生物电现象和兴奋性(Cell-2).ppt

生物电现象和兴奋性Bioelectrical phenomenon and excitability 一、细胞膜的被动电学特性 （一）膜电容和膜电阻 细胞膜的电缆学说 细胞外液和细胞内液均为含电解质的液体，可以看作为两个导体，有一定的电阻； 膜电容：细胞膜脂质双层类似于一个平板电容器，相对地视作绝缘体，因此细胞膜具有显著的电容特性。 跨膜电位：当膜上的离子通道开放而引起带电离子的跨膜流动时，就相当于在电容器上充电或放电而产生的电位差，称为跨膜电位或简称为膜电位。包括细胞安静时存在的静息电位和受刺激后出现的动作电位 膜电阻：通常用它的倒数膜电导G来表示。对带电离子而言，膜电导就是膜对离子的通透性。 细胞膜的被动电学特性与电学特性 相同点： 欧姆定律 电阻、电容、电流、电紧张 异同点：膜离子通道-离子流 泵电流-生电性Na+泵 （二）电紧张电位 概念： 细胞膜的电学特性相当于并联的阻容耦合电路，跨膜电流随着距原点距离的增加而逐渐衰减，膜电位也逐渐衰减，形成一个规律的膜电位分布，这种由膜的被动电学特性决定其空间分布的膜电位称为电紧张电位。 产生： ① 向神经纤维的某一点注入不同方向的电流； ② 用正、负电极从膜外侧施加电刺激，胞质内的 负电荷流向正极下方，正电荷流向负极的下方， 因而在正、负电极下分别产生一个彼此方向相反 的电紧张电位。 细胞生物电的产生机制The mechanism underlying bioelectricity 细胞生物电的测量 静息电位（resting potential）：在静息状态下(即细胞未受刺激的情况下)，细胞膜内外两侧的电位差。 极化状态( polarization )：在生理学中，将静息状态下细胞膜跨膜电位内负外正的状态； 超极化( hyperpolarization )：膜内负电位增大(例如从-70mv变为-90mv) 去极化(depolarization)：膜内负电位减小(例如从-70mv变为-60mv) 复极化 (repolarization)：细胞膜去极化后再向原来静息电位方向恢复 动作电位( action potential)：在原有静息电位的基础上，膜电位发生的迅速的倒转和恢复 锋电位(spike )：动作电位是细胞兴奋的表现，主要表现为一个尖锋形的电位波动 动作电位的时相示意图 （一）静息电位形成的机制The mechanism underlying resting potential 在静息状态时，细胞膜上绝大多数的K+通道是开放的，而仅有少量Na+通道处于开放状态，开放的K+通道比开放的Na+通道多约9倍；而且细胞内的K+浓度比细胞外高约30倍。因此，导致了细胞内的K+顺着浓度梯度扩散到膜外。 但细胞内带负电荷的蛋白质大分子物质不能通过细胞膜而留在细胞内，从而使膜内外出现电位差，即膜内带负电荷，膜外带正电荷，这种跨膜电位差阻碍了K+的进一步外流。当跨膜的浓度差（K+外流的驱动力）和电位差（K+外流的阻力）达到平衡时，K+的净通量为零，膜内外电位差就相对地稳定在某一水平。 K+的平衡电位（Ek） Nernst公式 ： 某离子的电化学驱动力(F)=Em-Ex Em:膜电位 Ex：某离子的平衡电位 如：RP=-70mV, ENa=+60mV, EK=-90mV FK+ =-70-(-90)=+20(mV) 外向F 外向电流 FNa+=-70-(+60)=-130(mV) 内向F 内向电流 静息电位条件下，Na+受到很大的内向驱动力 锋电位时，K+受到很强的外向驱动力 把细胞内、外液的K+浓度代入上式，Ek的值为-91mV 膜电位实际测定值（-70mV左右）相近，但并不完全相等 为何膜电位的实际测定值比Ek值要小？？ （二）动作电位形成的机制The mechanism underlying action potential （1）定义：细胞接受刺激后，膜电位在原有静息电位的基础上出现迅速的倒转和恢复的电位波动。 （2）过程： 上升支：-90 0 +35 mv 锋电位 超射（overshoot） 下降支：+35 0 -90 mv 电流的方向：正离子的移动方向 细胞受刺激时引起离子流动，造成膜外的正电荷流入膜内