细胞的生物电现象
文集 人体形态与功能总论 共 21 篇
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什么是细胞的生物电现象
- 细胞膜内外在静息状态下存在着电位差（静息电位）
- 在一定的刺激下，膜内外的电位差会发生变化，产生动作电位
静息电位 resting potential：外正内负；动作电位 action potential：外负内正。不同细胞动作电位并非一致。
一、静息电位及其产生机制
细胞处于安静状态时，存在于细胞膜内、外两侧的电位差。膜内为负，膜外为正的跨膜电位差。大小一般在 -10 mV ～ -100 mV。
产生机制
- 细胞膜两侧离子分布不均匀，形成膜两侧离子浓度差，是离子移动的动力
- 安静时，细胞膜对 K⁺ 的通透性增加，K⁺ 借助于浓度差外流
- K⁺ 外流形成的电场排斥力与浓度差扩散力相等时，K⁺ 外流停止，形成 K⁺ 平衡电位
- 平衡电位：能斯特方程，与胞内外浓度差有关
- eg. 加大胞外钾浓度，平衡电位绝对值减小
影响静息电位水平的因素
- 膜内、外 K⁺ 浓度差
- 膜对 K⁺ 和 Na⁺ 的相对通透性
- Na⁺-K⁺ 泵活动的水平（钠泵活动增加，超极化）
二、动作电位及其产生机制
1. 动作电位（action potential，AP）
定义：指可兴奋细胞受到一个阈刺激或阈上刺激时，膜电位在静息电位的基础上产生一个迅速的、可逆的、可传导的电位变化。
动作电位由峰电位 spike 和后电位 after 组成，有去极相/复极相。
膜电位变化中的几种状态：
| 状态 | 说明 |
|---|---|
| 极化 polarization | 细胞处于安静状态，内负外正 |
| 超极化 hyperpolarization | 膜内负值增大，polarization 加剧 → 细胞处于抑制状态 |
| 去极化 depolarization | 在极化的基础上，膜内外电位差减小 → 细胞处于兴奋状态 |
| 复极化 repolarization | depolarization or hyperpolarization → polarization |
2. 动作电位产生的机制
A. 去极化、钠通道开放、达到阈电位，而后正反馈 posfeedback
钠离子通道：
| 状态 | 对应时相 | 膜电位 |
|---|---|---|
| 备用 | 静息 | -90 mV |
| 激活 | 阈电位 | -70 mV |
| 失活 | 复极化 | -50 ～ -70 mV |
B. 正反馈：由 Na⁺ 快速内流形成
适宜刺激、部分电压门控式 Na⁺ 通道激活、少量 Na⁺ 内流，膜部分去极化（量变 → 质变）；达阈电位（-70 mV）、大量 Na⁺ 通道由备用状态变为激活状态、膜进一步去极化、大量 Na⁺ 内流（loop）、膜内电位急剧上升，直至接近钠平衡电位，形成 0 期。
C. 复极化：钠通道关闭、失活，电压门控钾离子通道开放，钾离子外流、恢复极化状态
D. undershoot：钠通道保持失活，更多钾离子通道打开、外流
E. 钠钾泵、钠泵，恢复静息电位
动作电位产生的最基本原因：膜对钠、钾的通透性发生变化
三、兴奋过程中兴奋性的变化
- 兴奋性：组织或细胞对刺激产生反应的能力
- 可兴奋组织/细胞：能由刺激产生动作电位的组织/细胞，包括神经组织、肌肉组织和腺组织
- 阈强度：能够引起动作电位的最小刺激强度
兴奋性以阈强度为衡量标准，分为绝对不应期、相对不应期、超常期、低常期。
| 时期 | 兴奋性 | 机制 | 对应时相 |
|---|---|---|---|
| 绝对不应期 | 无论多大刺激都不反应，兴奋性为零 | Na⁺ 通道处于失活状态 | 相当于锋电位所持续的时间 |
| 相对不应期 | 阈上刺激产生反应，兴奋性低于正常 | Na⁺ 通道从失活状态已开始逐渐复活，只是通道数目和开放能力尚未恢复到正常水平 | 负后电位前期 |
| 超常期 | 阈下刺激产生反应，兴奋性高于正常 | Na⁺ 通道基本恢复到可被激活的备用状态，膜电位接近阈电位 | 负后电位后期 |
| 低常期 | 阈上刺激产生反应，兴奋性低于正常 | Na⁺ 通道完全恢复正常，膜电位超极化，与阈电位距离增大 | 正后电位 |
物质基础：电压门控钠通道状态
绝对不应期的长短决定了细胞在单位时间产生兴奋的最高次数 = 不应期的倒数
四、兴奋的引起和传导
引起兴奋的条件
阈强度：固定刺激作用时间和频率，只改变刺激强度，刚能引起组织细胞产生反应的最小刺激。
兴奋产生的条件