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第三节 细胞的生物电现象及其产生

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动物生理学 第三节 细胞的生物电现象1

动物生理学 第三节 细胞的生物电现象1


可兴奋细胞的兴奋性变化

绝对不应期 在兴奋发生的当时以及兴 奋后最初的一段时间，无论施 加多强的刺激都不能使细胞再 次兴奋，这段时期称为…

相对不应期
在绝对不应期之后，细胞的 兴奋性逐渐恢复，受刺激后可发 生兴奋，但刺激强度必须大于原 来的阈强度，这段时期称为…


可兴奋细胞的兴奋性变化
超常期 相对不应期过后，有的细胞 还会出现一个兴奋性轻度高于正 常水平的时期，这段时期称为…
4. 可兴奋细胞及其兴奋性
受刺激后能产生动作电位的细胞，称为可兴奋细胞(excitable cell)，
主要包括神经细胞、肌细胞和腺细胞。神经细胞产生的动作电位能沿着细 胞膜传播，从而实现神经冲动的传导；肌细胞兴奋后，可以通过兴奋－收 缩偶联(excitation-contraction coupling)而发生收缩；腺细胞兴奋后，可以 通过兴奋－分泌偶联(excitation-secretion动作电位的传播
无 髓和 神肌 经细 纤胞 维
（4）动作电位的传播
有髓神经纤维
3.电紧张电位和局部反应

电紧张电位（自学） 局部反应 local response
当给予细胞一个阈下刺激时，可能在受刺激的局部细胞膜产 生一个幅度较小的去极化，但尚不能达到阈电位，因而不能触发 动作电位。这种产生于膜的局部、较小的去极化反应称为… 局部反应没有不应期，虽然一次阈下刺激引起的一个局部反 应不能引发动作电位，但如果在同一部位连续给予多个刺激，形 成的多个局部反应会在时间上相叠加，即发生时间总和，或者如 果在相邻部位同时给予多个刺激，形成的多个局部反应会在空间 上相叠加，即发生空间总和，都有可能导致膜去极化到阈电位， 从而爆发动作电位。

细胞的生物电现象及兴奋的引起和传导 课件

细胞的生物电现象及兴奋的引起和传导 课件
阈下刺激、局部反应及其总和
• 阈下刺激可引起局部兴奋 • 不表现全或无现象，可随刺激强度增加而增大
• 局部膜电位变化只能以电紧张方式向临近细胞膜 扩布，随距离增大而逐渐减小，不能传导到远处
• 可以总和，即几个阈下刺激引起的局部反应可以 叠加
兴奋的引起
阈电位（threshold potential）和动作电位 阈下刺激、局部反应及其总和
➢是细胞膜在静息电位基础上发生一次膜两侧电位快速 而可逆的倒转和复原
生物电现象产生的机制
细胞膜内外的离子分布 及膜对离子的通透性
膜内K+、带负电的大分 子有机物
• 膜外Na+、Cl-
• 静息状态下，膜对K+ 的通透性最大，Cl-次 之，对Na+的通透性很 小，对带负电的大分子 有机物几乎不通透
• 兴奋时，膜对Na+的通 透性突然增大
生物电现象产生的机制
细胞膜内外的离子分布及膜对离子的通透性
静息电位与K+平衡电位
• 安静时细胞膜只对K+有选择性通透 • 当浓度差促使K+外移的力量与电位差阻止K+外移的
力量达到平衡时，膜对K+的净通量为零，此时，膜 两侧的电位差稳定于某一数值不变，即静息电位， 又称K+的平衡电位
动作电位与Na+平衡电位
• 动作电位具有“全或无”现象
动作电位的幅度不随刺激强度的增强而增大，动作 电位在传导过程中其幅度不衰减
当细胞受到刺激 细胞膜上少量Na+通道激活而开放 Na+顺浓度差少量内流→膜内外电位差↓ 当膜内电位变化到阈电位时→Na＋通道大量开放 Na+顺电化学差和膜内负电位的吸引→迅速内流 膜内负电位减小到零并变为正电位（AP上升支） Na+通道关→Na+内流停+同时K+通道激活而开放 K＋顺浓度差和膜内正电位的作用→K＋迅速外流 膜内电位迅速下降，恢复到RP水平（AP下降支） ∵ [Na+]i↑、[K+]O↑→激活Na+-K+泵 Na+泵出、K+泵回，离子恢复到兴奋前水平

