与郎飞结之间进行， AP仅在郎飞 结处产生。传导速度(可达100m/s以上）比无髓神经纤 维快。
(2)影响传导的因素
1）细胞直径的大小 直径越大，电阻越小，局部电流传导越快。 2）AP去极化的幅度 幅度大，局部电流越强 3）有髓神经纤维比无髓神经纤维传导快
（三）、细胞一次兴奋后兴奋性的周期性变化
a.绝对不应期(absolute refractory period):阈强度无限大, 相应于AP的锋电位时期，Na+通道已全部失活。 意义：连续快速的刺激不会出现两次AP在同一部位重叠 b. relative refractory period：给予阈上刺激，相应于负后 电位的前半时期，部分Na+通道恢复到静息态。
2、静息电位产生的机制 （1）跨膜电位：细胞膜的内外两侧形成的电位差 实质是扩散电位（带电离子的跨膜扩散所 致） （2）主要离子浓度 单位（mmol/L）
A- 155 细胞内:Na+ 12, K+155 ，Cl- 3. 8 细胞外: Na+ 140 , K+4, Cl- 120
（3）静息状态下，细胞膜对 K+有通透性
人体生理功能与健康：细胞的生物电活动习题与答案
一、单选题
1、对神经纤维而言，动作电位锋电位的大小接近于（）。
A.Ca2+ 平衡电位
B. Cl-平衡电位
C.K+ 平衡电位
D. Na+ 平衡电位
正确答案：D
2、与动作电位形成有关的Na+通道是（）。
A.电压门控通道
B.细胞间通道
C.机械门控通道
D.化学门控通道
正确答案：A
3、在一段神经纤维引发一次动作电位，必须先使膜电位去极到（）水平。
A.阈刺激
B.阈强度
C.阈值
D.阈电位
正确答案：D
4、人工增加离体神经纤维浸浴液中的K+ 浓度，静息电位的绝对值将（）。
A.增大
B.减小
C.不变
D.先减小后增大
正确答案：B
5、人工增加离体神经纤维浸浴液中的Na+ 浓度，动作电位的超射值将（）。
A.不变
B.先增大后减小
C.增大
D.减小
正确答案：C
6、增加细胞膜对Na+ 通透性，静息电位将（）。
A.减小
B.先增大后减小
C.不变
D.增大
正确答案：A
7、静息电位的大小接近于（）。
A.K+ 平衡电位
B. Cl-平衡电位
C. Na+ 平衡电位
D.Ca2+ 平衡电位
正确答案：A
8、理论上讲，可兴奋细胞接受刺激产生动作电位的最高频率取决于（）的长短。
A.绝对不应期
B.相对不应期
C.超常期
D.低常期
正确答案：A。
细胞的生物电现象
细胞的生物电现象
细胞是生命的基本单位，它们在生命活动中扮演着至关重要的角色。
细胞内部存在着许多生物电现象，这些现象对于细胞的正常运作和生命活动具有重要的影响。
细胞膜是细胞内部与外部环境之间的重要隔离层，它具有选择性通透性，可以控制物质的进出。
细胞膜内外存在着电位差，这是由于细胞膜内外的离子浓度不同所导致的。
细胞膜内部主要是负离子，如蛋白质、磷酸根离子等，而细胞膜外部则主要是正离子，如钠离子、钾离子等。
这种离子浓度差导致了细胞膜内外的电位差，也就是所谓的膜电位。
细胞膜的膜电位是细胞内部的重要信号传递方式。
当细胞受到外界刺激时，如化学物质、光线、温度等，会引起细胞膜内外离子浓度的变化，从而改变膜电位。
这种膜电位的变化可以传递到细胞内部，引起细胞内部的生物电反应，如离子通道的开闭、细胞内钙离子浓度的变化等。
细胞内部的生物电反应对于细胞的正常运作和生命活动具有重要的影响。
例如，神经细胞的兴奋性和抑制性就是由于细胞膜内外离子浓度差所导致的膜电位变化。
当神经细胞受到外界刺激时，会引起膜电位的变化，从而引起神经冲动的产生和传递。
此外，细胞内部的生物电反应还可以影响细胞的代谢、分化、增殖等生命活动。
