8.4-生物膜电位

当刺激的强度较大时，它只需持续较短的时间就足以引进 组织的兴奋，而当刺激的强度较弱时，这个刺激就必须持 续较长的时间才能引起组织的兴奋。
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

生物电位差，或称膜电位（membrane potential），是指在生物细胞膜两侧存在的电荷分布差异所形成的电位差。

具体到神经细胞或其他兴奋性细胞中，这种电位差是由于细胞膜对不同离子的通透性和浓度梯度相互作用的结果。

在静息状态下（即未受刺激时），神经细胞膜内K+离子浓度高于膜外，而Na+离子浓度则相反。

通过选择性离子通道，尤其是K+通道，使得K+离子顺浓度梯度向膜外扩散，形成相对稳定的膜电位状态，通常表现为膜内为负电位（约为-70mV），膜外为正电位。

当神经纤维某部位受到刺激时，膜上的电压门控Na+通道开放，Na+离子快速流入细胞内部，导致膜内电位迅速上升，超过0mV并达到正值，这一过程被称为去极化。

此时，原本存在于膜两侧的电位差发生了显著变化，形成了动作电位（action potential）。

在动作电位之后，离子泵将重新建立和维持静息状态下的电位差。

所以，生物电位差是一个描述细胞内外电荷分布状态的重要指标，在神经传导、肌肉收缩以及其他生理过
程中起着至关重要的作用。

ac段——动作电位的形 成：神经细胞受刺激时， Na＋通道打开，Na＋大量 内流，导致膜电位迅速逆 转，表现为外负内正。
膜电位变化曲线
ce段——静息电位的恢复：Na＋通 道关闭，K＋通道打开，K＋大量外 流，膜电位恢复为静息电位后，K ＋通道关闭。
c
膜电位/mV
0
刺激 a
b
d

ef段——一次兴奋完成后，钠钾泵将流 入的Na＋泵出膜外，将流出的K＋泵入膜 内，以维持细胞外Na＋浓度高和细胞内 K＋浓度高的状态，为下一次兴奋做好准
f e
O
时间/ms
a点之前——静息电位：神经细胞膜对K＋的通 透性大，对Na＋的通透性小，主要表现为 K＋外流，使膜电位表现为外正内负。

新药筛选
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。