细胞的生物电现象

细胞的生物电现象
• 动作电位（action potential，AP）是指可兴 奋细胞在受到有效刺激后，在静息电位的 基础上，细胞膜产生的一次快速的可传播 的电位变化。
• 动作电位和静息电位不同，是一个电位连 续变化的过程，动作电位是细胞兴奋的标
（二）动作电位的 形成过程
• 在给神经纤维一 次有效的刺激后， 示波器上会显示 出一个动作电位 的波形，即在受 刺激局部的细胞 膜上产生了一次 快速的，连续的 电位变化。该电 位变化主要由两 部分构成：锋电 位和后电位。
• 当促使Na+内流的浓度差和阻止Na+内流的电位差，这两种拮抗力量相 等时，Na+的净内流停止，此时膜电位达到峰值。
• 因此，可以说动作电位的峰值相当于Na+内流所形成的电-化学平衡电 位。
2．复极化过程 • 当膜电位达到峰值时，细胞膜的Na+通道迅速关闭，而K+通道开放，于
是细胞内的K+顺浓度差向细胞外扩散，导致膜内负电位增大，直至恢复 到静息时的数值。
第三节 细胞的生物电现象
• 在生命活动的过程中，细胞始终存在着电， 我们把这种电现象称为生物电现象。
• 生物电是一切活细胞存在的基本生命现象， 也是生理学重要的基础理论。它主要包括静 息电位和动作电位两部分
一、静息电位及其产生机制
（一）静息电位的概念
• 静息电位（resting potential，RP）是指细胞 处于静息状态下，细胞膜两侧存在的电位 差。它是一切生物电产生或变化的基础。
• 静息电位的大小，主要由细胞内外K+的浓度决定。
– 通常，细胞内的K+浓度变动很小，因此造成细胞内外K+浓度差改变 的主要是细胞外的K+浓度。如细胞外K+增高，会使细胞内外K+浓度 差减小，从而使K+外流的动力减小，K+外流减少，最终导致静息电 位减小。

细胞的生物电现象(精)PPT课件

细胞的生物电现象(精)PPT课件

(mV)
————————————————————————
Na+
145
12
+67
K+
4
155
-98
Cl-
120
4
-90
有机负离子
155
___________________________________________
6
离子跨膜移动的驱动力：
1.浓度梯度——化学驱动力 顺浓度梯度：易化扩散
2.电位梯度——电场驱动力 顺电场力： 正离子：正电场→负电场 负离子：负电场→正电场
20
AP的过程
锋电位
AP 后电位
+35
上升支(-70mV→+35mV)
下降支(+35mV→-70mV)
锋电位
0
-55 -70
刺激
负后电位 正后电位
21
★单一细胞动作电位的特点:
(1)具“全或无(all-or-none)”性质: 阈下刺激时，AP一点也不产生； 阈(上)刺激时,AP一产生即达最大.
(实测值：-90mV)
17
细胞静息时的其他跨膜离子流:
① 一恒定的Na+内流(小于K+外流): 作用：中和一部分膜内的负电荷，而使膜 内电位负值减小, 静息电位的值小 于Ek (即去极化)。
② 钠泵的活动: 钠泵的生电性作用 作用：增大膜两侧电位差(超极化)
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影响静息电位水平的因素:
① 膜两侧的[K+]差值: 正相关; 例如, [K+]o升高时,RP值减小.
(1)如膜电位由-70mV变为-80mV, 称为: 膜电位的绝对值增大， 膜内负值增大， 膜两侧的电位差增大， 膜电位增大。

细胞—细胞的生物电现象(人体解剖生理学)

细胞—细胞的生物电现象(人体解剖生理学)

(三）动作电位的产生条件：
1.阈电位（TP）： 概念:指能触发动作电位的膜电位临界值。 阈电位一般比静息电位的绝对值小10-20mV。而由静息
电位去极化达到阈电位是产生动作电位的必要条件。
细胞兴奋性的高低与细胞的静息电位和阈电位的距离呈 反变关系。
2. 局部兴奋
概念： 指由阈下刺
激引发产生于 膜的局部，较 小的去极化反 应称局部兴奋。 产生的电位称 局部电位。
1.上升支：Na+平衡电位。 既Na+内流所形成的电-化学平衡电位。
2. 下降支：Na+平衡电位转变 为K+平衡电位，主要由细胞内 K+外流而产生。 3.复极后：钠泵激活，使细胞 膜内外的离子分布恢复到安静 时的水平。 膜内Na+↑或膜外K+↑→钠泵 激活→排出Na+、摄入K+
结论 ： AP 上升支：由Na＋内流形成的平衡电位。 下降支：是K＋外 流形成的平衡电位。 （后电位与Na＋－K＋泵活动有关。）
特点：• ①不具有“全或无”现象。 ②衰减性传导 ③具有总和效应
时间性总和 空间性总和
（四）兴奋在同一细胞上的传导
1.概念：动作电位在同一细胞上的传播过程。在神经纤维传导 的动作电位称神经冲动。 2.传导机制：局部电流学说
3.传导方式： 无髓鞘N纤维的兴奋传导为近距离局部电流； 有髓鞘N纤维的兴奋传导为远距离局部电流(跳跃式)。
实验现象
刺激 2.动作电位的演变过程
局部电位
上
阈电位
去
去极化
升
去极化
极
支
零电位
化
反极化（超射） 下
降
复极化
支
（负、正）后电位
复极化 阈电位

