生理学——细胞的生物电现象
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细胞的⽣物电现象即膜电位,是讲存在于细胞膜两侧的电位差。
注意:是对细胞膜内外两侧电位的⽐较,⽽不是讲的“细胞膜上”的电位。
因为,实验中发现:细胞膜表⾯任何两点间并不存在有电位差。
若将微电极插⼊细胞内,⽤“细胞内测量法”进⾏测量,发现:细胞在未受到刺激的静息状态下,膜内电位低于膜外,呈内负外正的状态(⼜称极化),此时存在于膜两侧的电位差即为“静息电位(RP)”。
它主要与细胞膜对K+有⼀定的通透性,K+顺浓度差外流,⽽膜内带负电荷的⼤分⼦不能外流,从⽽打破了膜内外电中性状态,亦即RP主要是与K+外流⽽达平衡电位有关。
当细胞受到阈或阈上刺激时,细胞膜对Na+通透性增⼤,Na+顺浓度差经通道内流,膜内电位升⾼(指实际情况,⽽⾮指绝对值⼤⼩),当达阈电位时,引发Na+内流⼤量增加,导致膜内电位迅速升⾼,且超过膜外电位近30mv(超射),此为去极化过程;继⽽K+通透性增⼤,K+⼤量外流,膜内电位迅速下降直⾄原先RP的⽔平,是为复极化过程。
这种在刺激作⽤下,在RP基础上发⽣的膜两侧电位的迅速、可逆的倒转,称为“动作电位(AP)”。
AP包括去极化和复极化两个阶段,对应于图像上的上升⽀与下降⽀。
AP有两个特点:可扩布性和“全或⽆”现象。
以上是以神经细胞、⾻骼肌细胞为例讨论的。
可知,膜电位包括RP和AP两种,它们与离⼦跨膜转运有关,这种转运⼜取决于通道膜蛋⽩的状态。
通道具有⼀定的特异性,其备⽤、开放、关闭状态⼜有其化学依从性及电压依从性。
细胞膜上离⼦泵的活动,使Na+外流及K+内流(逆浓度差进⾏),有助于恢复膜内外离⼦的正常分布。
不同细胞其RP、AP的具体情况不⼀。
⽐如⼼室肌细胞的AP分为0、1、2、3、4五个时相。
各期分别与Na+内流、K+外流、K+外流与Ca++内流、K+外流及离⼦泵活动有关。
窦房结细胞、浦肯野⽒细胞等⾃律细胞,则在复极⾄第4期舒张电位后,⼜逐步缓慢地⾃动去极化,因⽽它们没有RP。
因为窦房结细胞膜在第4期存在着恒定的Ca++内流的背景电流,以及随时间⽽递减的K+外流,从⽽膜内电位逐步升⾼,当达阈电位则产⽣AP。
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。
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1.静息电位的概念:静息电位是指细胞处于安静状态(未受刺激)时,存在于细胞膜内外两侧的电位差,又称跨膜静息电位。
2.静息电位产生机制:细胞膜两侧带电离子的分布和运动是细胞生物电产生的基础。
静息电位也不例外。
1)产生的条件:①细胞内的K+的浓度高于细胞外近30倍。
②在静息状态下,细胞膜对K+的通透性大,对其他离子通透性很小。
2)产生的过程:K+顺浓度差向膜外扩散,膜内C1-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。
3.动作电位的概念:指可兴奋细胞受到刺激时,在静息电位的基础上爆发的一次膜两侧电位的快速可逆的倒转,并可以扩布的电位变化。
4.动作电位的产生机制1)产生的条件:①细胞内外存在着Na+的浓度差,Na+在细胞外的浓度是细胞内的13倍之多。
②当细胞受到一定刺激时,膜对Na+的通透性增加。
2)产生的过程:细胞外的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,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→跨膜离子移动和膜两侧电位达到一个新的平衡点,形成锋电位的上升支,该过程主要是Na+内流形成的平衡电位,故称Na+平衡电位。
在去极化的过程中,Na+通道失活而关闭,K+通道被激活而开放,Na+内流停止,膜对K+的通透性增加,K+借助于浓度差和电位差快速外流,使膜内电位迅速下降(负值迅速上升),直至恢复到静息值,由+30mV降至—90mV,形成动作电位的下降支(复极相)。
细胞的生物电现象的定义?分类?表现?原理?生物电现象是生物机体进行功能活动时显示出来的电现象,它在生物界普遍存在。
细胞的生物电现象主要表现为安静时膜的静息电位(Resting Potential) 和受到刺激时产生动作电位(Action Potential)。
1.静息电位安静时存在于细胞膜内外两侧的电位差,称为静息电位。
如图1-2 A、B所示,将连结示波器上的二个电极中的一个作为参考电极,置于枪乌贼巨大神经轴突的表面,另一个电极末端连接直径不到1微米的微细探测电极,该电极准备插入到神经纤维膜内。
当微电极尚在细胞膜外面时,只要细胞未受到刺激或损伤,无论微电极置于细胞膜外任何位置,示波器上始终记录不到电位差,表明膜外各点都呈等电位;当微电极刺破细胞膜进入轴突内部时,示波器上立即显示一个突然的电压降,并稳定在这一水平上,表明膜内外两侧有电位差存在,且膜内电位较膜外为负。
如果规定膜外电位为零,则膜内电位值大多在-10—-100mv之间。
例如,上述的枪乌贼巨大神经轴突,其静息电位为-50—-70mv,哺乳动物神经和肌肉的静息电位为-70—-90mv,人的红细胞则为-10mv等等。
大多数细胞的静息电位是一个稳定的直流电位,只要细胞末受到外来的刺激并保持正常的新陈代谢,静息电位就稳定在一个相对恒定的水平上。
生理学将静息电位存在时膜两侧所保持的内负外正状态,称为膜的极化(Polarization)。
在一定的条件下,如细胞受到刺激,膜的极化状态就可能发生改变。
如膜内电位负值减小,称为去极化或除极化(Depolarization);相反,如膜内电位负值增大,称超极化(Hyperpolarization);膜去极化后,复又恢复到安静时的极化状态,则称复极化(Repolarization)。
图1-2 静息电位和动作电位2.动作电位如果紧接上述实验,给予神经轴突一次有效刺激(上图C、D),则在示波器上可记录到一个迅速而短促的波动电位,即膜内、外的电位差迅速减少直至消失,进而出现两侧电位极性的倒转,由静息时膜内为负膜外为正,变成膜内为正膜外为负,然而,膜电位的这种倒转是暂时的,它又很快恢复到受刺激前的静息状态。