markmap - 2026-07-06T022406.617.svg
第二章第三节：细胞的电活动 — 全集存档
一、生物电基本原理
（一）细胞生物电产生的重要基础
1. 细胞膜的电学特性
- 细胞膜两侧存在明显的膜内外电位差
- 离子能跨细胞膜移动 → 细胞膜对该离子具有通透性
2. 离子跨膜扩散和平衡电位
- 离子净移动的驱动力 = 化学驱动力（浓度差）+ 电场力（电位差）= 电化学梯度
- 平衡电位：单一离子在细胞膜上不产生净流动时的膜电位（此时电化学梯度为零）
- Nernst 公式：计算平衡电位
3. 膜内外主要离子浓度（mmol/L）
- Na⁺：膜外 142 / 膜内 10 → 流动趋势 → 内向流
- K⁺：膜外 4 / 膜内 140 → 流动趋势 → 外向流
- Ca²⁺：膜外 2.4 / 膜内 0.0001 → 流动趋势 → 内向流
- Cl⁻：膜外 103 / 膜内 4 → 流动趋势 → 内向流
二、几个核心概念
- 极化：静息电位时细胞膜外正内负的状态
- 去极化：静息电位减小的过程或状态（如 -70mV→-50mV）
- 反极化和超射：膜电位去极化至零后继续变为正值（超射=高于零电位的部分）
- 复极化：由去极化或超极化向静息电位恢复的过程
- 超极化：静息电位增大的过程或状态（如 -70mV→-90mV）
---
三、静息电位（RP）
（一）概念
- 细胞在静息（未受刺激）时存在于细胞膜内外的电位差，又称跨膜静息电位
- 状态：内负外正（极化状态）
- 数值因细胞类型不同而不同（神经/骨骼肌约 -70~-90mV）
（二）RP 产生的机制（膜学说）
形成条件
- ① 带电离子不均衡分布 → 跨膜驱动力
- ② 细胞膜的选择通透性：安静时膜对 K⁺ 高通透（钾漏通道持续开放）
产生机制（三因素）
- ① 主要取决于 K⁺ 的平衡电位：K⁺ 顺浓度差外流 → 膜内形成负电位 → 实测值接近 E_K（如枪乌贼实测-60mV vs 计算-75mV）
- ② 少量 Na⁺ 内流参与：钠漏通道介导 → Na⁺ 内流部分抵消 K⁺ 外流形成的负电位 → 使实测 RP 略小于 E_K
- ③ 钠泵的生电作用：泵出 3Na⁺/泵入 2K⁺ → 净泵出正电荷 → 增大胞内负值（贡献 < 5%）
（三）影响静息电位的因素
- 细胞外 K⁺ 浓度↑ → 膜内外 K⁺ 浓度差↓ → RP ↓（去极化）
- Na⁺ 通透性↑ → Na⁺ 内流↑ → RP ↓
- K⁺ 通透性↑ → K⁺ 外流↑ → RP ↑（超极化）
- 钠泵活动↓（缺血缺氧/哇巴因）→ RP ↓
---
四、动作电位（AP）
（一）概念
- 细胞在静息电位基础上，接受有效刺激后产生的快速并可向远处传播的膜电位波动
- 锋电位 = AP 的标志（去极化上升相 + 快速复极化下降相）
（二）AP 的形态分期
- 锋电位（标志）：上升支（去极化 -70→+30mV）+ 下降支（复极化 +30→接近-70mV）
- 后电位：负后电位（去极化后电位）+ 正后电位（超极化后电位）
（三）AP 的产生机制
1. 去极化相（上升支）
- 条件：① 膜内外 Na⁺ 不均衡分布（外高内低）；② 有效刺激使 Na⁺ 通透性突然增大
