细胞膜电位
第五章 细胞膜电位
但这个关系只是当所用强度或时间在一定限度内改变 时是如此。
如果将所用的刺激强度减小到某一数值时，则这个刺激不 论持续多么长也不会引起组织兴奋；
与此相对应，如果刺激持续时间逐步缩短时，最后也会达 到一个临界值，即在刺激持续时间小于这个值的情况下， 无论使用多么大的强度，也不能引起组织的兴奋。
刺激引起兴奋的条件和阈刺激
具有兴奋性的组织和细胞，并不对任何程度的刺激都 能表现兴奋或出现动作电位。
刺激可以泛指细胞所处环境因素的任何改变；亦即各 种能量形式的理化因素的改变，都可能对细胞构成刺 激。
电刺激
在实验室中，常用各种形式的电刺激作为人工刺激， 用来观察和分析神经或各种肌肉组织的兴奋性，度量 兴奋性在不同情况下的改变。
第3节 动作电位
指可兴奋细胞受到 极化（polarization）——膜两侧存在的
刺激而兴奋时，在静息
内负外正的电位状态。
电位的基础上膜两侧的 去极化（Depolarization）——膜电位绝
电位发生快速而可逆的
对值逐渐减小的过程。
倒转和复原。这种电位 变化称作动作电位
超极化（Over-polarization）——膜电 位绝对值高于静息电位的状态。
第五章 细胞膜电位
Outline
1、刺激与反应 2、细胞的静息电位 3、细胞的动作电位 4、细胞膜的电学模型 5、电压固定的膜电流研究 6、Hodgkin-Huxley方程 7、对膜动作电位的仿真
恩格斯在100多年前总结自然科学成就时指出： “地球几乎没有一种变化发生而不同时显示出电 的现象”；生物体当然也不例外。事实上，在埃 及残存史前古文字中，已有电鱼击人的记载；但 对于生物电现象的研究，只能是在人类对于电现 象一般规律和本质有所认识以后，并随着电测量 仪器的精密化而日趋深入
细胞膜内外在各种状态下的电位情况-概述说明以及解释
细胞膜内外在各种状态下的电位情况-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述:细胞膜是细胞内外环境的隔离屏障，同时也是细胞内外电位差的重要维持者。
细胞膜内外的电位情况对细胞功能和生理活动具有重要影响。
本篇文章将重点探讨细胞膜在不同状态下的电位情况，包括细胞膜内电位情况、细胞膜外电位情况，以及在不同状态下的电位变化。
通过对这一重要问题的探讨，我们希望能够更深入地理解细胞内外电位的重要性，以及其对细胞功能的影响，为未来相关研究提供一定的参考和启示。
1.2 文章结构文章结构部分的内容：本文将分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分中，我们将对细胞膜内外电位情况进行概述，并介绍文章的结构和目的。
在正文部分中，我们将详细讨论细胞膜内和外的电位情况，以及不同状态下电位的变化。
最后，在结论部分中，我们将总结细胞膜内外的电位情况，探讨电位变化对细胞功能的影响，同时展望未来的研究方向。
通过对这些内容的分析和讨论，我们将全面了解细胞膜内外在各种状态下的电位情况。
"1.3 目的":目的是探讨细胞膜内外在不同状态下的电位情况，揭示其在细胞生理活动中的重要作用和影响。
通过对细胞膜内外电位的研究，可以深入了解细胞的电信号传导机制，揭示不同细胞状态下电位的变化规律，为疾病诊断和治疗提供新的思路和理论基础。
同时，通过探讨电位变化对细胞功能的影响，可以进一步揭示细胞内信号传导途径的重要性，为未来细胞生物学的研究提供参考和指导。
2.正文2.1 细胞膜内电位情况细胞膜内部的电位是指细胞质内相对于细胞外的电位差。
通常情况下，细胞膜内部的电位为负值，约为-70mV。
这种负电位主要是由于细胞膜上的离子通道和泵蛋白维持了细胞内外不同离子浓度的平衡状态。
