导图社区 肌细胞的收缩
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思维导图
细胞生理-静息电位与动作电位
概述
生物电
概念
细胞在进行生命活动时所伴随的电现象。 主要是膜内外的电位差。
意义
神经细胞传递生物电的方式
心肌、骨骼肌、平滑肌等肌细胞发生收缩的基础
腺细胞实现分泌功能的前提
产生
带电离子跨膜移动产生
表现
出现跨膜电位——膜电位
膜电位
状态
安静状态下
静息电位
细胞受刺激后
局部电位
动作电位
记录生物电
1、玻璃微电极内充填导电的电解质溶液（通常为3摩尔每升的氯化钾溶液）
玻璃微电极的尖端非常细，直径通常小于1um
故可以刺入细胞内，测量细胞内的电位水平
2、导线一端经玻璃微电极尾端与电解质溶液相连
3、另一端经电压放大后由示波器显示
知识扩展
心电图
脑电图
肌电图
临床上常用的检查手段
器官水平
安静状态下存在膜两侧的电位差，存在于膜两侧外正内负的电位差。
过程
当AB两个电极都放在细胞膜外侧时，两个电极之间的电位相等，电位差为0
将其中一个电极刺入细胞内部后，示波显示器上出现突然的电位变化。（稳定的电位差）
特点
为负值（膜内的电位水平比膜外低）（表示为膜内电位低于膜外电位的数值）
不同类型细胞电位水平不同
稳定，波动不大
直流电位
相关生理学概念
极化
安静时，细胞内负外正的状态
去极化
细胞受刺激时，静息电位的绝对值减小，膜的极化状态减弱
超极化
静息电位负值绝对值变大，膜的极化状态增强
反极化
细胞电位由内负外正转变为内正外负
复极化
细胞电位水平由反极化或去极化状态恢复至静息电位水平时的水平（细胞膜去极化后再向极化状态恢复的过程）
极化状态消失
静息电位为0
内向电流与外向电流
内向电流
引起细胞膜电位发生去极化变化的跨膜离子流
正离子的内流，负离子的外流
外向电流引起细胞膜发生复极化或者超极化的跨膜离子流
正离子的外流，负离子 的内流均属于
静息电位与钾离子的平衡电位
K离子平衡电位
静息电位受到钾离子平衡电位的影响
形成条件
离子在细胞内外分布不均，存在跨膜浓度差
安静时细胞膜对离子的选择通透性
钠泵的生物电作用
离子扩散的驱动力
化学驱动力
某一离子存在细胞膜内外的离子浓度差
电驱动力
膜内外的电位差
平衡电位
当膜电位处于某一种水平
对某种电子的电化学驱动力为0（化学驱动力和电驱动力的合力为0）
该离子的净扩散量为0
产生的前提
存在某种离子的浓度差
膜仅仅对该离子通透
计算
Nernst方程
对1+离子，37摄氏度条件下，Ex+61.4lg[x]o/[x]i(mv) EK+=-100~-90 ENa+=+50~+70
静息电位形成
漏通道
对Na+,K+都具有通透性
对K+的通透性远高于对Na+的通透性
对同的细胞膜对Na+ K+的通透性不同
钠钾泵
引起膜的超极化
模拟实验
1、容器中左右两侧分别盛放着相等浓度 的Nacl和kcl
2、两种溶液中存在着一个只对钾离子有通透性的质膜
3、K离子将在浓度梯度的驱动下从高浓度的右侧，向低浓度的左侧发生扩散
导致结果
1、左右两则的K离子浓度梯度开始降低
随着移动的过程，钾离子的电化学驱动力也将逐渐降低
2、膜右侧出现负电荷，膜的左侧出现正电荷，膜两侧出现电位差
3、形成从左侧指向右侧的跨膜电场
跨膜驱动力逐渐降低，跨膜阻碍力逐渐增强
4、离子的电化学驱动力为0时，钾离子的扩散也为0
电化学驱动力为跨膜驱动力和跨膜阻碍力的代数和
概念和特点
动作电位的概念
可兴奋细胞受到有效刺激产生的电位活动
动作点位的特点
瞬时
可逆
动作电位的产生机制
动作电位的波动时由离子的跨膜移动产生的
动作电位产生的两个必要条件
存在离子跨膜移动的电化学驱动力
离子的电化学驱动力： 膜电位（静息电位）与离子平衡电位的差值 电化学驱动力的值是不断的动态变化的
细胞膜对离子有通透性，即电导性
动作电位的组成
去极相
超射
负极相
锋电位
后电位
去极化后电位
超极化后电位
静息电位时钠钾离子的电化学势能
静息状态膜电位外正内负
膜外高钠，膜内高钾
ENa=+60mv
EK=-94mv
漏通道对钾离子的通透性高于钠离子
RP接近于Ek
钠离子的内流力量大
动作电位与离子通管的通透性
钠离子通透性增高
复极相
钾离子通透性增高
动作电位的特点
全或者无
细胞兴奋需要一定的刺激强度—阈刺激
阈刺激即引发最大幅度的动作电位
不衰减传导
可以扩布到整个细胞膜
幅度和波形不发生改变
脉冲式发放
分离，不融合
膜离子通道通透性和动作电位
电压门控通道
化学门控通道
机械门控通道