第三讲细胞的生物电现象幻灯片

第三讲细胞的生物电现象幻灯片
①膜外K＋浓度与膜内K＋浓度的差值决定EK ，因而细 胞外K＋浓度的改变会显著影响静息电位
②膜对K＋和Na＋的相对通透性可影响静息电位的大小
③钠-钾泵活动的水平对静息电位也有一定程度的影响。
第三节 细胞的生物电现象
二、动作电位及其产生机制
（一）细胞的动作电位
动作电位（action potential）：细胞受到适 当的刺激时，细胞膜在静息电 位基础上发生 的 一次迅速而短暂的可不衰减传导的电位。
（一）阈电位（threshold potential） 膜内负电位去极化到引起动作电位 的临界值。
动作电位的“全或无”性质 刺激神经或肌肉引起动作电位的产生，需要一定的 强度。能引起动作电位的最小刺激强度，称为刺激的 阈值。 刺激强度未达到阈值，动作电位不会发生；刺激达 到阈值后，就引发动作电位。 对单一细胞而言阈上刺激并不能增大动作电位的幅 度，此外动作电位在受刺激部位产生后，将沿着同一 细胞膜传播而幅度、波形不变。
刺激的极性法则： 使用直流电刺激可兴奋细胞， 之所以能使细胞产生兴奋，从根本上讲是电刺激改变 了细胞原来膜内外之间的电位差。细胞的静息膜电位 为外正内负，如果刺激使膜电位差值减小(去极 化)．细胞则兴奋；如果使膜电位差值增大(超极化)， 细胞则兴奋性降低(抑制)。
细胞膜外使用直流电刺激细胞，通电时兴奋只发生 在负极，正极的兴奋性下降；在持续通电期间不形成 刺激；断电时产生反向电流，兴奋只发生在正极。
局部电流：已兴奋处和未兴奋处因电位差而引起的电荷移动。
局部电流学说
兴奋点膜外为负电位，膜内为正电位， 而其邻近的非兴奋区恰与此相反，于是两 区域间产生局部电流并使其界面处依此发 生除极而产生动作电位的传播（扩布）。
局部电流符合电紧张性扩布的特征

第二章细胞第三节 细胞的电活动


Hodgkin&Huxley（英, 1939 ）
二、 动作电位（AP）
（一）AP的记录、概念、特点及意义
标本：神经纤维
AP的概念：可兴奋细胞在RP基础上接受有效刺激后，产生 的一个迅速的、可向远处传播的电位波动。
内向电流：阳离子内流或阴离子外流，可使膜去极化
外向电流：阳离子外流或阴离子内流，可使膜复极化或超极化
1. AP产生机制（过程）
（后去极化电位；
后超极化电位）
TP RP
-70 mV
Na+ Na+ Na+ － ＋－ ＋ ＋ －＋ －
＋
2K+ 3Na
+
K+ K+
－
K+ K+
ATP + 2K+ 3Na
St
（1）去极相（上升支）的产生
有效电刺激膜轻度除极化，MP部分Na+通道被激活、开 放 Na+少量内流（内向电流）膜进一步除极化，MP继续 TP（约-55mV） 大量Na+通道被激活、开放，GNa
1. AP的波形及构成 AP：去极相(上升支)+复极相(下降支) 峰电位（spike potential，SP）
AP
后电位 正后电位（后超极化电位） 幅度: =|RP|+超射值（超射: overshoot； ≈ ENa） 绝对值：约90 ~120 mV 时程: 不同细胞差异大， 数十到300 ms 神经纤维：SP：1-2 ms；后电位可达100 ms
RP的产生与K+平衡电位（EK）:
三）RP产生机制的证明
1. 用Nernst公式计算的EK理论值与RP的实测值非 常接近. Nernst公式：Ex= RT/ZF· ln[x]o/[ x]i 在温度为29.2℃，离子价是单价时，上式简 化为Ex = 60lg[x]o/ห้องสมุดไป่ตู้ x]I

