简述细胞静息电位和动作电位的形成机制

简述细胞静息电位和动作电位的形成机制

膜电位细胞生命活动过程中伴随的电现象，存在于细胞膜两侧的电位差称膜电位。(membrane potential) 通常是指以膜相隔的两溶液之间产生的电位差。生物细胞被以半透性细胞膜，而膜两边呈现的生物电位就是这种电位，平常把细胞内外的电位差叫膜电位。如果把两种电解质用膜隔开，使一侧含有不能透过该膜的粒子，由于这种影响，两侧电解质的分布便发生了变化，一旦董南（donnan）膜平衡建立膜两侧就会有董南膜电位。如果两侧没有这种不透性离子，但只要把浓度不同的两种电解质以膜隔开，在阳离子和阴离子透过膜的速度不同时，膜两侧也会产生电位差。在膜两侧放0.1和0.01N的KCl溶液时产生的膜电位，作为表现膜特性的电位，则称为标准电位差，其值最大可达58mV。膜电位的存在和各种影响引起的这些变化是静止电位和动作电位的成因。
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。
动作电位时细胞受到刺激时细胞膜产生的一次可逆的、可传导的电位变化。产生的机制为①阈刺激或阈上刺激使膜对Na+的通透性增加，Na+顺浓度梯度及电位差内流，使膜去极化，形成动作电位的上升支。②Na+通道失活，而 K+通道开放，K+外流，复极化形成动作电位的下降支。③钠泵的作用，将进入膜内的Na+泵出膜外，同时将膜外多余的 K+泵入膜内，恢复兴奋前是离子分布的浓度。

动作电位产生的机制与静息电位相似，都与细胞膜的通透性及离子转运有关。 静息电位产生的机制“离子学说”认为，细胞水平生物电产生的前提有二：①细胞内外离子分布和浓度不同。就正离子来说，膜内k 浓度较高，约为膜外的30倍。膜外na 浓度较高约为膜内的10倍。从负离子来看，膜外以cl-为主，膜内则以大分子有机负离子（a-）为主。②细胞膜在不同的情况下，对不同离子的通透性并不一样，如在静息状态下，膜对k 的通透性大，对na 的通透性则很小。对膜内大分子a-则无通透性。由于膜内外存在着k 浓度梯度，而且在静息状态下，膜对k 又有较大的通透性（k 通道开放），所以一部分k 便会顺着浓度梯度向膜外扩散，即k 外流。膜内带负电荷的大分子a-，由于电荷异性相吸的作用，也应随k 外流，但因不能透过细胞膜而被阻止在膜的内表面，致使膜外正电荷增多，电位变正，膜内负电荷增多，电位变负。这样膜内外之间便形成了电位差，它在膜外排斥k 外流，在膜内又牵制k 的外流，于是k 外流逐渐减少。当促使k 流的浓度梯度和阻止k 外流的电梯度这两种抵抗力量相等时，k 的净外流停止，使膜内外的电位差保持在一个稳定状态。因此，可以说静息电位主要是k 外流所形成的电一化学平衡电位。动作电位产生的机制动作电位产生的机制与静息电位相似，都与细胞膜的通透性及离子转运有关。l.去极化过程当细胞受刺激而兴奋时，膜对na 通透性增大，对k 通透性减小，于是细胞外的na 便会顺其波度梯度和电梯度向胞内扩散，导致膜内负电位减小，直至膜内电位比膜外高，形成内正外负的反极化状态。当促使na 内流的浓度梯度和阻止na 内流的电梯度，这两种拮抗力量相等时，na 的净内流停止。因此，可以说动作电位的去极化过程相当于na 内流所形成的电一化学平衡电位。2．复极化过程当细胞膜除极到峰值时，细胞膜的na 通道迅速关闭，而对k 的通透性增大，于是细胞内的k 便顺其浓度梯度向细胞外扩散，导致膜内负电位增大，直至恢复到静息时的数值。可兴奋细胞每发生一次动作电位，总会有一部分na 在去极化中扩散到细胞内，并有一部分k 在复极过程中扩散到细胞外。这样就激活了na －k 依赖式atp酶即na －k 泵，于是钠泵加速运转，将胞内多余的na 泵出胞外，同时把胞外增多的k 泵进胞内，以恢复静息状态的离子分布，保持细胞的正常兴奋性。如果说静息电位是兴奋性的基础，那么，动作电位是可兴奋细胞兴奋的标志。

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