细胞生物电
细胞生物电现象
Na+平衡电位 ENa ： Na+内流造成膜内正
电位,是Na+进一步内流 的阻力，
当Na+内流的动力与 阻力达到平衡时,膜上 Na+净通量为零,膜两侧 电位差达到了一个新的 平衡电位，
复极化：
钠通道进入 “失活” 状态时,膜对K+的通透性进 一步增大,膜内K+顺浓度差 和电位差 膜内带正电 推动 向膜外扩散,使膜内电位由 正值向负值发展,直至回到 原初安静时电位水平，
此时钠通道失活状态 解除,回复到可被激活或备 用状态,细胞又能接受新的 刺激，
复极后的恢复期：
据估计,神经纤维每兴 奋一次,进入细胞内Na+量大 约使膜内Na+浓度增加八万 分之一,逸出的K+量也近似 这个数值，
这种状态激活细胞膜上 钠-钾泵,将细胞内多余Na+ 运至细胞外,将细胞外多余 K+运回细胞内,从而使细胞 膜内外离子浓度恢复到原初 安静时的水平,重建膜的静 息电位，
大致相当于绝对不应期
负后电位
大致相当于相对
不应期和超常期
正后电位
大致相当于低常期
第三节 神经冲动产生和传导
一、神经冲动的产生 一 外向电流和电紧张性电位
1、极性法则
概念：当用短暂的直流电刺激神 经时,通常仅在通电和断电时各引 起一次兴奋,通电时兴奋发生在阴 极部位,断电时则在阳极部位，
2、实验证明
1 无Na+细胞浸浴液：神经浸浴 于无Na+溶液时,动作电位不出 现，
2 降低细胞浸浴液Na+浓度：用 蔗糖或氯化胆碱替代细胞浸浴 液中Na+,使细胞外液Na+浓度减 小而渗透压、静息电位保持不 变,发生的动作电位幅度或其超 射值减小,减小的程度和Na+平 衡电位减小的预期值相一致，
细胞的生物电现象
细胞的生物电现象
静息电位及其产生机制：静息电位是指细胞在未受刺激时存在于细胞膜内、外两侧的电位差。
多数细胞的静息电位是稳定的负电位。
机制：①钠泵主动转运造成的细胞膜内、外Na+和K+ 的不均匀分布是形成生物电的基础。
②静息状态下细胞膜主要是K+通道开放，K+受浓度差的驱动向膜外扩散，膜内带负电荷的大分子蛋白质与K+隔膜相吸，形成膜外为正，膜内为负的跨膜电位差。
当达到平衡状态时，K+电―化学驱动力为零，此时的跨膜电位称为K+平衡电位。
动作电位及其产生机制：在静息电位
的基础上，可兴奋细胞膜受到一个适当的刺激，膜电位发生迅速的一过性的波动，这种膜电位的波动称为动作电位。
锋电位、去极化、复极化和后电位。
产生机制：①上升支的形成：当细胞受到阈刺激时，引起Na+内流，去极化达阈电位水平时，Na+通道大量开放，Na+迅速内流的再生性循环，造成膜的快速去极化，使膜内正电位迅速升高，形成上升支。
当Na+内流达到平衡时，此时存在于膜内外的电位差即Na+的平衡电位。
动作电位的幅度相当于静息电位的绝对值与超射值之和。
动作电位上升支主要是Na+的平衡电位。
②下降支的形成：钠通道为快反应通道，激活后很快失活，随后膜上的电压门控K+通道开
放，K+顺梯度快速外流，使膜内电位由正变负，迅速恢复到刺激前的静息电位水平，形成动作电位下降支。
细胞生物电名词解释
细胞生物电名词解释一、生物电现象生物电现象是指生物体内存在的电学现象，是生命活动的基本特征之一。
生物电现象的产生与细胞膜内外离子的分布和运动有关，其作用包括维持细胞正常代谢、传递信息、驱动肌肉收缩等。
二、动作电位动作电位是指可兴奋细胞受到有效刺激时，膜电位在静息电位的基础上产生的一次快速而可逆的电位变化过程，包括峰电位和后电位。
峰电位是动作电位的上升支和下降支组成的电位变化曲线，最高点为峰值电位；后电位包括局部反应电位和正后电位。
三、静息电位静息电位是指细胞未受刺激时，膜内外的电位差，表现为膜内电位较膜外为负。
静息电位的产生与细胞膜内外离子的分布和运动有关，主要是由于钾离子外流造成的。
