膜电位变化及其测量

生物物理学中的神经元膜电位测量神经元膜电位测量是生物物理学中的一个重要研究领域。

它涉及的是神经元膜上的电势变化，可以帮助我们理解神经元的功能和行为。

在本文中，我们将介绍神经元膜电位测量的原理、方法和应用。

神经元是构成神经系统的基本单位，它通过与其他神经元相互作用来实现神经信号的传递和信息加工。

神经元膜上有许多离子通道，它们可以控制离子的通透性，从而改变神经元膜上的电势。

当神经元接收到外界的信号时，这些离子通道可以打开或关闭，导致膜上的电位发生变化，从而传递神经信号。

神经元膜电位测量的原理是利用电极记录神经元膜上的电位变化。

一般来说，这种测量可以通过纤维光学或者电极实现。

纤维光学是利用荧光染料标记神经元，并通过光学显微镜观察荧光的变化来记录膜电位的变化。

而电极则是将微小的电极插入神经元膜中，通过电流记录膜电位的变化。

这两种方法各有优缺点，用户可以根据自己的需要选择使用。

神经元膜电位测量可以应用于很多领域，例如神经科学、药物研究、生命科学和医学。

在神经科学中，可以使用神经元膜电位测量来研究神经元响应不同类型的刺激的机制，比如触须受体的感知机制。

在药物研究中，可以使用神经元膜电位测量来评价不同药物的效果，以及研究药物对神经元膜电位的影响。

在医学中，神经元膜电位测量可以帮助医生诊断一些神经系统疾病，例如帕金森病和癫痫。

虽然神经元膜电位测量有着广泛的应用前景，但是也存在一些局限性。

首先，这种技术需要对神经元进行侵入式操作，这样可能会对神经元的结构和功能产生影响。

其次，神经元膜电位测量需要高度的技术水平，这会对研究人员提出较高的要求。

综上所述，神经元膜电位测量是生物物理学中非常重要的一项研究技术，它可以帮助我们深入了解神经元的功能、研究药物的效果以及诊断神经系统疾病。

虽然这种技术存在一些局限性，但是它的广泛应用前景使得神经元膜电位测量成为一个备受关注的领域。

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。

[拓展微课10] 神经调节的膜电位测定与相关实验探究一、膜电位的测量以及电流表指针的偏转问题拓展梳理1.膜电位的测量测量方法测量图解测量结果电表两极分别置于神经纤维膜的内侧和外侧电表两极均置于神经纤维膜的外侧2.在神经纤维上的电流表指针偏转问题1）探究兴奋在神经纤维上的双向传导⇒{①刺激a点，b点兴奋早于→d点⇒电流计指针先往左后往右两次偏转②刺激c点，b、d同时兴奋⇒电流计指针不偏转⇒刺激c点，b点兴奋早于→d点⇒电流计指针先往左后往右两次偏转⇒刺激c点，b处电流计指针先往右后往左两次偏转，肌肉发生收缩2）探究兴奋在神经元之间的单向传递⇒{①电刺激a上一点，测量b上有电位变化②电刺激b上一点，测量a上无电位变化⇒{①刺激b点，a点兴奋早于→d点，电流计指针发生两次方向相反的偏转②刺激c点，a点不兴奋，d点可兴奋，电流计指针只发生一次偏转拓展微练1. [2020湖南湘东七校联考]图1是微型电压表测量神经纤维膜内外电位的装置图；图2是神经纤维某处由静息电位→动作电位→静息电位的膜电位变化曲线，该过程中存在Na+外流和K+内流现象。

下列叙述正确的是( C )图1图2A. 图1测得的电位相当于图2中BD段的电位B. 图2中C和E点神经纤维膜上Na+的跨膜运输速率相同C. 图2中Na+外流和K+内流现象最可能发生在FG段D. 由图2曲线走势可以得出兴奋的传导是双向的[解析]图1测得的电位是外正内负，为静息电位，对应图2中的AB段，A错误。