在正常情况下，细胞膜内外之间存在着钠-钾泵、钾通道、氯离子通道等，这些离子通道和泵蛋白的作用使得细胞内部的电位保持在负值。
细胞膜内的电位不仅与离子通道和泵蛋白的功能有关，还与细胞内各种代谢活动、信号传导等密切相关。
膜电位变化及其测量课件
通过膜片钳技术等手段，可以检测药物对膜电位的影响，从而筛选 出具有潜在治疗作用的新药。
药物优化
通过对膜电位变化的深入研究，可以对现有药物进行优化和改进， 提高药物的疗效和降低副作用。
在疾病诊断和治疗中的应用
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疾病诊断 膜电位变化与某些疾病的发生和发展密切相关， 通过检测膜电位变化可以辅助医生进行疾病诊断。
心血管系统的疾病
心律失常
心律失常患者的细胞膜电位异常， 可能导致心脏节律紊乱。
心肌缺血
心肌缺血时，心肌细胞的膜电位降 低，可能导致心肌收缩和舒张功能 受损。
高血压
高血压患者的血管平滑肌细胞膜电 位异常，可能导致血管收缩和血压 升高。
其他系统的疾病
糖尿病
糖尿病患者的神经和血管系统膜 电位异常，可能导致神经病变和
疾病治疗 一些疾病的治疗过程中，膜电位变化会发生变化， 通过监测膜电位变化可以指导医生制定合理的治 疗方案。
疗效评估 在疾病治疗过程中，膜电位变化可以作为疗效评 估的指标之一，帮助医生判断治疗效果和调整治 疗方案。
在生理和药理研究中的应用
生理研究
膜电位变化是细胞生理功能的重 要组成部分，通过对其深入研究 可以揭示细胞生理活动的规律和 机制。
复极化
复极化是指膜电位由去极化状态恢复 到静息状态的过程。
复极化过程中，钠离子通道和钾离子 通道的开放和关闭是关键，其开放时 间相对较长。
复极化主要是由于钾离子的外流和钠 离子的内流，使得膜电位逐渐恢复到 静息状态。
复极化是动作电位周期性产生的基础， 对于维持细胞的正常功能具有重要作 用。
反极化
药理研究
膜电位变化是药物作用的重要机 制之一，通过对其深入研究可以 揭示药物的作用机制和靶点可以影响细 胞内外的物质交换，调节 细胞功能。
膜电位研究方法
膜电位研究方法
膜电位是生物膜中的电位差，可以通过多种方法进行研究。
1.细胞膜钳技术：细胞膜钳是一种测量细胞膜电位的最常用技术之一。
它可以测量单个细胞上的电位，包括神经元、心肌细胞、胰岛β细胞等。
2.离子选择性电极：离子选择性电极可以测量离子浓度的变化，并计
算出膜电位。
常用的离子选择性电极包括钠离子选择性电极、钾离子选择
性电极和氯离子选择性电极等。
3.膜电位信号记录仪：该仪器可以记录膜电位的时间变化。
通常使用
一个探头将电位信号传递到一个记录仪中。
这种方法很适用于研究心脏、
神经系统等。
4.双重钳技术：通过同时记录两个膜电位，可以研究不同的细胞之间
的相互作用。
5.膜通道测量技术：该方法可以测量膜离子通道的通透性和选择性，
从而计算出膜电位的变化。
包括全细胞记录、膜片钳记录等。
总之，膜电位研究方法种类繁多，选择适合的研究方法，可以更加准
确地研究膜电位。
膜电位名词解释
膜电位名词解释
膜电位是指细胞膜内外两侧电荷分布不平衡所形成的电位差。
细胞膜是细胞内外的隔离屏障，可以控制物质的进出，维持细胞内外环境的稳定。
在许多细胞内外环境电荷不平衡的情况下，膜电位就会产生。
细胞膜的内部是富含负电荷的细胞质，而外部是富含阳离子的细胞外液。
这种电荷分布不平衡产生了一个电势差，即膜电位。
一般情况下，膜电位的数值为负值，表示细胞内负电荷多于细胞外正电荷。
膜电位的大小取决于细胞类型和状态，通常在-
40mV到-90mV之间。
膜电位的产生主要通过离子泵和离子通道来实现。
离子泵能够主动从细胞内外液中将离子转运，从而改变细胞内外的离子浓度差，进而影响膜电位。
离子通道则可以通过特定的通道蛋白，使特定的离子通过，从而改变细胞内外液的离子分布，也会对膜电位产生影响。