四、膜电位膜电位是指细胞膜内外两侧的电位差，是细胞兴奋性的基础。
膜电位的产生与细胞膜内外离子的分布和运动有关，包括静息电位和动作电位。
膜电位的异常会导致细胞兴奋性的异常，从而影响细胞正常生理功能。
五、钠离子通道钠离子通道是一种跨膜蛋白，负责钠离子的跨膜运输。
钠离子通道的开放会导致钠离子内流，从而影响膜电位的变化，是动作电位的主要形成机制之一。
六、钾离子通道钾离子通道是一种跨膜蛋白，负责钾离子的跨膜运输。
钾离子通道的开放会导致钾离子外流，从而影响膜电位的变化，是静息电位的主要形成机制之一。
七、钙离子通道钙离子通道是一种跨膜蛋白，负责钙离子的跨膜运输。
钙离子通道的开放会导致钙离子内流，参与信号转导和肌肉收缩等生理过程。
八、跨膜电位跨膜电位是指细胞膜两侧的电位差，包括静息电位和动作电位。
跨膜电位的产生与细胞膜内外离子的分布和运动有关，是细胞兴奋性和生理功能的基础。
第二章 第二节 细胞的生物电现象
3、影响静息电位的影响因素 、
• （1）细胞内外 +浓度差 ）细胞内外K • （2）膜对 +和Na+通透性 ）膜对K • （3）钠-钾泵的活动水平 ） 钾泵的活动水平
(二)动作电位 二 动作电位
1、定义 、 动作电位： 动作电位： 细胞受刺激而兴奋时，细胞膜在静息电位的 细胞受刺激而兴奋时， 受刺激而兴奋时 基础上产生的一次迅速短暂、可扩布的电位变化， 基础上产生的一次迅速短暂、可扩布的电位变化， 是细胞兴奋的标志 。 可兴奋细胞:神经细胞、肌细胞、 可兴奋细胞:神经细胞、肌细胞、部分腺细胞
膜电位 项目 产生机制 平衡电位 通道 阻断剂 电荷分布 状态 特点
静息 电位
K+外流
动作电位
峰电位 后电位 上升支 下降支 负后电位 正后电位 Na+内流 K+外流 K+外流↓ 钠泵活动
EK
四乙胺 极化 稳定直 流电位
ENa
河豚毒素
EK
四乙胺 四乙胺
去极化(含 复极化 未恢复到 轻度超极 RP 反极化) 化 快速、可扩布的电位变化
（四）局部兴奋及其总和
• 1、局部兴奋的概念 、 • • 由阈下刺激引起的局部细胞膜的微小去 极化。 极化。 少量内流引起， 由Na+少量内流引起，局部兴奋可提高 细胞膜的兴奋性。 细胞膜的兴奋性。减小膜电位与阈电位的 差距。 差距。
2、局部兴奋的特点（与动作电位区别） • 局部兴奋 1.等级性现象（没有“ 1.等级性现象（没有“全 等级性现象 或无”） 或无” 2.呈衰减性传导 2.呈衰减性传导 3.总和现象（无不应期） 3.总和现象（无不应期） 总和现象 • 动作电位 1.“全或无” 1.“全或无” 现象 2.不衰减性传导 2.不衰减性传导 3.脉冲式 3.脉冲式
细胞的生物电现象
细胞的生物电现象细胞的生物电现象概述：生物电现象是指生物体内各种细胞所产生的电现象。
细胞的电现象包括静电现象和动电现象。
静电现象是指细胞膜内外的电位差异，而动电现象是指细胞的离子流动和膜电位的变化。
一、细胞的静电现象细胞的静电现象是指细胞膜内外电位的差异，通常称为细胞膜电位。
细胞膜电位是细胞的基本电现象之一，它的起源主要为静息电位和动作电位。
静息电位是细胞在静态状态下所表现出的电位。
在静息电位下，细胞的内部电位为负，外部电位为正。
细胞膜上的离子通道在细胞静态状态下始终处于开放状态，这使得静息电位维持不变。
动作电位是细胞在受到刺激时所表现出的电位。
在动作电位下，细胞内部电位由负变正，外部电位由正变负。
这种变化主要源于细胞膜上钠离子通道的快速开启和关闭，以及钾离子通道的慢速开启和关闭。
二、细胞的动电现象细胞的动电现象是指离子在细胞内外之间的流动和膜电位的变化。
细胞膜上的离子通道对细胞的动电现象起着重要的调控作用。
主要的离子通道包括钠通道、钾通道和钙通道。