图2中C点钠离子通道是开放的，钠离子内流速率较快；而E点钠离子通道已经关闭，钾离子通道是开放的，B错误。

图2中钠离子外流和钾离子内流是Na+−K+泵作用的结果，该过程最可能发生在FG段，C正确。

由图2无法得知兴奋的传导是单向的还是双向的，D错误。

2. 在神经纤维（图1）和突触结构（图2）的表面连接灵敏电流计，以a、b、c、d为刺激点（a点与左右两个接点等距）。

根据刺激时灵敏电流计的偏转情况，探究神经纤维上的兴奋传导及突触处的兴奋传递，相关说法正确的是( B )图1图2A. 分别在a、b、c、d处给予足够强度的刺激，刺激d点时指针只偏转1次、其余都偏转2次B. 若仅刺激图1中某个刺激点证明兴奋在神经纤维上的双向传导，需要改变刺激点或接点位置C. 刺激b点，指针先向左后向右偏转D. 刺激d点灵敏电流计指针只偏转1次，即可证明突触传递的单向性[解析]刺激a点时兴奋同时到达电流计两极，电流计不偏转；刺激b、c两点指针偏转2次；刺激d点，由于兴奋只能从突触前膜向突触后膜单向传递，指针只偏转一次，A错误。

加强提升课(6) 膜电位测定及相关的实验探究突破一 膜电位的变化及测量1．膜电位峰值变化的判断（1）K ＋浓度只影响静息电位⎩⎪⎨⎪⎧K ＋浓度升高→电位峰值升高K ＋浓度降低→电位峰值降低 （2）Na ＋浓度只影响动作电位⎩⎪⎨⎪⎧Na ＋浓度升高→电位峰值升高Na ＋浓度降低→电位峰值降低 2．膜电位的测量(1)膜电位的测量方法 测量方法 测量图解 测量结果电表一极接膜外，另一极接膜内电表两极均接膜外(内)侧1．将神经细胞置于相当于细胞外液的溶液(溶液S)中，可测得静息电位。

给予细胞一个适宜的刺激，膜两侧出现一个暂时性的电位变化，这种膜电位变化称为动作电位。

适当降低溶液S 中的Na ＋浓度，测量该细胞的静息电位和动作电位，可观察到( )A ．静息电位值减小B ．静息电位值增大C ．动作电位峰值升高D ．动作电位峰值降低 解析：选D 。

静息电位的产生是由于细胞内K ＋外流，动作电位的产生是由Na ＋内流导致的，如果减少溶液S 中的Na ＋浓度，则会导致动作电位形成过程中Na ＋内流量减少，而使峰值降低。

2．(2020·天津模拟)如图表示枪乌贼离体神经纤维在Na ＋浓度不同的两种海水中受刺激后的膜电位变化情况。

下列描述错误的是()A．曲线a代表正常海水中膜电位的变化B．两种海水中神经纤维的静息电位相同C．低Na＋海水中神经纤维静息时，膜内Na＋浓度高于膜外D．正常海水中神经纤维受刺激时，膜外Na＋浓度高于膜内解析：选C。

分析题图曲线可知，曲线a表示神经纤维，受刺激后膜内电位上升，变为正值，之后又变为负值，符合动作电位曲线图，代表正常海水中膜电位的变化，A正确；a、b两条曲线的起点与终点的膜电位值相同，则说明两种海水中神经纤维的静息电位相同，B 正确；不论是低钠海水，还是正常海水，静息状态都是膜外Na＋浓度高于膜内，C错误；正常海水中神经纤维受刺激时，膜外Na＋浓度高于膜内，D正确。

3．下图是某神经纤维动作电位的模式图，下列叙述正确的是()A．K＋的大量内流是神经纤维形成静息电位的主要原因B．bc段Na＋大量内流，需要载体蛋白的协助，并消耗能量C．cd段Na＋通道多处于关闭状态，K＋通道多处于开放状态D．动作电位大小随有效刺激的增强而不断加大解析：选C。

