细胞的生物电现象

第四章 细胞的生物电现象 生物电现象的发现，不仅极大促进了生物学及基 础医学的发展，而且使临床医学发生了革命性的变 革。 人体各器官表现的电现象，是以细胞水平的生物 电现象为基础，细胞的电现象主要是跨膜离子流动 造成的。 任何细胞跨膜电现象的明显改变都将影响细胞的 正常功能，导致严重的疾病。

神经和骨骼肌细胞的生物电现象 非常容易观察到的生物电现象----蛙神经肌肉标本

坐骨神经 锌铜弓

腓肠肌

刺激神经 肌肉收缩；单独刺激肌肉 肌肉收缩 反应速度和可重复性分析提示只能是电信号

刺激强度不同，肌肉收缩强度也不同

兴奋性(excitability):产生动作电位(AP)的能力 兴奋(excitation):

宏观表现：活动增强；电学角度：产生AP 可兴奋细胞/组织(excitable cell/tissue):

受到较小的刺激后即可出现某种形式的反应。神经细胞---神经冲动；肌细胞---收缩； 腺细胞---分泌活动 电可兴奋细胞(electrically excitable cell) 可兴奋细胞产生兴奋的标志：产生动作电位 非可兴奋细胞：有静息电位，但不能产生动作电位

阈强度(threshold intensity)是细胞兴奋的指标

组织在兴奋后兴奋性的规律性变化：绝对不应期(absolute refractory period)

相对不应期(relative refractory period)超常期(supranormal period)

低常期(subnormal period) 通道功能状态的改变是细胞兴奋性发生变化的基础

一次兴奋后兴奋性的变化 绝对不应期、有效不应期、相对不应期、超常期、低常期

细胞生物电现象的主要表现是什么？

1. 静息电位

2. 动作电位

生物电现象的产生机制 兴奋和生物电现象机制的阐明是本世纪生命科学的重大进展之一。 由钠泵活动产生的膜内高K+和膜外高Na+状态是各 种细胞生物电现象产生的基础。 Na+ 和 K+ 通过各自的电压门控通道的易化扩散是

形成神经和骨骼肌细胞静息电位和动作电位的直接原因。

第一节 静息电位 (resting potential) 定义：细胞未受刺激时细胞膜内外的电位差。 特点：膜内电位较膜外为负，具体数值为毫

伏级，不同细胞有差异。 如规定膜外电位为0(接地),则膜内电位在-10 –100mV 之间。+30 mV

0 mV

-90 mV

枪乌贼巨大神经轴突( 1000 m)在细胞 电生理学中的贡献

细胞跨膜电位的发现：最早是利用枪乌贼 神经轴突作出的(凌宁 & Gerard, 1949)

玻璃微电极细胞内记录技术

静息电位记录示意图 电 极 刺 穿 细 胞 膜 前0 mV

电 极 刺 穿 细 胞 膜 后

0 mV

-90 mV

1. 静息电位产生原理：K+平衡电位 Bernstein首次提出，细胞内外K+的不均匀分

布和安

静时膜主要对K+有通透性可能是细胞能保持内负外正极化状态的基础。

[K+]i/[K+]o = 35, [Na+]o/[Na+]i = 14 浓度势能使细胞内K+有向细胞外扩散的趋势，细 胞外Na+有向细胞内扩散的趋势。 如果没有阳离子的不对等扩散，细胞内外是电中性 的(不带电),因为细胞内或细胞外的正负离子

电荷数是相等的。

细胞内液和 细胞外液各 种离子的浓 度差

要点：

在生理情况下，如果不存在细胞膜对某些带电 粒子的选择性通透，则不论是细胞外液还是细胞 内液，阴、阳粒子的电荷数是相等的，细胞内液 和细胞外液都是电中性的(即不带电)。 如果细胞膜对某种离子有选择性通透现象，则 细胞膜两侧会有带电现象。

细胞膜在静息状态下确实主要对K+有通透性(内向 整流钾通道，IK1)在， K+向细胞外扩散时不伴有

负离子的向外扩散和Na+向内扩散。 由于K+带正电荷， K+向细胞外扩散时使细胞外带

正电荷，每移出一个K+就使细胞外多带一个正电荷。 由于同性电荷相斥，当K+移出足够多时，电场力又 阻止K+的向外扩散，最终达到平衡 K+平衡电位 K+向外扩散达到平衡时的细胞内外电位差即是K+平 衡电位，用Nernst方程计算。