在细胞受刺激时，钠通道迅速开启，随后钾通道开启，同时钠通道关闭。
这使得细胞内部电位迅速升高，形成动作电位。
随着钾离子的流出，细胞内部电位逐渐降低到静息电位。
钙通道参与了很多细胞的生物学过程，如细胞分裂、囊泡的释放和细胞增殖等。
钙离子的流动能够改变细胞内的信号转导和细胞内的酶活性，从而调节细胞的代谢和功能。
总结：细胞的生物电现象被广泛地应用于药物研究、细胞生物学研究和神经科学研究等方面。
通过对细胞的电现象进行研究，人们可以更好地理解细胞的生物学特性和生理学特性，从而开发新的药物、诊断工具和治疗方法。
细胞生物电现象
生物电变化。
●图形：
上升相 去极化
动作电位
下降相 复极化
生物电现象产生的机制
（一）生物电现象的离子学说
生物电的产生依赖于细胞膜对
化学离子严格选择性的通透性及其 在不同条件下的变化。
1、细胞膜内外离子分布的不均匀
膜内有较多的K+和带负电的大分子有机物，
膜外有较多的Na+和Cl-。 据测定，各类细胞在膜内的K+浓度约为膜 外的20-40倍，而Na+浓度则膜外约为膜内的712倍。
有机物则几乎不通透。
+ （二）静息电位与K 平衡电位
1、过程
细胞安静时，K+顺化学 浓度剃度向膜外扩散，膜内 带负电大分子有机物留在膜 内。 K+外流加大膜两侧电场 力，使同性电荷相斥和异性 电荷相吸的力量也在不断增 加。当浓度差和电场力对K+ 移动的效应达到平衡时，膜 对K+的净通量为零。 K+平衡电位（Ek）。
兴奋性分期 测试刺激强度 兴奋性变化
可能机制
绝对不应期
无限大
兴奋性降至 零
相对不应期 ＞条件刺激强 兴奋性逐渐 度 恢复 超常期
低常期
Na+通道处于 被激活后暂 时失活状态 Na+通道部分 开放 膜处于部分 去极化状态
膜处于复极 化状态
＜条件刺激强 兴奋性超过 度 正常水平
＞条件刺激强 兴奋性低于 度 正常水平
2、阈电位和动作电位
阈电位： 当刺激增强到阈值， 使膜电位减小到临界水平 （神经、肌肉细胞约在50至-70mv），便爆发动 作电位。这一临界膜电位 水平称为阈值膜电位或简
称阈电位。
阈刺激与阈电位关系
阈刺激： 刺激强度和作用时间等参数足以使 膜电位去极化到阈电位的刺激
细胞的生物电现象
• 动作电位和静息电位不同，是一个电位连 续变化的过程，动作电位是细胞兴奋的标
（二）动作电位的 形成过程
• 在给神经纤维一 次有效的刺激后， 示波器上会显示 出一个动作电位 的波形，即在受 刺激局部的细胞 膜上产生了一次 快速的，连续的 电位变化。该电 位变化主要由两 部分构成：锋电 位和后电位。
• 当促使Na+内流的浓度差和阻止Na+内流的电位差，这两种拮抗力量相 等时，Na+的净内流停止，此时膜电位达到峰值。
• 因此，可以说动作电位的峰值相当于Na+内流所形成的电-化学平衡电 位。
2．复极化过程 • 当膜电位达到峰值时，细胞膜的Na+通道迅速关闭，而K+通道开放，于
是细胞内的K+顺浓度差向细胞外扩散，导致膜内负电位增大，直至恢复 到静息时的数值。
第三节 细胞的生物电现象
• 在生命活动的过程中，细胞始终存在着电， 我们把这种电现象称为生物电现象。
• 生物电是一切活细胞存在的基本生命现象， 也是生理学重要的基础理论。它主要包括静 息电位和动作电位两部分
一、静息电位及其产生机制
（一）静息电位的概念
• 静息电位（resting potential，RP）是指细胞 处于静息状态下，细胞膜两侧存在的电位 差。它是一切生物电产生或变化的基础。
• 静息电位的大小，主要由细胞内外K+的浓度决定。
– 通常，细胞内的K+浓度变动很小，因此造成细胞内外K+浓度差改变 的主要是细胞外的K+浓度。如细胞外K+增高，会使细胞内外K+浓度 差减小，从而使K+外流的动力减小，K+外流减少，最终导致静息电 位减小。