膜电位的测量及曲线解读膜电位是指细胞膜内外之间的电位差，它在维持细胞功能和调控细胞活动中起着重要的作用。

测量膜电位可以帮助我们了解细胞的状态、功能以及与其他细胞的交流情况。

以下是膜电位的测量方法和曲线解读的相关内容。

一、膜电位的测量方法1. 玻璃微电极法：利用玻璃微电极将电信号转换为电压信号，通过插入细胞内进行测量。

这种方法具有高精度和高灵敏度的优点，是常用的测量膜电位的方法之一。

2. 插电极电位法：将电极插入细胞内外之间的细胞外液体中，测量细胞内外液体之间的电位差。

此方法便捷且适用范围广，但精确度相对较低。

3. 螺旋电极法：螺旋电极通过旋转插入细胞内部，利用旋转过程中的电平变化来测量膜电位。

这种方法在研究离子通道活动、动作电位等方面有较高的应用价值。

二、膜电位曲线的解读1. 静息膜电位：细胞处于静息状态时的膜电位称为静息膜电位。

正常细胞的静息膜电位通常为-70mV左右。

静息膜电位维持着细胞内外的稳定环境，是细胞正常功能的基础。

2. 动作电位：当细胞受到刺激时，膜电位会发生快速变化形成动作电位。

动作电位通常由快速上升的阶段（上升期）、平台期和快速下降的阶段（下降期）组成。

动作电位的形状和持续时间可以提供有关细胞类型和刺激特性的信息。

3. 膜电位变化的生理意义：膜电位的变化与细胞内外离子浓度差、离子通道的开放和关闭等因素密切相关。

膜电位的变化可以影响细胞内的信号传递、离子通道的激活和细胞兴奋性等生理过程。

总的来说，膜电位的测量和曲线解读是研究细胞功能和调控的重要手段。

通过准确测量膜电位及解读其曲线特征，我们可以更好地理解细胞内外环境的变化对细胞活动的影响，从而深入研究生物学和医学相关问题。

高中生物科学思维(8) 膜电位的测量及电表指针偏转的推断(2023·湖南卷)争论人员利用电压钳技术转变枪乌贼神经纤维膜电位，记录离子进出细胞引发的膜电流变化，结果如下图，图a 为比照组，图 b 和图 c 分别为通道阻断剂TTX、TEA 处理组。

以下表达正确的选项是( )A．TEA 处理后，只有内向电流存在B．外向电流由Na＋通道所介导C．TTX 处理后，外向电流消逝D．内向电流完毕后，神经纤维膜内Na＋浓度高于膜外解析：比照图a 和图c 可知，TEA 处理阻断钾通道后，只有内向电流存在，A 正确；比照图a 和图b 可知，TTX 处理阻断钠通道后，只有外向电流存在，再结合图c，可推断外向电流由K＋通道所介导，而内向电流由Na＋通道所介导，B、C 错误；内向电流(Na＋内流) 完毕后，神经纤维膜外Na＋浓度仍高于膜内，D 错误。

答案：A1.膜电位的测量及膜电位的曲线解读(1)膜电位测量的两种方法(2)电位差变化曲线图的分析对于电位差变化曲线的识别与分析，应从以下两点入手。

①看起点：假设起点位于横轴上，即起点电位差为0，说明的两个电极位于神经纤维细胞膜的同侧，如图2 所示；假设起点位于纵轴上(一般对应负电位)，说明的两个电极位于神经纤维细胞膜的两侧，如图1 所示。

②看峰值个数：如图1 所示，刺激一次只消灭一个峰值(C 点)，峰值对应的电位差与初始值(对应A 点)刚好位于横轴两侧，说明形成了动作电位；假设A、C 位于同侧，则未形成动作电位。

2.电表指针的偏转问题(1)在神经纤维上电表指针偏转问题①刺激a 点，b 点先兴奋，d 点后兴奋，电表指针发生两次方向相反的偏转。

②刺激c 点(bc＝cd)，b 点和d 点同时兴奋，电表指针不发生偏转。

(2)在神经元之间电流表指针偏转问题①刺激b点，由于兴奋在突触间的传递速度小于在神经纤维上的传导速度，a点先兴奋，d 点后兴奋，电表指针发生两次方向相反的偏转。