2.3 细胞的生物电活动（课件） - 高一《生理学基础》同步教学（人卫版 · 2022）

第二章 细胞的基本功能 细胞的生物电活动 第三节 生理学（第9版） 当细胞外液为 0 电位时： 细胞在安静状态下存在于细胞膜内、外两侧的电位差 神经纤维静息电位测定示意图 一、静息电位（resting potential, RP） （一）静息电位的概念 骨骼肌细胞内：约-90 mV 神经纤维内：-70～-90 mV 平滑肌细胞内：-50～-60 mV 红细胞内：-10 mV 静息电位大小表示：细胞内负值大小 生理学（第9版） 几个与静息电位关联的名词 极化（polarization）：安静状态下细胞膜两侧外正内负的稳定状态 去极化 (depolarization）：静息电位减小或细胞内负值减小的过程或状态 超极化 (hyperpolarization)：静息电位增大或细胞内负值增大的过程或状态 复极化 (repolarization)：细胞膜去极化后再向静息电位方向恢复的过程 反极化（reverse polarization）：外负内正的状态 超射（overshot）：膜电位超过零电位的部分 静息电位模式图 超射 生理学（第9版） 假设安静时细胞膜仅对K+离子有通透性： K+浓度差，促进K+向外扩散 K+向外扩散形成的电场力，阻止K+进一步向外扩散 当电化学驱动力等于零时， K+净移动为零 静息电位应该等于K+的平衡电位 膜学说（1902年，Bernstein）： 细胞内外离子分布不同：膜内高K+，膜外高Na+ 细胞膜对离子的通透性不同：安静时K+通透性远大于Na+（50～100倍） （二）静息电位的产生机制 钾钠离子扩散电位形成示意图 生理学（第9版） 离子的平衡电位（EX）可用Nernst公式计算: 细胞内液和细胞外液中主要离子的浓度和电位 生理学（第9版） 1.静息电位主要是K+外流形成的 证实： 测量的静息电位与计算的K+平衡电位接近 枪乌贼巨轴突实验（1939，Hodgkin和Huxley）测得RP数值-60mV（计算的EK为-75mV) 改变膜两侧K+浓度差，静息电位随之改变 问题：为什么实际测得的静息电位不是等于而是接近于（略小于）EK？ 电极管 静息电位图 生理学（第9版） 2.少量的Na+内流也参与了静息电位形成 ——部分抵消了K+外流形成的膜内负电位 3.Na+泵的生电作用——增大细胞内的负值 直接作用：生电性活动引起膜超极化，参与RP形成，但贡献不大（<5%） 间接作用：维持膜两侧离子浓度差 随Na+通透性增加，RP减小 ：如骨骼肌细胞-90mV；视杆细胞-30mV） 细胞膜中的钾漏通道和钠泵参与静息电位形成的示意图 生理学（第9版） （三）影响静息电位水平的因素 细胞外K+浓度： 细胞外K+增高，静息电位降低（如高血钾） 膜对K+和Na+的通透性： K+通透性增大，静息电位增大 Na+通透性增大，静息电位减小 钠-钾泵的活动： 钠-钾泵活动增强，细胞膜发生超极化 生理学（第9版） 二、动作电位（action potential，AP） （一）动作电位的概念及其特征 1.概念 在静息电位基础上，细胞受到一个适当的刺激后膜电位发生的迅速、可逆、可以向远距离传播的电位波动 动作电位变化过程： 锋电位（spike potential） 后电位（after potential） 动作电位模式图 生理学（第9版） 2. 动作电位的特征 产生“全或无” (all or none) 连续刺激不融合-脉冲式发放 传导不衰减 生理学（第9版） 阳离子内流（如Na+、Ca2+内流）称内向电流，引起去极化 阳离子外流或阴离子内流（如K+外流、Cl-内流）称为外向电流，引起复极化或超极化 带电离子跨膜扩散需具备两个条件 离子受到的电化学驱动力 1）浓度差：[Na+]o>[Na+]i； [K+]i>[K+]o 2）电场力：静息电位内负外正，推动Na+，阻止K+ 膜对离子的通透性（膜电导） 带电离子跨膜移动产生离子电流 （二）动作电位的产生机制 动作电位本质 — 带电离子跨膜移动 生理学（第9版） 1．电化学驱动力——决定离子流动的方向和速度 概念：是浓度差和电位差两个驱动力的代数和，大小等于膜电位（Em）与离子平衡电位（Ex）的差值（Em - Ex） 静息状态时： 超射水平（去极化至+30mV）时： K+的驱动力＝+20mV （外向） Na+的驱动力＝-130mV（内向） K+的驱动力＝ +120mV （外向） Na+的驱动力＝ -30mV（内向） 生理学（第9版） Na+内流引起去极化 K+外流引起复极化 细胞膜受到有效刺激时 Na+通透性一过性