细胞的生物电现象
细胞的生物电现象在我们神奇的生命世界中，细胞是构成生物体的基本单位。
而细胞内部存在着一种奇妙的现象——生物电现象。
这一现象对于细胞的正常功能和生命活动起着至关重要的作用。
要理解细胞的生物电现象，首先得知道什么是生物电。
简单来说，生物电就是生物体内产生的电现象。
细胞的生物电现象主要包括静息电位和动作电位。
静息电位，就好比细胞在安静休息时的“状态”。
在细胞未受到刺激时，细胞膜内外存在着一定的电位差，一般来说，细胞内的电位比细胞外的电位低，这种电位差就被称为静息电位。
为什么会有这样的电位差呢？这主要是因为细胞膜对不同离子的通透性不同。
细胞膜对于钾离子的通透性相对较高，而对于钠离子的通透性相对较低。
于是，钾离子就会顺着浓度梯度从细胞内流向细胞外。
但是，细胞内的一些带负电的大分子物质不能通过细胞膜，这就导致细胞内留下了较多的负离子，从而形成了内负外正的电位差。
动作电位则是细胞在受到刺激时产生的快速电位变化。
当细胞受到一个足够强的刺激时，细胞膜的通透性会发生瞬间的改变。
钠离子通道会迅速打开，大量的钠离子涌入细胞内，使细胞膜内的电位迅速升高，从原来的内负外正变成内正外负。
这个过程非常迅速，就像一个闪电一样，所以被称为“动作电位”。
动作电位一旦产生，就会沿着细胞膜迅速传播，就像在一条道路上传递一个紧急的信号。
细胞的生物电现象在很多生理过程中都发挥着重要作用。
比如说，神经细胞通过产生和传导动作电位来传递信息。
当我们感觉到外界的刺激，比如触摸到一个热的物体，皮肤上的感觉神经末梢会产生动作电位，并沿着神经纤维传递到中枢神经系统，让我们产生痛觉并做出相应的反应。
肌肉细胞也依赖生物电现象来实现收缩。
当神经冲动传递到肌肉细胞时，会引起肌肉细胞产生动作电位，触发肌肉收缩，从而让我们能够完成各种动作。
在心脏中，生物电现象更是至关重要。
心脏的节律性跳动就是由心肌细胞的生物电活动所控制的。
心肌细胞的动作电位和静息电位的变化规律，决定了心脏的收缩和舒张的节奏，从而保证了血液在体内的正常循环。
细胞—细胞的生物电现象(人体解剖生理学)
(三）动作电位的产生条件：
1.阈电位（TP）： 概念:指能触发动作电位的膜电位临界值。 阈电位一般比静息电位的绝对值小10-20mV。而由静息
电位去极化达到阈电位是产生动作电位的必要条件。
细胞兴奋性的高低与细胞的静息电位和阈电位的距离呈 反变关系。
2. 局部兴奋
概念： 指由阈下刺
激引发产生于 膜的局部，较 小的去极化反 应称局部兴奋。 产生的电位称 局部电位。
1.上升支：Na+平衡电位。 既Na+内流所形成的电-化学平衡电位。
2. 下降支：Na+平衡电位转变 为K+平衡电位，主要由细胞内 K+外流而产生。 3.复极后：钠泵激活，使细胞 膜内外的离子分布恢复到安静 时的水平。 膜内Na+↑或膜外K+↑→钠泵 激活→排出Na+、摄入K+
结论 ： AP 上升支：由Na＋内流形成的平衡电位。 下降支：是K＋外 流形成的平衡电位。 （后电位与Na＋－K＋泵活动有关。）
特点：• ①不具有“全或无”现象。 ②衰减性传导 ③具有总和效应
时间性总和 空间性总和
（四）兴奋在同一细胞上的传导
1.概念：动作电位在同一细胞上的传播过程。在神经纤维传导 的动作电位称神经冲动。 2.传导机制：局部电流学说
3.传导方式： 无髓鞘N纤维的兴奋传导为近距离局部电流； 有髓鞘N纤维的兴奋传导为远距离局部电流(跳跃式)。
实验现象
刺激 2.动作电位的演变过程
局部电位
上
阈电位
去
去极化
升
去极化
极
支
零电位
化
反极化（超射） 下
降
复极化
支
（负、正）后电位
复极化 阈电位