膜电位起到了细胞兴奋性、离子平衡和分子运输等重要功能。
在神经细胞中，膜电位可以通过神经冲动的形式传递，从而实现信息传递和神经信号传导。
在心肌细胞中，膜电位可以调控心脏的收缩和舒张。
此外，膜电位还参与了细胞内外物质的平衡调节，如离子和分子的进出，维持细胞内稳定的渗透压和离子浓度。
细胞膜电位差
细胞膜电位差
细胞膜电位差是指细胞膜两侧电荷分布不均导致的电位差。
细胞膜通常相对负电荷，内部带负荷的离子如蛋白质、有机酸、磷酸离子等，而外部则带正荷的离子如钠、钾、氯离子等。
这种分布差异导致了细胞膜内外的电位差，通常为-70mV。
细胞膜电位差在维持生物体内部环境稳定和细胞功能正常上发挥着至关重要的作用。
它与细胞膜传递信号、细胞外环境调节、细胞内代谢调节等相关联。
例如，细胞膜的钠-钾泵可通过将3个钠离子排出细胞，同时将2个钾离子吸入细胞，维持细胞膜内外的离子浓度差，从而维持细胞膜电位差。
此外，细胞膜电位差还与神经传递、肌肉收缩等生理现象密切相关。
细胞膜电位差异常可能导致多种疾病。
如细胞膜电位过低可能导致心律失常，细胞膜电位过高可能导致癫痫等疾病。
在治疗上，钾通道阻滞剂、钠通道阻滞剂等药物可通过调节细胞膜电位差来治疗相关病症。
- 1 -。
细胞膜电位的概念与应用
去极化：动作电位的发生使膜电位趋向减 小的方向，甚至使膜电位消失的过程， 称为膜的去极化。 反极化：去极化过程继续发生，可能形成 内正外负的瞬间存在的动作电位，该过 程称为质膜的反极化过程。
很多时候，膜电位差主要是由H+浓度差造成， 这时候，膜电位差就被称为H+电化学势差， 写作Δ-μH+。这个差实际还包括pH差。
Δ-μH+可以跨细胞质膜存在，也可以跨其他 内膜存在，如线粒体内膜，类囊体膜等等。
有很大的作用，广泛用于细胞的多种生理生 化过程。
细胞膜电位的相关概念
细胞的膜电位：细胞质膜两侧离子种类和 浓度的不同，形成了膜两侧的电位差，各 种离子所形成的电位差的总和，称为膜电 位。 静息电位：即细胞在静息状态下的电位。 是由质膜上相对稳定的离子跨膜运输或离 子流形成的。一般质膜内为负值( pH较高)， 质膜外为正值(pH较低)。这种情况也被称 为极化状态，是细胞膜电位的常态。
Байду номын сангаас
动作电位: 细胞在刺激作用下,发生离子的快速
跨 膜运动，由此引起快速变化的膜电位称为动 作电位。 超极化：如果动作电位的发生使膜电位趋向增 大的方向，甚至使膜电位超过原来的静息电 位，这种情况称为质膜的超极化。 细胞处于超极化状态时，细胞整体生理活 动活跃。往往与ATP合成有关。 叶肉细胞于暗中膜电位为-60～-100mV，光下 为-160mV,最高可达 -200mV。
膜电位的离子
膜电位的离子
膜电位是细胞内外离子浓度差异所产生的电位。
膜电位的生成主
要与细胞膜上的离子通道有关。
下面我们来详细了解一下膜电位的离
子成分。
1. 钠离子（Na+）：细胞外的钠离子相对于细胞内而言浓度较高，因此，当细胞膜上的钠离子通道打开时，钠离子会向细胞内流动，使
得膜电位变得更正。
2. 钾离子（K+）：细胞内的钾离子相对于细胞外而言浓度较高，
因此，当细胞膜上的钾离子通道打开时，钾离子会从细胞内流出，使
得膜电位变得更负。
3. 氯离子（Cl-）：细胞外的氯离子相对于细胞内而言浓度较高，因此，当细胞膜上的氯离子通道打开时，氯离子会向细胞内流动，使
得膜电位变得更正。
4. 钙离子（Ca2+）：细胞内的钙离子相对于细胞外而言浓度较低，因此，当细胞膜上的钙离子通道打开时，钙离子会向细胞内流动，使
得膜电位变得更正。
膜电位的离子成分对于细胞功能具有重要作用。
例如，心肌细胞
在控制心脏跳动上，膜电位的变化对于心肌收缩和舒张非常关键。
