胡优敏电生理学技术及临床应用细胞电生理学基础课件.ppt

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1、生物膜的电学特性与细胞电活动2生物膜的电学特性3一、生物膜的等效电路生物膜的结构膜可贮存电荷的物理学描述—电容器（C）或膜电容（Cm，membranecapacitance）（0.8~1.0F/cm2）跨膜电位差的物理学描述—电阻抗（R）或膜电阻（Rm，membraneresistance，10－3欧姆)。常用膜电导（G，membraneconductance）表示，G=1/R，单位是Siemens，缩写为S。4Rm与Cm的并联关系即膜的等效电路生物膜的等效电路：并联的容阻耦合电路6细胞的电缆特性(cableproperty)细胞膜可看作一条绝缘不良的电缆空间常数

2、与时间常数空间常数（值越大，传导速度越快）时间常数（值越小，有利于传导速度加快）7膜的被动电学特性电紧张电位：由膜的被动电学特性决定，产生过程中，没有离子通道的激活和膜电导的改变。可影响动作电位的产生和传播，是体内电信号产生的基础。电紧张电位特征：①不具有“全或无”现象。其幅值可随刺激强度的增加而增大。②局部产生,向周围发生时间空间衰减。③具有总和效应：时间性和空间性总和。电紧张电位（electrotonicpotential）二、膜时间常数刺激与兴奋矩形脉冲刺激电流引起的膜电位变化a：纯电阻元件的膜电位变化与脉冲电流变化同步b：纯电容元件的膜电位变化减

3、慢，但保持其起始斜率c：含阻容元件的膜电位呈指数变化：Vm=I/CmVm=I/Cm1.Cm可减慢电流引起的膜电位变化，是因此前Cm须经历充、放电的过程2.膜电位变化快慢由时间常数决定，即t值越大，Cm充放电流越小、越慢或电容器两端电压（UC）达到某一定值所需时间越长进一步的物理学与生物物理学描述1.时间常数是标志RC电路充放电的基本参数2.RC电路中，电路的电压（E）随时间呈指数变化：3.由矩形脉冲电流引起的生物膜电位变化：Vm=ImRm(1-e-t/t)4.公式中e=2.72……为指数系数，t=RC为时间常数即膜电位变化达最终值的63%所需时间为一个时间常数

4、5.不同的生物膜，t值大小也不同，同一标本的t值大小受很多因素影响E=IR（1-e-t/t）理论意义与实际应用1.生物膜中t的变化很大（神经元约1～20ms），但经检测，单位表面积的膜电容却较恒定、约10-6F/cm22.不同时间常数反映了不同细胞的Rm的不同，乃至同一神经元的各个膜区域之间的区别。而Rm的差异又代表膜离子通道类型、密度和调节方面的特性。总之，膜时间常数在决定神经元高度复杂的内在电活动，以及细胞对刺激的反应方面都起着重要作用3.生物电生理实验中，多种因素如标本干燥、机械牵拉等不良刺激都可使Rm增加，影响其电活动及其对刺激的反应。因而实验中为保持标本

5、机能状态的正常及实验结果的真实可靠，应尽量避免不良刺激对Rm的影响三、跨膜离子电流与膜电位变化生物膜的电学特性—[跨膜离子电流与膜电位变化]欧姆定律及其表述1.通过某一导体的电流（I）与导体两端的电压（V或E）成正比，与导体的电阻（R）成反比：I=E/R2.电导是电阻的倒数（g=1/R），引入电导概念：I=gE3.电导概念可更好地描述离子通道允许电流通过的能力应用欧姆定律描述跨膜离子电流与膜电位的关系1.离子通道是一种特殊的导体，各种离子经离子通道的跨膜转运是顺电化学梯度的转运，故其产生的电流的大小（I）既取决于膜电位差（E）及通道的电导（g），也与该离子的平衡电位

6、（Es）有关：I=g(Em-Es)2.公式表明，离子流过通道的驱动力是Em-Es而非Em3.F=Em-Es即离子流过通道的驱动力drivingforce4.若以膜电位为横轴，离子通道电流为纵轴作图，可了解跨膜离子电流(I)与电压(V)的关系(Current-Voltagerelationship)，或称为I-V曲线生物膜的电学特性—[跨膜离子电流与膜电位变化]Intracellular[K+]i=[K+]oExtracellular通透膜选择性通透膜IntracellularExtracellularExtracellularIntracellular膜两侧电位差=

7、EK+顺浓度梯度逆电位梯度顺浓度梯度顺浓度梯度17离子的跨膜平衡电位（equilibriumpotential）--电化驱动力=零，该带电离子膜两侧浓度分布有关Nernst公式EK=RT/ZF•ln[K+]O/[K+]i=59.5log[K+]O/[K+]iR气体常数；T温度；Z离子的化合价；F法拉第常数ENa=RT/ZF•ln[Na+]O/[Na+]i=59.5log[Na+]O/[Na+]i静息状态下细胞膜内外主要离子分布及膜对离子通透性20细胞膜两侧的主要离子及其分布21电-化学驱动力--决定离子跨膜流动的方向、速度某离子的电化驱动力=膜电位－该离子平衡电