细胞的生物电现象
生物电:细胞生命活动过程中伴随的电现象称为生物电。它以跨膜电位的形式存在,包括静息电位和动作电位。
一、静息电位
(一)有关的概念
1.静息电位(RP):细胞在静息状态下,存在于细胞膜两侧的电位差。是细胞安静的标志,是一切生物电现象产生的基础。
2.去极化:在静息电位的基础上,膜内电位朝着负电荷减少的方向变化时称为去极化,此时膜电位的绝对值小于RP的绝对值。
3.超极化:在静息电位的基础上,膜内电位朝着负电荷增加的方向变化时称为超极化,此时膜电位的绝对值大于RP的绝对值。
(二)静息电位产生的机制
细胞膜在静息状态时,对K+通透性大,对Na+通透性小;而K+膜内浓度又远高于膜外,于是 K+顺浓度差由细胞内向细胞外扩散,而膜对有机负离子不能通透,使其留在膜内。这样就产生了内负外正的电位差,对K+的外流产生了一定的阻碍作用。随着K+的不断外流,当促进K+外流的化学力与阻止K+外流的电场力达到平衡时,则K+停止外流。此时,膜两侧的电位差称为K+的平衡电位,K+的平衡电位相当于静息电位。
二、动作电位
(一)概念
动作电位(AP)是指可兴奋细胞受到有效刺激时,在静息电位的基础上发生的一次迅速、可逆、扩布性的电位变化过程。
(二)波形和分期
以骨骼肌细胞为例来说明,其动作电位分为如下几支。
1.上升支:指膜内电位从RP的-90mV到+30mV,称为除极期。其中从-90mV上升到0mV,属于典型的去极化;从0mV到+30mV称为反极化。
2.下降支:指膜内电位从+30mV逐渐下降至RP水平,称为复极化期。
(三)形成机制(https://www.daowen.com)
1.上升支:当细胞受到阈刺激或阈上刺激,膜上的Na+通道部分被激活,由于细胞外液中的Na+浓度高于膜内,Na+少量缓慢内流,使膜电位上升,当膜电位达到阈电位时,膜上的Na+全部开放,随着Na+大量快速内流,膜电位迅速上升,一直达到+30mV。完成去极化过程。此时存在的电位差即Na+的平衡电位。
2.下降支:当去极完毕后,Na+通道关闭,此时K+通道开放,K+顺浓度差外流,直到回到静息电位水平。在复极的晚期,由于钠-钾泵的运转可导致超极化的正后电位。
(四)特点
1.“全或无”:给予细胞阈下刺激时不能引起动作电位,而给予阈刺激或阈上刺激时,则同一个细胞产生的动作电位的幅度和持续时间相等,即动作电位的大小不随刺激强度的改变而改变;因此动作电位的波形和大小与刺激强度、传导距离及细胞的直径无关。
2.不衰减传导。
3.脉冲式:同一个细胞产生的动作电位不会融合(因绝对不应期的存在)。
(五)兴奋性的周期性变化
细胞受到有效刺激产生一次动作电位之后,其兴奋性将发生周期性的变化,分别经过:①绝对不应期;②相对不应期;③超常期;④低常期。
(六)动作电位的意义
动作电位是可兴奋细胞兴奋的标志,是肌细胞收缩、腺细胞分泌等功能活动的基础。
(七)动作电位的引起和传导
1.阈电位:能引起膜上Na+通道全部开放,触发AP的膜电位临界值。
2.局部电位:细胞受到阈下刺激所产生的小的电位变化称为局部电位,包括:①去极化局部电位,如终板电位、兴奋性突触后电位等;②超极化局部电位,如抑制性突触后电位和感受器电位。
局部电位的特点:为等级性电位,即局部电位随刺激强度增大而增大;呈电紧张性扩布,不能远传;无不应期,可分为时间总和及空间总和。