细胞的生物电现象是细胞内部的重要信号传递方式，对于细胞的正常运作和生命活动具有重要的影响。
未来的研究将进一步揭示细胞内部的生物电反应机制，为人类健康和疾病治疗提供更多的思路和方法。
3细胞的生物电活动
细胞的生物电现象一、电生理学实验常用仪器（一）刺激系统1.电子刺激器：刺激与反应是观察机体组织兴奋性的重要指标。
1）单刺激2）双刺激3）连续刺激2.刺激隔离器：其用途是消除地环干扰，避免伪迹和误差。
由于刺激输出的一端为地，因此，在记录生物电时接通到组织去的电刺激必须和地面进行隔离。
如不进行隔离，将使交流电波或刺激伪迹带入记录系统，导致生物电波形被完全掩盖。
3.刺激电极：刺激电极是刺激系统不可缺少的重要组成部分，较为常用的有普通电极、保护电极和乏极化电极。
1）普通电极：常用于刺激离体组织的急性实验，不适于慢性实验。
因为在电流作用下，离子进入组织可产生毒性作用。
2）保护电极：当实验需要刺激深部组织时，采用保护电极，可避免刺激周围无关组织，保证刺激的准确性。
3）乏极化电极：当采用直流电刺激组织时，金属电极与组织之间发生电解过程，产生与刺激电流相反的电动势，这种反电动势即形成了极化电流，对抗了原来的刺激电流，使刺激电流的强度衰减，刺激的时间越长，失真现象越严重。
采用乏极化电极，则可避免极化现象。
常用的乏极化电极有银-氯化银（Ag-AgCl），甘汞电极（汞-氯化汞电极）等。
(二）信号探测转换系统信号探测转换系统由信号引导电极和传感器（换能器）组成。
其功能是拾取生物信号，并进而把非电生物信号转换为生物电信号。
1. 测量和信号引导电极（1）普通电极：其电极尖端一般是毫米级的，作为记录用的普通电极，又称为记录电极或引导电极。
(2) 微电极：电极尖端是微米级的，根据制作材料不同，可分为金属微电极、碳丝微电极和玻璃微电极。
玻璃微电极：分为单管和多管。
单管：一般尖端外径<4μm ，如用于细胞内记录尖端外径<1μm。
单管微电极的粗端插入银-氯化银电极作为导电连接，由于电极内径小，电极阻抗高，一般选用3mol/L的KCL溶液充灌玻璃微电极以减少电极阻抗。
多管微电极：可以引导细胞的生物电活动，同时可以通过微电泳法向被观察的细胞的临近小范围内导入离子化合物，药物、及对照等。
细胞的生物电活动
二、细胞的兴奋和兴奋性
excitation: excitable cell: 1 2 3 excitability) stimulus)
4、阈强度（threshold intensity，阈值)：刺激 的持续时间恒定和足够，引起组织或细胞产生 兴奋的最小刺激强度。 组织兴奋性高阈值低。 5、阈刺激（threshold stimulus) :相当于阈强度 的刺激
（三）、细胞一次兴奋后兴奋性的周期性变化
a.绝对不应期(absolute refractory period):阈强度无限大, 相应于AP的锋电位时期，Na+通道已全部失活。 意义：连续快速的刺激不会出现两次AP在同一部位重叠 b. relative refractory period：给予阈上刺激，相应于负后 电位的前半时期，部分Na+通道恢复到静息态。
2、静息电位产生的机制 （1）跨膜电位：细胞膜的内外两侧形成的电位差 实质是扩散电位（带电离子的跨膜扩散所 致） （2）主要离子浓度 单位（mmol/L）
A- 155 细胞内:Na+ 12, K+155 ，Cl- 3. 8 细胞外: Na+ 140 , K+4, Cl- 120
（3）静息状态下，细胞膜对 K+有通透性
2）有髓神经纤维——跳跃式传导 （saltatory conduction) 局部电流在郎飞结与郎飞结之间进行， AP仅在郎飞 结处产生。传导速度(可达100m/s以上）比无髓神经纤 维快。
