第三节 细胞的生物电现象

一、细胞生物电与细胞的兴奋

1、兴奋性：指机体的组织或细胞接受刺激后产生动作电位的能力。

2、刺激与反应

（1）适宜刺激与不适宜刺激

Ø 凡能被某种细胞接受的刺激就称为这种细胞的适宜刺激；反之，称为不适宜刺激。

（2）刺激引起兴奋的条件

①刺激的强度

v 阈刺激：在一定时间内，引起组织细胞产生兴奋的最低刺激强度。

v 阈下刺激、阈上刺激

②刺激的作用时间

v 时间阈值：在一定刺激强度下，引起组织产生兴奋的最短刺激作用时间。

③刺激强度对于时间的变化率

二、细胞生物电现象

生物电现象(bioelectric phonomenon): 细胞在静息或活动状态下所伴随的各种电现象总称为生物电现象。

包括静息电位和动作电位。

1.静息电位：细胞处于安静状态下（未受刺激时）膜内外的电位差。

静息电位表现为膜外相对为正而膜内相对为负。

（1）形成条件：

①安静时细胞膜两侧存在离子浓度差（离子不均匀分布）。

②安静时细胞膜主要对K+通透。也就是说，细胞未受刺激时，膜上离子通道中主要是K+通道开放，允许K+由细胞内流向细胞外，而不允许Na+、Ca2+由细胞外流入细胞内。

（2）形成机制：K+外流的平衡电位即静息电位，静息电位形成过程不消耗能量。

（3）特征：静息电位是K+外流形成的膜两侧稳定的电位差。

只要细胞未受刺激、生理条件不变，这种电位差持续存在，而动作电位则是一种变化电位。细胞处于静息电位时，膜内电位较膜外电位为负，这种膜内为负，膜外为正的状态称为极化状态。而膜内负电位减少或增大，分别称为去极化和超级化。细胞先发生去极化，再向安静时的极化状态恢复称为复极化。

2.动作电位：

（1）概念：可兴奋组织或细胞受到阈上刺激时，在静息电位基础上发生的快速、可逆转、可传播的细胞膜两侧的电变化。动作电位的主要成份是峰电位。

（2）形成条件：

①细胞膜两侧存在离子浓度差，细胞膜内K+浓度高于细胞膜外，而细胞外Na+、Ca2+、Cl-高于细胞内，这种浓度差的维持依靠离子泵的主动转运。（主要是Na+-K+泵的转运）。

②细胞膜在不同状态下对不同离子的通透性不同，例如，安静时主要允许K+通透，而去极化到阈电位水平时又主要允许Na+通透。

③可兴奋组织或细胞受阈上刺激。

（3）形成过程：≥阈刺激→细胞部分去极化→Na+少量内流→去极化至阈电位水平→Na+内流与去极化形成正反馈（Na+爆发性内流）→达到Na+平衡电位（膜内为正膜外为负）→形成动作电位上升支。

膜去极化达一定电位水平→Na+内流停止、K+迅速外流→形成动作电位下降支。

（4）形成机制：动作电位上升支——Na+内流所致。

动作电位的幅度决定于细胞内外的Na+浓度差，细胞外液Na+浓度降低动作电位幅度也相应降低，而阻断Na+通道（河豚毒）则能阻碍动作电位的产生。

动作电位下降支——K+外流所致。

（5）动作电位特征：

①产生和传播都是“全或无”式的。

②传播的方式为局部电流，传播速度与细胞直径成正比。

③动作电位是一种快速，可逆的电变化，产生动作电位的细胞膜将经历一系列兴奋性的变化：绝对不应期——相对不应期——超常期——低常期，它们与动作电位各时期的对应关系是：峰电位——绝对不应期；负后电位——相对不应期和超常期；正后电位——低常期。

3.局部电位：

（1）概念：细胞受到阈下刺激时，细胞膜两侧产生的微弱电变化（较小的膜去极化或超极化反应）。或者说是细胞受刺激后去极化未达到阈电位的电位变化。

（2）形成机制：阈下刺激使膜通道部分开放，产生少量去极化或超极化，故局部电位可以是去极化电位，也可以是超极化电位。局部电位在不同细胞上由不同离子流动形成，而且离子是顺着浓度差流动，不消耗能量。

（3）特点：

①等级性。指局部电位的幅度与刺激强度正相关，而与膜两侧离子浓度差无关，因为离子通道仅部分开放无法达到该离子的电平衡电位，因而不是“全或无”式的。

②可以总和。局部电位没有不应期，一次阈下刺激引起一个局部反应虽然不能引发动作电位，但多个阈下刺激引起的多个局部反应如果在时间上（多个刺激在同一部位连续给予）或空间上（多个刺激在相邻部位同时给予）叠加起来（分别称为时间总和或空间总和），就有可能导致膜去极化到阈电位，从而爆发动作电位。

③电紧张扩布。局部电位不能像动作电位向远处传播，只能以电紧张的方式，影响附近膜的电位。电紧张扩布随扩布距离增加而衰减。

4.兴奋的传播：

兴奋在同一细胞上的传导：可兴奋细胞兴奋的标志是产生动作电位，因此兴奋的传导实质上是动作电位向周围的传播。动作电位以局部电流的方式传导，直径大的细胞电阻较小传导的速度快。有髓鞘的神经纤维动作电位以跳跃式传导，因而比无髓纤维传导快。

动作电位在同一细胞上的传导是“全或无”式的，动作电位的幅度不因传导距离增加而减小。