观察离子通道通透性的仪器
电压钳
一个可以把细胞膜电位控制在任何水平的装置。（FAB,反馈放大器）
电压控钠通道与动作电位
电压控钠离子通道的特性
电压门控性
时间依赖性
失活特性
离子通道电压门控的本质
去极化引起钠离子通道
开放数量增多？
离子通道的开放是全和无的
不同离子通道个体开放需要的膜电位不同
开放更加完全？
离子通道可以不完全开放
解决问题的方法
膜片钳
把电压的值固定在某一个范围
离子通道的电压门控特性
电压门控Na离子通道的三种功能状态
静息态
通道在受到刺激前尚未开放的状态
激活态
通道受去极化刺激后开放的状态
膜对对钠离子的通透性增加到500~5000倍
失活态
通道在激活之后对极化刺激不再反应的状态
动作电位各期产生的机制
后去极化电位
=9
动作点位的刺激与传导
刺激
1、一旦刺激使得细胞膜去极化达到阈电位水平，之后的膜电位去极化过程将完全不依赖于刺激 去极化的速度决定于： 钠离子所受到的化学驱动力的大小 通道对离子的通透性 结论： 当刺激强度小于阈强度时：动作电位不会产生 当刺激强度大于等于阈强度时：动作电位会产生 动作强度的“全或无”：动作强度的形态和幅度不再随刺激强度的变化而变化。
细胞所处的环境的变化
类型
物理
化学
生物
对刺激的描述通常涉及三个变量
由于电刺激具有1、容易控制 2、重复性好 3、对组织损伤小的特性，生理学实验室通常采用的是电刺激的方法。
刺激的强度
刺激持续的时间
刺激的强度随时间的变化率
阈强（阈值）度
能使细胞产生动作电位的最小刺激强度
阈刺激
强度等于阈强度的刺激
阈上刺激
强度大于阈强度的刺激
阈下刺激
强度小于阈强度的刺激
虽然不能产生有效刺激，但是也能够引起部分的钠离子通道开放，导致钠离子内流而产生轻度的细胞膜去极化。 但是这个变化很快就会被增强的钾离子外流所抵消使膜电位恢复至静息电位水平，动作电位无法产生。 *由阈下电位产生的静息电位水平称之为局部电位。
有效刺激
能够使细胞产生动作电位的阈刺激和阈上刺激
阈电位
范围
比静息电位小10~20mv
机制
膜去极化与Na+电导之间形成正反馈
影响因素
Na+通道在细胞膜的分布密度和功能状态
胞外钙离子水平
动作电位的触发
经激电施加有效刺激后，动作电位可可沿远方依次传递大小相等，形态一致的电位。
动作电位的连续性传导
总结
1、 如果动作电位首先产生于细胞膜的中部，那么动作电位具有双向传导的特性 2、动作电位特点： 产生于细胞的一端，传导至另一端终止。
动作电位的跳跃性传导
前提
在某些神经纤维中，细胞的轴突被特化的髓鞘包绕，形成有髓神经纤维 髓鞘的包绕并不是连续的 轴突的裸露区称之为（郎飞结）
轴突包绕处的区域的钠通道的密度极低（无法形成动作电位）
郎飞结处的钠通道密度高，且轴突裸露，胞浆与细胞外液之间膜电阻小（易于形成动作电位
有髓神经纤维的动作电位只在郎飞结之间发生，局部电位也在两个郎飞结之间发生）
当一个郎飞结的兴奋，通过局部电流影响到邻近的郎飞结并使之去极化达到阈电位时，就可以触发新的动作电位。
相比连续性传导
高效
高速
概要
1、
动作电位产生的总次数减少，因此传导所需要的时间减少速度加快
2、
发生在郎飞结，因而在传导的过程中跨膜流入和流出的离子大大减少，经主动转运返回时消耗的能量也将显著减少。
缺点
体积大，占用空间多
兴奋和兴奋的周期性变化
疑问: 传导至两端的动作电位能不能折返后继续传导？ 如果兴奋能够折返后继续传导，那么动作电位将无法及时终止，会造成信息传递的紊乱和机体生理活动的紊乱。
兴奋
广义
组织或者器官接受刺激时，功能由弱变强，或者由静止变为活跃的过程。
狭义
指细胞产生动作点位的过程
兴奋性
对于可兴奋细胞而言，产生动作电位的能力称之为兴奋性
可兴奋细胞
神经细胞
肌细胞
腺细胞
阈值是量化兴奋性高地的参数，阈值与兴奋性之间呈反比
阈值越小，兴奋性越高
兴奋后兴奋性的周期性变化
绝对不应期
在兴奋发生的最初一端时间内，无论给予多强的刺激，都不能够使细胞再次兴奋
此时兴奋的阈值为0
可以确保兴奋的正常传递，防止折返的发生
由于不应期的存在，细胞动作电位只能单个产生，不会发生融合，所以动作电位呈脉冲式发放。
相对不应期
在绝对不应期之后的一段时间，细胞若想产生动作电位，接受的刺激必须大于阈电位的数值。
持续时间
动作电位后去极化电位的前半段
超常期
动作电位中后去极化电位的后半段
有兴奋性增高的现象
膜电位距阈电位水平较近，只需要较弱的刺激就能使膜去极化达到阈电位，再次兴奋。
低常期
相当于动作电位后极化电位期
膜电位与阈电位的距离较大，需要阈上刺激才能使得细胞再次兴奋
