生物电现象和兴奋性(Cell-2)

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1、生物电现象和兴奋性Bioelectricalphenomenonandexcitability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

2、示。对带电离子而言，膜电导就是膜对离子的通透性。细胞膜相当于一条电缆．一点给予膜一个突然的电流，从另一点记录膜电位变化：①在电流注入点附近电位上升快，达到的最高电位也较大；②离开电流注入点越远，则不但电位上升的慢，而且最终的最高电位也较低。③电位改变变慢，是膜电容引起的后果；电位依距离变小，是膜外电阻、膜电阻及膜内电阻引起的后果。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

3、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Themechanismunderlyingbioelectricity细胞生物电的测量静息电位（restingpotential）：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

4、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(actionpotential)：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相关概念动作电

5、位的时相示意图膜电位超过0电位的部分称为超射（overshot）在恢复到静息电位之前，膜电位还有一些微小的波动，称为后电位(afterpotential)。去极化后电位(负后电位)超极化负后电位(正后电位)细胞的生物电现象与离子的跨膜分布与运动有关由于钠泵的活动，细胞内液的K+浓度较细胞外液高，而Na+和Cl-的浓度则细胞外液比细胞内液高，这是细胞生物电的产生基础。细胞内外的离子分布（mmol/L）离子细胞内细胞外血浆正常值K+15053.5～5.0Na+12140135～145Cl-10105100～108有机负离子650（一

6、）静息电位形成的机制Themechanismunderlyingrestingpotential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

7、，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：Ristheidealgasconstant8.32joules/Kelvin/moleFisFaraday'sconstant96,485Coulombspermole某离子的电化学驱动力(F)=Em-ExEm:膜电位Ex：某离子的平衡电位如：RP=-70mV,ENa=+60mV,EK=-90mVFK+=-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+

8、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？？这可能是由于在静息状态下细胞膜对其他离子(Na+、Cl-等)也