(2)影响传导的因素
1）细胞直径的大小 直径越大，电阻越小，局部电流传导越快。 2）AP去极化的幅度 幅度大，局部电流越强 3）有髓神经纤维比无髓神经纤维传导快
u 失活
u 恢复
浅析细胞的生物电现象
浅析细胞的生物电现象吕爱军【摘要】细胞的生物电现象分为静息电位和动作电位.像脑电图(EEG)、心电图(ECG)、肌电图(EMG)、视网膜电图(ERG)、耳蜗电图(ECochG)、胃肠电图(EGEG)等体表电图,就是大脑皮质、心脏、骨骼肌、视网膜、耳蜗和胃肠等器官组织活动时,用相应的仪器通过放置于体表一定部位的电极引导而记录的对应器官的生物电活动.器官水平的生物电活动是在细胞水平生物电活动的基础上由众多细胞生物电活动综合形成的.一旦某器官的结构或功能发生改变,该器官的生物电活动也可能发生相应的变化.因此,对于细胞生物电现象的研究在临床上有着重要的理论意义和广泛的使用价值.【期刊名称】《中国继续医学教育》【年(卷),期】2018(010)023【总页数】3页(P134-136)【关键词】生物电;静息电位;动作电位;阈电位;去极化;复极化【作者】吕爱军【作者单位】临汾职业技术学院医学系,山西临汾 041000【正文语种】中文【中图分类】Q424在临床上，我们经常会遇到为了诊断疾病需要做心电图、脑电图、肌电图等体表电图的情况，这些体表电图就是用相应的仪器通过放置于体表一定部位的电极引导而记录的对应器官的生物电活动[1]。
那么，什么是生物电呢？一切活的细胞在生命活动中所伴有的电现象就称为细胞的生物电。
细胞的生物电大体可分为两种情况：第一种情况是细胞处于静息状态下的静息电位（RP），第二种情况是细胞接受有效刺激时出现的动作电位（AP）[2]。
1 静息电位1.1 静息电位的记录和数值首先，我们应用电生理仪器检测神经元膜的电位，见图1。
将参考电极A置于细胞膜外，并与大地连接，所以其电位水平为零。
当将测量电极B同样置于细胞膜外面，从示波器观察到光点处于零电位进行左右移动，这说明在细胞膜外表面任意两点之间的电位都是相同的；当把测量电极B插入到神经元内部时，从示波器荧光屏上观察到光点下降到一定水平后进行扫描，电位约为-70 mV，这说明在神经元膜的内侧与外侧之间存在电压差，且细胞膜内的电位要低于膜外[3]。
细胞的生物电现象(精)PPT课件
(mV)
————————————————————————
Na+
145
12
+67
K+
4
155
-98
Cl-
120
4
-90
有机负离子
155
___________________________________________
6
离子跨膜移动的驱动力：
1.浓度梯度——化学驱动力 顺浓度梯度：易化扩散
2.电位梯度——电场驱动力 顺电场力： 正离子：正电场→负电场 负离子：负电场→正电场
20
AP的过程
锋电位
AP 后电位
+35
上升支(-70mV→+35mV)
下降支(+35mV→-70mV)
锋电位
0
-55 -70
刺激
负后电位 正后电位
21
★单一细胞动作电位的特点:
(1)具“全或无(all-or-none)”性质: 阈下刺激时，AP一点也不产生； 阈(上)刺激时,AP一产生即达最大.
(实测值：-90mV)
17
细胞静息时的其他跨膜离子流:
① 一恒定的Na+内流(小于K+外流): 作用：中和一部分膜内的负电荷，而使膜 内电位负值减小, 静息电位的值小 于Ek (即去极化)。
② 钠泵的活动: 钠泵的生电性作用 作用：增大膜两侧电位差(超极化)
18
影响静息电位水平的因素:
① 膜两侧的[K+]差值: 正相关; 例如, [K+]o升高时,RP值减小.
