细胞的生物电活动
生物电的表现形式: 静息电位——所有细胞在安静时均存在,不同的细胞其静息电位值不同。 动作电位——可兴奋细胞受到阈或阈上刺激时产生。 局部电位——所有细胞受到阈下刺激时产生。
01.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。 静息电位表现为膜个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。
02.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。 ④动作电位期间Na+、K+离子的跨膜转运是通过通道蛋白进行的,通道有开放、关闭、备用三种状态,由当时的膜电位决定,故这种离子通道称为电压门控的离子通道,而形成静息电位的K+通道是非门控的离子通道。当膜的某一离子通道处于失活(关闭)状态时,膜对该离子的通透性为零,同时膜电导就为零(电导与通透性一致),而且不会受刺激而开放,只有通道恢复到备用状态时才可以在特定刺激作用下开放。
03.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。
04.兴奋的传播 (1)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。
(2)兴奋在细胞间的传递:细胞间信息传递的主要方式是化学性传递,包括突触传递和非突触传递,某些组织细胞间存在着电传递(缝隙连接)。
05.兴奋性的变化规律 绝对不应期——相对不应期——超常期——低常期——恢复。
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