- 机制：有效刺激 → 部分 Na⁺ 通道开放 → Na⁺ 内流↑ → 膜去极化 → 更多 Na⁺ 通道开放（正反馈）→ 大量 Na⁺ 内流 → 膜内负电位消失 → 出现正电位（超射）
2. 复极化相（下降支）
- 条件：① Na⁺ 通道失活关闭；② K⁺ 通透性升高
- 机制：Na⁺ 内流停止 + K⁺ 外流↑ → 膜内电位向负值恢复 → 至静息电位
3. 后电位
- 负后电位：细胞外一过性 K⁺ 蓄积 → 阻碍 K⁺ 外流
- 正后电位：钠钾泵活动增强 → 恢复 Na⁺/K⁺ 分布
总结
- 去极化相 = Na⁺ 内流（正反馈）
- 复极化相 = K⁺ 外流
- 正后电位 = 钠泵活动增强
（四）产生 AP 的条件
- 刺激三参数：强度、时间、强度-时间变化率
- 阈刺激：能引起 AP 产生的最小强度刺激
- 阈强度/阈值：引起 AP 的最小刺激强度 → 衡量兴奋性的指标（兴奋性 = 1/阈值）
- 阈电位：能引发 AP 的临界膜电位（通常比 RP 小 10~20mV）
（五）AP 的传导
1. 无髓纤维——局部电流学说
- 已兴奋区与相邻未兴奋区之间形成局部电流 → 使未兴奋区去极化达阈电位 → 产生 AP
- 特点：双向传导、不衰减
2. 有髓纤维——跳跃式传导
- 郎飞结：裸露无髓鞘、Na⁺ 通道密集、阈电位低 → 产生 AP
- 髓鞘区：胶质细胞包裹、Na⁺ 通道稀疏、不能产生 AP
- 传导方式：AP 沿相邻郎飞结跳跃产生
- 意义：传导速度快（空间常数大/时间常数小）、节省能量
（六）AP 的特点
- ① “全或无”现象：刺激<阈值→AP 不产生；≥阈值→AP 达最大幅度（不随刺激强度变化）
- ② 不衰减传导：AP 幅度不因传导距离增大而减小
- ③ 不可总和：锋电位不融合，脉冲式发放
---
五、兴奋性的周期性变化
（一）兴奋与兴奋性
- 兴奋 = 动作电位或动作电位的产生过程
- 兴奋性 = 细胞对刺激产生 AP 的能力
- 可兴奋细胞：神经细胞、肌细胞、部分腺细胞
- 衡量指标：阈强度（阈值），兴奋性 = 1/阈值
（二）一次 AP 后兴奋性的周期性变化
- 绝对不应期：兴奋性降至 0 → 对应锋电位 → 机制：Na⁺ 通道失活
- 相对不应期：兴奋性渐恢复 → 对应负后电位前期 → 机制：Na⁺ 通道部分恢复
- 超常期：兴奋性 > 正常 → 对应负后电位 → 机制：Na⁺ 通道基本复活 + 膜电位距阈电位近
- 低常期：兴奋性 < 正常 → 对应正后电位 → 机制：膜电位距阈电位远（超极化）
---
六、局部电位
（一）定义与机制
- 在阈下刺激作用下，细胞发生的小的去极化电位
- 机制：少量 Na⁺ 通道开放 → 少量 Na⁺ 内流
- 例：感受器电位、突触后电位（EPSP/IPSP）、终板电位
（二）四大特点
- ① 等级性：反应幅度随刺激强度增加而增大（非”全或无”）
- ② 衰减性传导（电紧张扩布）：随传播距离增大而幅度减小
- ③ 无不应期：可连续产生
- ④ 可以总和：时间总和 + 空间总和
（三）局部电位 vs 动作电位
- 刺激强度：局部（阈下）vs AP（阈/阈上）
- 离子机制：局部（少量 Na⁺ 内流）vs AP（大量 Na⁺ 内流）
- 反应特点：局部（等级性）vs AP（全或无）
- 不应期：局部（无）vs AP（有）
- 总和：局部（有）vs AP（无）
- 传播：局部（衰减性）vs AP（不衰减）