(1)如膜电位由-70mV变为-80mV, 称为: 膜电位的绝对值增大， 膜内负值增大， 膜两侧的电位差增大， 膜电位增大。
生理学：第二章 3节细胞的电活动
影响RP水平的因素
1）跨膜K+浓差： Ek [K+ ]o ↑→RP↓
2）膜对K+ 和Na+的通透性：
K+通透性↑→RP↑ Na+ 通透性↑，则静息电位↓ 3）钠泵活动水ion potential)
(一)动作电位的概念和特点
• 概念：细胞在静息电位的基础上接受有效刺激后产生的一 个迅速的可向远处传播的膜电位波动。
• A：电—化学驱动力：某种离子在膜两侧的 电位差和浓度差两个驱动力的代数和
• B：平衡电位：当电化学驱动力为零，离子 净扩散为零时的跨膜电位差为该离子的平 衡电位。
平衡电位可由Nernst 公式计算
EK= RT/ZF• ln [K+]o / [K+]i
EK = 60 log
[K+]o [K+]i
兴奋的共有标志: 动作电位
0mV
AP
stimulator
神经纤维
-70～- 55mV：膜电位逐步去极化 达到阈电位水平
-55～+30mV：动作电位快速去极相 +30 峰电位
+30～- 55mV：动作电位快速复极相
-55～- 70mV：负后电位
后电位
（后去极化）
负值大于-70 mV : 正后电位 （后超级化）
= -95mV
Em-Ek: K+离子流动的驱动力
1944年 Hodgkin 在枪乌贼神经纤维上实测值为-77mV.
RP实测值略＜计算值 why？
静息状态下,存在处于开放状态的非门控钾通道： 神经纤维的钾漏通道,心肌内向整流钾通道
对K＋通透性 >> Na+的通透性
-90 mV
细胞膜的基本功能—细胞的生物电活动(生理学课件)
§静息电位的产生条件 ①静息状态下细胞膜内、外离子分布不均：
细胞膜外的主要是Na+、Cl细胞膜内的主要是K+、 A②静息状态下细胞膜对各种离子的通透性不同： 通透性：K+ ＞ Cl- ＞ Na+ ＞ A-
静息状态下细胞膜主要对K+有通透性。
膜内：
膜外：
静息状态下细胞膜主要对K+有通透性：
促使K+外流的动力：膜两侧[K+]的浓度差， 阻止K+外流的阻力：膜两侧的电位差
反极化（超射）: 细胞膜由外正内负的极化状态变为内正外负的 极性反转过程。
复极化: 去极化后再向极化状态恢复的过程。
超极化: RP的绝对值增大(例如由-70 → -90mV)
（二）动作电位的产生机制
（1）动作电位产生的条件 ①膜内外存在[Na+]的浓度差:
[Na+]i＜[Na+]O ≈ 1∶10； 即细胞膜外Na+浓度比细胞膜内高10倍左右。 ②膜受到刺激时，对Na+的通透性突然增加：
离子浓度
（mmol/L）
膜内 膜外
膜内与膜 外离子比 例
膜对离 透性
Na+ K+ ClA-
14 155 8 60
142 5 110 15
1:10 31:1 1:14 4:1
通透性 通透性
通透性 无通透
细胞膜对各种离子的通透性不同：
安静时：K+ ＞ Cl- ＞ Na+ ＞ A-
兴奋时：膜对Na+的通透性突然增大
（3)特点：没有“全或无”的现象、衰减性传导、可以 总和。
一、 静息电位：(RP)
(一)静息电位概念 静息电位：
细胞的生物电活动
钾钠离子扩散电位形成示意图
➢ 离子的平衡电位（EX） 可用Nernst公式计算:
EX
RT ZF
ln
[X ]i [X ]o
(V )
EX
60 lg
[X ]i [X ]o
(mV)