第三节细胞的生物电现象

一、静息电位及其产生机制
(一)细胞的静息电位 静息电位 (Resting Potential，RP）——细胞静息（未受
刺激）时存在于细胞膜两侧的电位差。 细胞静息电位的特征： (1)（动物细胞的静息电位）内负外正； (2)为一稳定的直流电位。
相关链接：
1
与膜电位变化相关的生理学术语
(1)极化(polarization)状态 ——细胞静息时细胞膜两侧电荷的分极（内负外正）状态。 (2)去极化 (除极化) (de-) ——膜电位向减小方向变化。 (3)反极化(reverse-) ——膜电位变为内正外负状态。 (4)超极化(hyper-) ——在静息电位基础上，膜电位向增大方向变化。 (5)复极化(re-)： ——膜电位发生去极化后，再向静息电位恢复的过程。
相关链接：
11
三、阈下刺激与局部兴奋(local excitation)
局部兴奋——阈下刺激引起受刺激局部膜的不达阈电位的微弱 去极化。
局部兴奋的特性： (具电紧张电位的特征) (1)刺激依赖性：非“全或无”，随阈下刺激的增强而增大; (2)电紧张性扩布：仅衰减性波及局部膜; (3)可总和：发生空间总和或时间总和。
2.静息电位有何特征，产生机制如何？ 3.试述动作电位的过程及其基本产生机制。 4.动作电位有何特征？试解释这些特征的机制。 5.不同强度的刺激对细胞(膜)有何作用？ 6.试述细胞兴奋过程兴奋性的变化规律？绝对不应期有何意义？
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膜电位的记录
➢ 细胞生命活动过程中伴随的电现象，存在于细胞膜两侧的 电位差称膜电位(membrane potential) 。通常是指以 膜相隔的两溶液之间产生的电位差。生物细胞被以半透性 细胞膜，而膜两边呈现的生物电位就是这种电位，平常把 细胞内外的电位差叫膜电位。如果把两种电解质用膜隔开， 使一侧含有不能透过该膜的粒子，由于这种影响，两侧电 解质的分布便发生了变化，一旦达到平衡，膜两侧就会有 膜电位。如果两侧没有这种不透性离子，但只要把浓度不 同的两种电解质以膜隔开，在阳离子和阴离子透过膜的速 度不同时，膜两侧也会产生电位差。

第三节：细胞的电活动(思维导图)

第三节：细胞的电活动概述：生物电是由一些带电离子跨膜流动而产生的，表现为一定的跨膜电位，简称膜电位。

静静息电位(RP)：机体所有细胞都有动动作电位(AP)（受刺激时迅速发生，并向远方传播）仅见于神经细胞， 肌细胞，和 部分腺细胞电紧张电位和局部电位局部电位概念：由膜主动特性参与，部分离子通道开放，不能像远距离传播膜电位改变特征和意义1.等级性电位2.衰减性传导3.没有不应期 （可叠加！至阈电位…）电紧张电位静息电位静息电位的测定和概念概念：静息状态下存在于细胞膜两侧的内负外正的电位差描述：细胞内负值越大，电位差越大，即静息电位越大。

状态描述：极化，去极化，反极化，超射，复极化，超极化静息电位的产生机制基本原因：带电离子的跨膜转运细胞膜两侧离子的浓度差与平衡电位原理浓度差+单离子通透性→电偶层→跨膜电场→电位差驱动力与浓度差驱动力相等→电化学驱动力为零→平衡电位现象[X]out>[X]in 平衡电位为正值 如Na ⁺[X]out<[X]in 为负值 如K ⁺静息时细胞膜对离子的相对通透性静息电位≈Ek ⁺钾漏通道：持续开放的非门控钾通道钠泵的生电作用主要因素动作电位概念是指细胞在静息电位基础上接受有效刺激后产生的一个迅速的可远处传播的膜电位波动。

