细胞的生物电现象

本思维导图的内容来自：人民卫生出版社临床医学“5 3”用教材《生理学》第三版（不过作者觉得临床五年制也可使用，差别不大）。第四章：细胞的生物电活动。本思维导图适用于课前预习、课后复习以及考前复习。

细胞的生物电现象

• 静息电位及其产生机制
  • 细胞的静息电位
    • 静息电位（RP)是指细胞处于静息状态时，膜两侧存在的外正内负的电位差。
    • 不同组织的静息电位不同，大都在-10~-100mV之间。例如骨骼肌细胞的静息电位约为-90mV,神经细胞越-70mV，平滑肌细胞约-55mV，红细胞约-10mV。
    • 分级状态
      • 极化
        • 细胞静息时的膜外为正，膜内为负的分级状态
      • 超级极化
        • 静息电位的数值向膜内负值加大的方向变化时
      • 去极化
        • 膜内电位向负值减小的方向变化
      • 复极化
        • 细胞先发生去极化，然后再向正常安静时膜内所处的负值恢复
  • 静息电位产生的机制
    • 静息电位实际上仅存于细胞膜内外表面之间。
    • 形成这种状态的基本原因是带电离子的跨细胞膜转运。
    • 原因
      • 细胞内外各种离子的浓度分布不均，即存在浓度差。
      • 在不同状态下，细胞膜对各种离子的通透性不同。
        • 膜在安静条件下对K离子的通透性最大，对Na离子和Cl离子少量通透，对大分子的有机负离子（多是蛋白质离子）不通透。
        • 所以只有K离子移出膜外，随着K离子移出，出现膜内变负而膜外变正的状态。
        • K离子的这种外向扩散并不能无限制地进行，这是因为移到膜外的K离子所造成的外正内负的电位差，将对K离子的继续外移起到阻碍作用，而且K离子移出的越多，这种阻碍就会越大。
        • 当浓度差（促使K离子外流的动力）与电位差（阻止K离子外流的阻力）相抗衡时，K离子跨膜净移动停止。
  • 影响静息电位的主要因素
    • 细胞膜在静息状态时对K离子的通透性，通透性越大静息电位越大。
    • 细胞膜内外K离子的浓度差，浓度差越大静息电位越大。（形成静息电位的主要离子主要是K离子）
    • 细胞代谢障碍会导致静息电位逐渐减小，甚至消失。（影响细胞向钠泵提供能量，钠泵不能顺利将细胞内的Na离子泵出，将细胞外的K离子泵回，致使细胞内外K离子的浓度差逐渐减小。）
• 动作电位及其产生机制
  • 细胞的动作电位
    • 动作电位（AP）指细胞受刺激时在静息电位基础上产生的可扩布的电位变化。（局部外负内正)
    • 动作电位时膜电位的一个连续变化过程，它一旦在细胞膜某一位置产生，就会迅速向四周扩布。动作电位时使细胞处于兴奋状态的标志。但是由刺激所引起的这种膜内外电位的倒转只是暂时的，随后，膜电位又迅速复极化恢复至静息电位水平（复极相）。
    • 超射
      • 动作电位上升支中零位线以上的部分
    • 锋电位
      • 构成动作电位主要部分的脉冲变化。
    • 后点位
      • 在锋电位下降支最后恢复到静息电位水平以前，膜电位出现低幅，缓慢的波动，称为后点位。
      • 负后点位
        • 指膜电位复极到静息电位水平前维持一段时间的去极化，约持续5~30秒；
      • 正后点位
        • 紧随其后的一段超过静息电位水平的超级化状态，最后才恢复到受刺激前的静息电位水平。
  • 动作电位产生机制
    • 去极相（即上升支）
      • 主要由细胞外Na离子快速内流而产生
      • Na离子的动力
        • 膜内，外Na离子的浓度差及静息电位状态下膜两侧的电位差
      • Na离子的条件
        • 细胞膜对Na离子通透性的突然增大
      • 去极相的最高水平，即动作电位的幅度相当于静息电位绝对值与Na离子平衡电位绝对值之和。
    • 复极相（即下降支）
      • 主要是由细胞内K离子外流而产生。
      • K离子外流的动力
        • 膜内，外K离子的浓度差以及反极化状态下的电位差
      • K离子外流的条件
        • 细胞膜对K离子的通透性增大
      • K离子的外流使膜电位由反极化状态恢复到静息电位的水平
    • 恢复至静息电位水平
      • 复极后膜电位已恢复到静息电位水平，细胞膜对Na离子，K离子的通透性也恢复，但是膜内，外的离子分布尚未恢复。
      • 此时细胞内Na离子浓度稍增加，细胞外K离子浓度也增加。
      • 膜内Na离子增多，膜外K离子增多的状态激活了细胞膜上的钠泵，使之加速运转，将细胞内多余的Na离子运至细胞外，将多余的K离子摄回细胞内，使细胞膜内外的离子分布恢复到安静时的水平。
  • 动作电位的产生条件与阈电位
    • 阈电位
      • 能触发动作电位的临界膜电位
    • 只有当膜内负电位去极化达到某一临界值时，引起细胞膜中大量Na离子通道开放，才能引发一次动作电位。
    • 静息电位去极化达到阈电位是产生动作电位的必备条件。
    • 一般来说，细胞兴奋性的高低与细胞的静息电位和阈电位的差值有关，即差值越大，细胞的兴奋性越低
      • 阈值（阈强度）：当一个刺激的其他参数不变时，能刚好引起组织产生反应的最小刺激强度。组织或细胞产生兴奋所需的阈值越高，说明该组织的兴奋性越低；反之，说明该组织兴奋性越高。
  • 动作电位的特点
    • 动作电位呈“全或无”现象
      • 动作电位一旦产生就达到它的最大值，其变化幅度不会因刺激的加强而增大。即动作电位要么不产生，要产生就是最大幅度。
    • 不衰减性传播
      • 动作电位一旦在细胞膜的某一部位产生，就会立即向整个细胞膜传导，而它的幅度不会因为传导距离的增加而减小，可迅速扩布到整个细胞膜，直到整个细胞都经历相同的电位变化。在此传导过程中，动作电位的波形和幅度始终保持不变。
    • 脉冲式发放
      • 由于绝对不应期的存在，动作电位不能重合在一起，动作电位之间总有一定的间隔而形成脉冲式图形。
• 局部电位及其特性
  • 局部电位
    • 电位只局限于在受刺激局部范围内而不能运转。
  • 局部电位由于强度较弱，且很快被外流的K离子所抵消，因而不能真正的发展成真正的兴奋或动作电位。
  • 局部电位的基本特征
    • 不具有动作电位“全或无”的特征，其幅度是随着刺激强度的增大而增大；
    • 只在局部形成向周围逐渐衰减的电紧张扩布，不能像动作电位一样沿细胞进行不衰减的传播；
    • 总和效应，局部电位是可以相互叠加的。（局部电位叠加到一起，有可能达到阈电位而引发一次动作电位，这种现象被称为兴奋的空间总和spatial summation；局部电位的叠加也许发生在受刺激的某一点，即前面刺激引起的局部电位尚未消失时，与后面刺激引起的局部电位发生叠加，称为时间总和temporal summation.)
• 生物电
  • 由于生物电发生在细胞膜的两侧，故又称跨膜电位，简称膜电位（MP）
  • 一切活细胞无论处于静息状态还是活动状态都存在电现象，这种电现象称为生物电
  • 表现形式
    • 静息电位
      • 安静时具有
    • 动作电位
      • 受刺激时产生
    • 局部电位
      • 部分通道激活