此外，神经元在传导信号时，膜电位的变化也决定了神经元的兴奋性和
抑制性。
因此，深入了解膜电位的离子成分对于理解细胞生理学的基本原理非常重要。
在临床应用上，针对某些疾病的治疗也可能涉及到对于膜电位的调节，例如心律失常的治疗。
因此，探究膜电位的离子成分有着重要的指导意义。
生物物理学研究细胞膜电位调控机制
生物物理学研究细胞膜电位调控机制随着神经科学的发展，人们对神经细胞的活动以及神经疾病的发生机制逐渐有了深入的了解。
神经细胞是构成神经系统的基本单元，其内部的电气活动对神经系统的信息传递至关重要。
而细胞膜电位的调控则是影响神经细胞电气活动的最重要的因素之一。
本文将从生物物理学的角度探讨细胞膜电位调控机制的研究进展。
1. 细胞膜电位的意义细胞膜是细胞与外界的分界线，其内部和外部可以分别维持不同的离子浓度。
细胞膜内外离子浓度的不同以及离子通道的开关控制了细胞膜电位的变化。
细胞膜电位的变化是神经细胞电气活动的基础，而神经元的电气活动是神经系统信息传递的核心。
因此，细胞膜电位对维持神经系统的正常功能至关重要。
2. 离子通道和膜电位的关系离子通道是细胞膜上负责离子转运的重要蛋白质，其开关状态可以调控细胞膜电位的变化。
通过离子通道，细胞内的离子可以流入或流出细胞，从而影响细胞内外离子浓度的平衡。
人们发现，细胞膜上不同类型的离子通道表现出不同的电学特性，比如离子选择性、电压门控调控等。
这些不同的特性使得不同的离子通道在不同的电导状态下对细胞膜电位的影响不同。
3. ATP敏感性钾离子通道ATP敏感性钾离子通道是一类广泛分布于人体各部位的离子通道，其具有双重灵敏特性：一方面受细胞内ATP水平的调控，另一方面受细胞膜电位/离子浓度的调控。
在神经元中，ATP敏感性钾离子通道的开闭调节是细胞膜电位调控的重要机制之一。
研究表明，神经元兴奋状态下，细胞膜电位降低导致ATP敏感性钾离子通道的开放，从而促进K+离子的外流，细胞膜电位的恢复。
4. 其他膜电位调控机制除了ATP敏感性钾离子通道，细胞膜电位的调节还涉及其他离子通道的开闭，以及离子泵的调节等多种机制。
比如电压门控离子通道的开闭状态受细胞膜电位的调节，而离子泵则通过耗能将Na+、K+离子逆浓度梯度运输，从而维持细胞内外离子的平衡。
这些机制的协同作用，使得细胞膜电位可以快速地调节，对神经细胞的电气活动起到关键的调控作用。
线粒体膜电位与细胞生存的关系
线粒体膜电位与细胞生存的关系线粒体是细胞内的一个重要细胞器，它的主要功能是将养分氧化成能量(ATP)。
线粒体中有一种叫做“线粒体内膜电位”的生化物质，它是线粒体内外膜的电场差，也就是膜电位（Δψm）。
膜电位对细胞有着重要的作用，它是影响线粒体ATP合成、细胞凋亡以及氧化还原状态等关键的因素之一。
膜电位的变化直接影响了细胞内能量代谢的过程，从而决定着细胞的生命与死亡。
1.膜电位与ATP合成线粒体细胞膜电位（Δψm）是调节ATP合成的关键因素之一。
ATP合成需要通过碳水化合物、脂质和蛋白质发生氧化反应，产生一系列的氧化还原反应。
这些氧化还原反应所产生的电子，最终被线粒体的电子传递链接收，最终被用来化合合成ATP。
膜电位是由电子呼吸链的膜上的质子泵和质子泄漏进行维持和调节的。
通过膜电位的维持，可以使线粒体能够稳定、高效地合成ATP，而且膜电位的降低则会对ATP合成产生重大的影响。
2.膜电位与细胞凋亡调节细胞死亡是膜电位以及线粒体的另一个重要作用。
膜电位降低可能诱导细胞凋亡，这种现象称为线粒体途径的细胞凋亡。
线粒体途径凋亡与膜电位的调控相关，因为膜电位的改变直接会影响给质膜的电荷变化。
这些变化能够调控特定通道和分子的锁定和释放，导致线粒体内酶的活化和随后凋亡的发生。
当线粒体内外膜靠近时，也会导致膜电位的下降，同时释放细胞内的酶，这正是细胞凋亡的一种典型表现。
