静息电位和动作电位形成的机理

静息电位和动作电位产生的具体原因伴随生命活动的电现象，称为生物电。

关于生物电在生命活动中所起的作用，目前还不十分清楚。

本节着重以神经纤维为例讨论细胞水平生物电的表现形式，即静息电位和动作电位。

一、静息电位及其产生机制（一）静息电位静息电位是指细胞在安静状态下，存在于细胞膜的电位差。

这个差值在不同的细胞是不一样的，就神经纤维而言为膜外电位比膜内电位高70～90mv。

如规定膜外电位为0，则膜内电位当为负值（-70～-90mv）。

细胞在安静状态时，保持比较稳定的外正内负的状态，称为极化。

极化状态是细胞处于生理静息状态的标志。

以静息电位为准，膜内负电位增大，称为超极化。

膜内负电位减小，称为去或除极化。

细胞兴奋后，膜电位又恢复到极化状态，称为复极化。

（二）静息电位产生的机制“离子学说”认为，细胞水平生物电产生的前提有二：①细胞内外离子分布和浓度不同。

就正离子来说，膜内K 浓度较高，约为膜外的30倍。

膜外Na 浓度较高约为膜内的10倍。

从负离子来看，膜外以Cl-为主，膜内则以大分子有机负离子（A-）为主。

②细胞膜在不同的情况下，对不同离子的通透性并不一样，如在静息状态下，膜对K 的通透性大，对Na 的通透性则很小。

对膜内大分子A-则无通透性。

由于膜内外存在着K 浓度梯度，而且在静息状态下，膜对K 又有较大的通透性（K 通道开放），所以一部分K 便会顺着浓度梯度向膜外扩散，即K 外流。

膜内带负电荷的大分子A-，由于电荷异性相吸的作用，也应随K 外流，但因不能透过细胞膜而被阻止在膜的内表面，致使膜外正电荷增多，电位变正，膜内负电荷增多，电位变负。

这样膜内外之间便形成了电位差，它在膜外排斥K 外流，在膜内又牵制K 的外流，于是K 外流逐渐减少。

当促使K 流的浓度梯度和阻止K 外流的电梯度这两种抵抗力量相等时，K 的净外流停止，使膜内外的电位差保持在一个稳定状态。

因此，可以说静息电位主要是K 外流所形成的电一化学平衡电位。

静息电位和动作电位静息电位和动作电位一、静息电位1、概念表述静息电位是指组织细胞静止状态下存在于膜内外两侧的电位差，呈外正内负的极化状态。

2、产生条件（1）细胞膜内外离子分布不平衡。

就正离子来说，膜内K+浓度较高，约为膜外的30倍。

膜外Na+浓度较高约为膜内的10倍。

从负离子来看，膜外以Cl-为主，膜内则以大分子有机负离子（A-）为主。

（2）膜对离子通透性的选择。

在静息状态下，膜对K+的通透性大，对Na+的通透性则很小(Na+通道关闭)，对膜内大分子A-则无通透性。

3、产生过程K+顺浓度差向膜外扩散，膜内A-因不能透过细胞膜被阻止在膜内。

致使膜外正电荷增多，电位变正，膜内负电荷相对增多，电位变负，这样膜内外便形成一个电位差。

当促使K+外流的浓度差和阻止K+外流的电位差这两种拮抗力量达到平衡时，使膜内外的电位差保持一个稳定状态，即静息电位。

这就是说，细胞内外K+的不均匀分布和安静状态下细胞膜主要对K+有通透性，是使细胞能保持内负外正的极化状态的基础，所以静息电位又称为K+的平衡电位。

二、动作电位1、概念表述动作电位是指可兴奋细胞受到刺激时，在静息电位的基础上发生的一次快速扩布性电位变化。

2、产生条件（1）细胞膜内外离子分布不平衡。

细胞内外存在着Na+浓度差，Na+在细胞外的浓度是细胞内的13倍之多。

（2）膜对离子通透性的选择。

细胞受到一定刺激时，膜对Na+的通透性增加3、产生过程（1）去极化：细胞受到阀上刺激→细胞外Na+顺浓度梯度流人细胞内→当膜内负电位减小到阈电位时Na+通道全部开放→Na+顺浓度梯度瞬间大量内流（正反馈倍增）→细胞内正电荷增加→膜内负电位从减小到消失,进而出现膜内正电位→膜内正电位增大到足以对抗由浓度差所致的Na+内流→膜两侧电位达到一个新的平衡点。

该过程主要是Na+内流形成的平衡电位，可表示为动作电位模式图的上升支。

（2）复极化：达峰值时Na+通道迅速关闭而失活→Na+内流停止→K+通道被激活→膜对K+的通透性增加→K+借助于浓度差和电位差快速外流→膜内电位迅速下降（负值迅速上升）→电位恢复静息值。