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）
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电位变化幅度 大（阈电位以上） 小（阈电位以下）
“全或无”特 点 传播特点 以局部电流形式不 呈电紧张性扩布， 衰减地向远处传播 迅速衰减， 不能远传
（五）动作电位的传导
本质：AP在细胞膜上依次发生的过程 特点：不衰减地双向传导 机制：局部电流学说
静息电位与动作电位的比较
膜电位 项目 产生机制 平衡电位
静息 电位
K+外流
动作电位
峰电位 后电位 上升支 下降支 负后电位 正后电位
Na+内流 K+外流 K+外流↓ 钠泵活动
EK
四乙胺
极化 稳定直 流电位
ENa
EK
四乙胺
通道 阻断剂
电荷分布 状态 特点
河豚毒素 四乙胺
去极化(含 复极化 未恢复到 轻度超极 RP 反极化) 化 快速、可扩布的电位变化
动作电位和局部反应的特点
动作电位 1.“全或无” 现象 2.不衰减性传导 3.脉冲式
局部反应 1.没有“全或无”现象 2.呈衰减性传导 3.有总和效应
动作电位和局部反应的比较
项目 刺激强度 开放的钠通道 不应期 总和 动作电位 阈刺激或阈上刺激 多 有 无 有 局部反应 阈下刺激 较少 无 有(时间或空间） 无
动作电位的特点 1.“全或无” 现象 2.不衰减性传导 3.脉冲式
（三）动作电位产生的机制
去极相：膜外Na+浓度高于膜内，安静时膜内 电位低于膜外。刺激→Na+ 通道少量开放，少 量Na+内流→阈电位→ Na+通道大量开放， Na+迅速内流，→膜内电位升高，达Na+的平衡 电位。 复极相： Na+通道关闭，k+通道开放， k+外流， 膜内电位下降，恢复至静息电位。 后电位： Na+ - k+泵将Na+ 、 k+分布复原，保持 细胞的兴奋性。
二、动作电位
（一）概念
动作电位：可兴奋细胞受刺激而兴奋时， 细胞膜在静息电位的基础上产生的一次可 扩布的电位变化，是细胞兴奋的标志 。 峰电位：神经纤维和骨骼肌细胞的动作电 位去极相和复极相历时短暂，形成尖峰状 图形 。 后电位：峰电位在其完全恢复到静息电位 之前，还要经历一些微小而缓慢的电位波 动。
一、静息电位
(一）概念：
细胞安静时存在于细胞膜两侧的电位差， 在大多数细胞呈内负外正的极化状态。
生物电产生机制
两个条件：1.细胞内外离子浓度差 2.细胞膜对离子的选择性通透 两个力量：动力——浓度差、电位差 阻力——电位差 一个平衡：离子的平衡电位
（二）静息电位产生的机制
膜内K+浓度高于膜外，安静时膜对K+ 通透性大， K+顺浓度差外流，而细胞内 的有机负离子不能透出细胞，便产生了内 负外正的电位差。当促进K+向外移动的化 学力与阻止K+向外移动的电场力达到平衡 时，则K+的净通透量等于零，此时的电位 差称为K+的平衡电位，等于静息电位。
（四）动作电位的产生条件
¤阈 刺 激 、 阈 上 刺 激 → 较 少 Na+ 通 道 开 放 ， 少量 Na+ 内流 → 轻度去极化 → 阈电位 → 爆发 动作电位 ¤阈下刺激→少量Na+通道开放，少量Na+内流 →微弱去极化→局部反应→总和→阈电位→ 爆发动作电位 局部反应：阈下刺激引起的达不到阈电位的 局部去极化。
（二）动作电位的演变过程
极化：安静时，内负外正 超极化：膜内负值较RP时加大 去极化：膜内负值较RP时减小 反极化：膜内电位由零变正的过程 超射值：膜内电位由零变正的数值 复极化：去极化后，又向极化状态 恢复的过程
动作电位与兴奋性变化的关系
分期 与AP的关系 绝对不应期 峰电位 相对不应期 负后电位前期 超常期 负后电位后期 低常期 正后电位 兴奋性 下降到零 逐渐恢复，低于正常 高于正常 低于正常