3.膜电位与氧化还原状态线粒体膜电位与细胞氧化还原状态息息相关。
线粒体膜电位的高低会引起细胞内外氧化还原环境的改变，从而影响线粒体内外膜之间的电子流。
在正常的情况下，线粒体通过调节内外膜之间的电荷分布使部分电子向外流动或停留，从而控制氧化还原反应的进行，固定氧化还原系统的电位。
如果线粒体膜电位降低，电子会流输到线粒体外膜，生成自由基(Radical)并引起氧化应激反应。
同时，如果细胞膜电位过高，又会使细胞里的氧化还原系统处于还原态，使氧化和凋亡过程受到影响。
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细胞膜电位
百科名片
组织细胞安静状态下存在于膜两侧的电位差，称为静息电位，或称为膜电位。
编辑本段细胞膜电位分静息电位与动作电位。
1、静息电位
细胞在安静状态时，正电荷位于膜外一侧（膜外电位为正），负电荷位于膜内一侧（膜内电位为负，）这种状态称为极化。
如果膜内外电位差增大，即静息电位的数值向膜内负值加大的方向变化时，称为超极化。
相反地，如果膜内外电位差减小，即膜内电位向负值减小的方向变化，则称为去极化或极化。
一般神经纤维的静息电位如以膜外电位为零，膜内电位为-70～-90mv。
静息电位是由于细胞内K+出膜，膜内带负电，膜外带正电导致的。
2、动作电位
当细胞受刺激时，在静息电位的基础上可发生电位变化，这种电位变化称为动作电位。
动作电位的波形可因记录方法不同而有所差异以微电极置于细胞内，记录到快速、可逆的变化，表现为锋电位；锋电位代表细胞兴奋过程，是兴奋产生和传导的标志。
锋电位在示波器上显示为灰锐的波形，它可分为上升支和一个下降支。
上升支先是膜内的负电位迅速降低到零的过程，称为膜的去极化（除极），接着膜内电位继续上升超过膜外电位，出现膜外电位变负而膜内电位变正的状态，称为反极化。
下降支是膜内电位恢复到原来的静息电位水平的过程，称为复极化。
锋电位之后到完全恢复到静息电位水平之前，还有微小的连续缓慢的电变化，称为后电位。
心肌细胞的生物电现象和神经纤维、骨骼肌等细胞一样，包括安静时的静息电位和兴奋时的动作电位，但有其特点。
心肌细胞安静时，膜内电位约为-90mv。
心肌细胞静息电位形成的原理基本上和神经纤维相同。
主要是由于安静时细胞内高浓度的k﹢向膜外扩散而造成的。
当心肌细胞接受刺激由静息状态转入兴奋时，即产生动作电位。
其波形与神经纤维有较大的不同，主要特征是复极过程复杂，持续时间长。
心肌细胞的某一点受刺激除极后，立即向四周扩散，直至整个心肌完全除极为止。
已除极处的细胞膜外正电荷消失，未除极处的细胞膜仍带正电而形成电位差。
除极与未除极部位之间的电位差，引起局部电流，由正极流向负极。
复极时，最先除极的地方首先开始复极，膜外又带正电，再次形成复极处与未复极处细胞膜的电位差，又产生电流。
如此依次复极，直至整个心肌细胞的同时除极也可以看
成许多电偶同时在移动，不论它们的强度和方向是否相同，这个代表各部心肌除极总效果的电偶称为等效电偶。
心脏的结构是一个立体，它除极时电偶的方向时刻在变化，表现在心电图上，是影响各波向上或向下的主要原因。
由于各部心肌的大小、厚薄不同，心脏除极又循一定顺序，所以心脏除极中，等效电偶的强度时刻都在变化。
它主要影响心电图上各波的幅度。
人体是一个容积导体，心脏居人体之中，心脏产生的等效电偶，在人体各部均有它的电位分布。
在心动周期中，心脏等效电偶的电力强度和方向在不断地变化着。
身体各种的电位也会随之而不断变动，从身体任意两点，通过仪器（心电图机）就可以把它描记成曲线，这就是心电图。
随着分子生物学和膜的超微结构研究的进展，人们更试图从膜结构中某些特殊蛋白和其他物质的分子构型的改变，来理解膜的通透性能的改变和生物电的产生，这将把生物电现象的研究推进到一个新阶段。