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。

静息电位和动作电位及其产生原理
静息电位是指神经细胞在静止状态下的电位差，通常为-70mV。

静息电位的产生是由于细胞膜内外的不均匀分布导致的离子梯度，主要涉及Na+、K+和Cl-等离子。

在静息状态下，细胞膜
内外的Na+电压门控通道关闭，K+通道半开放，Cl-通道也处
于相对关闭状态，使得细胞内外的电荷分布不平衡，从而产生电位差。

当受到刺激时，细胞膜上的Na+通道打开，Na+离子向细胞内
流动，导致细胞内的电位快速升高，形成快速升高的脉冲，即动作电位。

动作电位是在神经细胞上短暂的电压变化，其主要特点是快速变化、时程短暂和不可逆转。

动作电位的传导是沿着神经细胞的轴突进行的，通过离子的运动和细胞膜的极化过程实现。

总而言之，静息电位和动作电位是神经细胞在不同状态下的电位变化，静息电位是细胞处于静止状态下的电位差，动作电位是细胞在受到刺激而产生的快速电位变化，二者之间通过离子通道的打开和关闭来实现。

静息电位（Resting Potential , RP ）概念：静息电位是指细胞未受刺激时，存在于细胞膜内外两侧的外正内负的电位差。

由于这一电位差存在于安静细胞膜的两侧，故亦称跨膜静息电位，简称静息电位或膜电位。

形成机理：静息电位产生的基本原因是离子的跨膜扩散，和钠- 钾泵的特点也有关系。

细胞膜内K+浓度高于细胞外。

安静状态下膜对K+通透性大， K+顺浓度差向膜外扩散，膜内的蛋白质负离子不能通过膜而被阻止在膜内，结果引起膜外正电荷增多，电位变正；膜内负电荷相对增多，电位变负，产生膜内外电位差。

这个电位差阻止K+进一步外流，当促使K+外流浓度差和阻止K+外流的电位差这两种相互对抗的力量相等时，K+外流停止。

膜内外电位差便维持在一个稳定的状态，即静息电位。

测定静息电位的方法：插入膜内的是尖端直径＜1μm的玻璃管微电极，管内充以KCl溶液，膜外为参考电极，两电极连接到电位仪测定极间电位差。

静息电位都表现为膜内比膜外电位低，即膜内带负电而膜外带正电。

这种内负外正的状态，称为极化状态。

静息电位是一种稳定的直流电位，但各种细胞的数值不同。

哺乳动物的神经细胞的静息电位为-70mV（即膜内比膜外电位低70mV），骨骼肌细胞为-90mV，人的红细胞为-10mV。

静息电位的产生与细胞膜内外离子的分布和运动有关。

正常时细胞内的K+浓度和有机负离子A-浓度比膜外高，而细胞外的Na+浓度和Cl-浓度比膜内高。

在这种情况下，K+和A-有向膜外扩散的趋势，而Na+和Cl-有向膜内扩散的趋势。

但细胞膜在安静时，对K+的通透性较大，对Na+和Cl-的通透性很小，而对A-几乎不通透。

因此，K+顺着浓度梯度经膜扩散到膜外使膜外具有较多的正电荷，有机负离子A-由於不能透过膜而留在膜内使膜内具有较多的负电荷。

这就造成了膜外变正、膜内变负的极化状态。

由K+扩散到膜外造成的外正内负的电位差，将成为阻止K+外移的力量，而随着K+外移的增加，阻止K+外移的电位差也增大。

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
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。

静息电位,动作电位的产生机制及影响其大小的主要因素一、静息电位（resting potential, RP）1、概念：静息电位：细胞在静息（未受刺激）状态下膜两侧的电位差称静息电位（膜电位）2、静息时细胞的特点静息时细胞内外离子的特点：①细胞内[K+]一般比细胞外液高30倍；②细胞内带负电荷的生物大分子(主要是蛋白质)比细胞外液高10倍；③细胞外液中[Na+]和[CL-]都比细胞内高20倍。

所以，细胞内正离子主要为K+，负离子主要为带负电荷的蛋白质分子。

细胞外正离子主要为Na+，负离子主要为CL- 。

静息时细胞膜的选择通透性：①带负电荷的蛋白质分子完全不可通过；②Na+和CL-通透性极小；③K+有较大的通透性。

3、静息电位形成的机理：细胞内的K+在细胞膜内外浓度差（内高外低）作用下携带正离子外流，当膜内外K+浓度差（K+外流动力）和K+外流所形成的电位差（K+外流阻力）达到动态平衡时，K+的净通量为零，此时所形成的电位差稳定于某一数值而不再增加，即形成静息电位；所以说静息电位实质为K+外流所形成的跨膜电位。

细胞内外的K+不均衡分布和静息状态下细胞膜对K+的通透性是细胞在静息状态下保持极化状态的基础。

二、动作电位1. 动作电位的概念动作电位（action potential）：可兴奋组织接受刺激而发生兴奋时，细胞膜原有的极化状态立即消失，并在膜的内外两侧发生一系列的电位变化，这种变化的电位称为动作电位。

2. 动作电位形成的机理证明：①人工地改变细胞外液Na+浓度，动作电位上升支及其幅度也随之改变，*海水实验；②用河豚毒阻断Na+通道后，动作电位幅度↓或消失；③膜片钳实验。

3.动作电位组成动作电位的扫描波形包括升支和降支两部分。

如采用慢扫描并高度放大，则升支和降支的开始部分显示为尖锐的剑锋状，故动作电位又称为锋电位。

动作电位的升支代表细胞受到刺激后膜的去极化和反极化过程，即膜内电位由静息时的-70毫伏逐渐减小到-55毫伏（由于这一膜电位可以激发动作电位产生，故把-55毫伏的膜电位称为阈电位）；然后，膜电位再减小到0毫伏（去极化结束）；最后膜电位由0毫伏迅速上升到+35毫伏（反极化）。

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。