细胞内液和细胞外液中主要离子的浓度和电位
1.静息电位主要是K+外流形成的
证实： 测量的静息电位与计算的K+平衡电位接近
枪乌贼巨轴突实验（1939，Hodgkin和 Huxley）测得RP数值-60mV（计算的EK为-75mV) 改变膜两侧K+浓度差，静息电位随之改变 问题：为什么实际测得的静息电位不是等于而是接近于（略小于）EK？
负值增大的过程或状态
超射
➢ 复极化 (repolarization)：细胞膜去极化后再向静息电 位方向恢复的过程
➢ 反极化（reverse polarization）：外负内正的状态
➢ 超射（overshot）：膜电位超过零电位的部分
静息电位模式图
（二）静息电位的产生机制
膜学说（1902年，Bernstein）：
兴奋（excitation）：细胞接受刺激后，功能活动由弱变强或由静止变为活动的过程。在 现代生理学中，兴奋就是指动作电位或动作电位的产生过程
可兴奋细胞（excitable cell）：神经细胞、肌细胞和腺细胞受刺激后能产生明显的兴奋 反应（收缩或分泌等），并首先产生动作电位（具有电压门控Na+或Ca2+通道），故生 理学将其称为可兴奋细胞
髓鞘区特征
➢ 多层膜包裹，电位差平均分散 ➢ 电压门控Na+ 通道稀疏，阈电位高
有髓纤维跳跃式传导的意义
➢ 减少能量消耗 ➢ 提高传导速度（空间常数大）
心肌自律细胞生物电活动的共同特征
心肌自律细胞是心脏中特殊的细胞，它们负责产生并传导心脏的生物电信号，控制心脏的节律和收缩。
这些细胞具有一些共同的特征，这些特征对于理解心脏生物电活动至关重要。
1. 膜电位的变化心肌自律细胞的一个共同特征是其膜电位会周期性地发生变化。
在兴奋-传导过程中，细胞膜上的离子通道会开放或关闭，导致细胞内外的离子浓度产生变化，从而引起膜电位的变化。
这种周期性的膜电位变化是心肌自律细胞产生生物电信号的基础。
2. 自律性心肌自律细胞具有自律性，即它们能够自发产生膜电位的变化和生物电信号，而不需要外部神经系统的调控。
这种自律性是心脏能够保持持续跳动的重要基础，同时也决定了心律失常的发生机制。
3. 特定蛋白的表达心肌自律细胞通常会表达特定的离子通道蛋白和钙蛋白，这些蛋白在调控细胞膜电位和细胞内钙离子浓度方面起着重要作用。
钠离子通道、钾离子通道和钙离子释放通道的表达就是心肌自律细胞的共同特征之一。
4. 心肌细胞节律性心肌自律细胞不仅具有自律性，而且它们还具有明显的节律性。
在正常情况下，心脏的跳动节律受到心肌自律细胞的调控。
这种节律性保证了心脏能够稳定地跳动，并且在不同负荷下能够调整跳动的频率。
心肌自律细胞的共同特征包括周期性的膜电位变化、自律性、特定蛋白的表达和节律性。
这些特征决定了心脏的生物电活动特点，同时也为心脏疾病的发生提供了基础。
就个人观点而言，对心肌自律细胞生物电活动的共同特征的深入理解有助于我们更好地理解心脏节律的调控机制，为心脏疾病的诊断和治疗提供了重要参考。
希望通过对这些特征的研究，我们能够找到更有效的治疗心律失常和其他心脏疾病的方法，使更多患者受益。
心脏是人体的重要器官，它通过持续的收缩和舒张来将氧和营养物质输送到全身各个组织和器官，同时将代谢产物和二氧化碳运回肺脏和肾脏进行排泄。
而心脏能够保持稳定的跳动节律和合适的收缩力量，得益于心肌细胞的自律性和节律性。
心肌自律细胞作为控制心脏跳动的关键细胞，其生物电活动具有一些共同特征，这些特征对于理解心脏的功能和疾病具有重要意义。