特点①“全或无”②不衰减传播 ③脉冲式发放产生机制静息电位机制的变化电-化学驱动力=膜电位-离子平衡电位（Em-Ex）通透性变化：Gx（膜电导）=Ix/（Em-Ex）钠电导与钾电导的变化GNa，Gk具有电压依赖性和时间依赖性GNa—快速一过性激活GK在GNa失活时逐渐激活特点膜电导改变的实质即膜中离子通道的开放和关闭离子通道的功能状态推测钠通道有串联并排的两个闸门：激活门和失活门钾通道只有激活门示意触发阈刺激相当于阈强度的刺激阈上刺激阈下刺激阈电位影响因素钠离子的分布密度和状态胞外钙离子浓度：Ga²⁺被称为稳定剂传播动作电位在同一细胞上的传播局部电流学说髓鞘，郎飞节，跳跃式传导，快动作电位在细胞之间的传播细胞间隙（六个连接蛋白单体形成的同六聚体，称连接子）连接兴奋性及其变化兴奋性可兴奋细胞：神经细胞，肌细胞，腺细胞细胞兴奋后细胞兴奋性的变化1.绝对不应期2.相对不应期3.超常期4.低常期概要根据推测。

第三节细胞的生物电现象及其产生

第三节细胞的生物电现 象及其产生
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2020/12/8
第三节细胞的生物电现象及其产生
膜电位状态 静息电位 (resting potential)
极 化：（polarization） 去极化：（Depolarization） 反极化：（Reversed polarization) 复极化：（Repolarization） 超极化：（Over-polarization）
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第三节细胞的生物电现象及其产生
局部反应与AP的区别
局部反应
阈下刺激引起
钠通道少量开放 反应等级性 有总和效应 衰减性传播
动作电位
阈(上)刺激引起 钠通道大量开放
“全或无” 无
非衰减性传播
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第三节细胞的生物电现象及其产生
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
0
细胞内液浓度 （mmol/L） 15 150 1.5(游离0.0001) 12 9 8 1 4 4
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第三节细胞的生物电现象及其产生
•RP产生机制
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第三节细胞的生物电现象及其产生
AP产生机制
第一阶段：动作电位上升支的形成 由于刺激引起膜对Na+的通透性瞬间增大，膜
外的Na+内流，使膜电位由-70mV增加至0mV （去极化），进而上升为+30mV（反极化）， Na+通道随之失活。
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第三节细胞的生物电现象及其产生
动作电位(action potential)：
•去极相
•去极化 •反极化
•复极相 复极化初期
•后电位
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8
AP产生机制
第三阶段：后电位的形成： 当膜电位接近静息电位水平时，K+的跨膜转运停止， 形成了负后电位。随后，膜上的Na+-K+泵（Na+-K+-ATP酶） 被激活，将膜内的Na+离子向膜外转运，同时，将膜外的 K+向膜内运输，形成正后电位。
9
AP的特点------全或无（all or none）：在同一细胞上动作电位大 小不随刺激强度和传导距离而改变的现象。
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局部反应与AP的区别
局部反应 阈下刺激引起 钠通道少量开放 反应等级性 有总和效应 衰减性传播
动作电位 阈(上)刺激引起 钠通道大量开放 “全或无” 无 非衰减性传播
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AP的传导 (The propagation of action
potential)
原理：局部电流学说（local current theory）
6
AP产生机制
第一阶段：动作电位上升支的形成 由于刺激引起膜对Na+的通透性瞬间增大，膜 外的Na+内流，使膜电位由-70mV增加至0mV（去极 化），进而上升为+30mV（反极化），Na+通道随 之失活。
：
Na+通道失活后，膜恢复了对K+的通透性， 大量的K+外流。使膜电位由正值向负值转变，形 成了动作电位的下降支（复极化）。
有髓纤维：跳跃传导（saltatory conduction ）
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2
动作电位(action potential)：
去极相
去极化 反极化
复极化初期 复极化后期
复极相
后电位
（负后电位）
后超极化
（正后电位）
3
Alan Lloyd Hodgkin （1914—1998）
Andrew Fielding Huxley （1917--
关于神经兴奋和传导机制的研究获 1963 年诺贝尔生理学或医学奖奖。
第三节 细胞的生物电现象
一、静息电位和动作电位 二、生物电现象的产生机制 三、动作电位的传导
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膜电位状态 静息电位 (resting potential)
极 化：（polarization）
去极化：（Depolarization） 反极化：（Reversed polarization) 复极化：（Repolarization） 超极化：（Over-polarization）
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细胞外液与细胞内液主要成分 成分 细胞外液浓度 （mmol/L） Na+ 150 K+ 5.5 Ca2+ 1 Mg2+ 1.5 Cl125 AA 2 Gs 5.6 Pr 0.2 ATP 0 细胞内液浓度 （mmol/L） 15 150 1.5(游离0.0001) 12 9 8 1 4 4
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RP产生机制