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动作电位的产生机制

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  • 2022-01-20

提到电位,大家应该都知道,有朋友问静息电位和动作电位的产生机制,还有人问简述静息电位和动作电位产生的原理,这到底是咋回事?事实上动作电位是如何产生的?呢,小编为大家带来动作电位的产生机制,赶紧来学习一下吧~!

动作电位的产生机制

静息电位,动作电位的产生的原理和机制不同点:

1、静息电位及其产生原理和机制

静息电位是指细胞在安静时,存在于膜内外的电位差。生物电产生的原理可用"离子学说"解释。该学说认为:膜电位的产生是由于膜内外各种离子的分布不均衡,以及膜在不同情况下,对各种离子的通透性不同所造成的。

在静息状态下,细胞膜对K+有较高的通透性,而膜内K+又高于膜外,K+顺浓度差向膜外扩散;细胞膜对蛋白质负离子(A-)无通透性,膜内大分子A-被阻止在膜的内侧,从而形成膜内为负、膜外为正的电位差。

这种电位差产生后,可阻止K+的进一步向外扩散,使膜内外电位差达到一个稳定的数值,即静息电位。因此,静息电位主要是K+外流所形成的电-化学平衡电位。

2、动作电位及其产生原理和机制

细胞膜受刺激而兴奋时,在静息电位的基础上,发生一次扩布性的电位变化,称为动作电位。动作电位是一个连续的膜电位变化过程,波形分为上升相和下降相。

细胞膜受刺激而兴奋时,膜上Na+通道迅速开放,由于膜外Na+浓度高于膜内,电位比膜内正,所以,Na+顺浓度差和电位差内流,使膜内的负电位迅速消失,并进而转为正电位。这种膜内为正、膜外为负的电位梯度,阻止Na+继续内流。

当促使Na+内流的浓度梯度与阻止Na+内流的电位梯度相等时,Na+内流停止。因此,动作电位的上升相的顶点是Na+内流所形成的电-化学平衡电位。

动作电位形成条件:

①细胞膜两侧存在离子浓度差,细胞膜内钾离子浓度高于细胞膜外,而细胞外钠离子、钙离子、氯离子高于细胞内,这种浓度差的维持依靠离子泵的主动转运。(主要是钠-钾泵(每3个Na+流出细胞, 就有2个K+流入细胞内。即:Na+:K+ =3:2)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,安静时主要允许钾离子通透,而去极化到阈电位水平时又主要允许钠离子通透。

③可兴奋组织或细胞受阈刺激或阈上刺激。

在细胞膜上任何一点产生的动作电位会不衰减地传播到整个细胞膜上,这称之为动作电位的传导。如果是发生在神经纤维上,传导的动作电位又称为神经冲动。

以神经元为例,动作电位沿轴突的传导是通过跨膜的局部电流实现的。给轴突的某一位点以足够强的刺激,可使其产生动作电位。此时该段膜内外两侧的电位差发生暂时的翻转,即由安静时膜内为负、膜外为正的状态转化为兴奋时的膜内为正、膜外为负的状态,称其为兴奋膜。

兴奋膜与周围的静息膜(未兴奋的膜)无论在膜内还是膜外均存在有电位差,同时细胞膜的两侧的溶液都是导电的,所以兴奋膜与静息膜之间可发生电荷移动,这种电荷移动就是局部电流。在膜外侧,电流从静息膜流向兴奋膜;在膜内侧,电流由兴奋膜流向静息膜。

结果使静息膜膜内侧电位升高而膜外侧降低,即发生了去极化。当去极化使静息膜的膜电位达到阈电位水平时,大量钠通道被激活,引起动作电位。此时,原来的静息膜转变为兴奋膜,继续向周围的静息膜传导。

因此,所谓动作电位的传导实际上就是兴奋膜向前移动的过程。在受到刺激产生兴奋的轴突与周围静息膜之间都可以产生局部电流,因此可以向两个方向传导,被称之为动作电位的双向传导。

动作电位在传导过程中是不衰减的,其原因在于动作电位在传导时,实际上是去极化区域的移动和动作电位的逐次产生,每次产生的动作电位幅度都接近于钠离子的平衡电位,可见其传导距离与幅度是不相关的,因此动作电位幅度不会因传导距离的增加而发生变化。

神经纤维的传导速度极快,但不同的神经纤维的传导速度变化很大。例如,人体的一些较粗的骨髓纤维传导速度可达100m/s,而某些较细的无髓纤维的传导速度甚至低于1m/s。

  细胞的生物电现象:细胞水平的生物电现象主要有两种表现形式,一种是在安静时所具有的静息电位,另一种是受到刺激时产生的动作电位。

  (1)静息电位:指细胞在安静时存在于细胞膜两侧的电位差。静息电位都表现为膜内较膜外为负,如规定膜外电位为0,则膜内电位大都在-10~-l00mV之间。

  细胞在安静(未受刺激)时,膜两侧所保持的内负外正的状态称为膜的极化;静息电位的数值向膜内负值增大,即膜内电位更低的方向变化,称为超极化;相反,使静息电位的数值向膜内负值减小,即膜内电位升高的方向变化,称为去极化或除极化;细胞受刺激后,细胞膜先发生去极化,然后再向正常安静时膜内所处的负值恢复,称为复极化。

  静息电位的产生机制:细胞的静息电位相当于K+平衡电位,系因K+跨膜扩散达电化学平衡所引起。正常时细胞内的K+浓度高于细胞外,而细胞外Na+浓度高于细胞内。在安静状态下,虽然细胞膜对各种离子的通透性都很小,但相比之下,对K+有较高的通透性,于是细胞内的K+在浓度差的驱使下,由细胞内向细胞外扩散。由于膜内带负电荷的蛋白质大分子不能随之移出细胞,所以随着带正电荷的K+外流将使膜内电位变负而膜外变正。但是,K+的外流并不能无限制地进行下去。因为最先流出膜外的K+所产生的外正内负的电场力,将阻碍K+的继续外流,随着K+外流的增加,这种阻止K+外流的力量(膜两侧的电位差)也不断加大。当促使K+外流的浓度差和阻止K+外移的电位差这两种力量达到平衡时,膜对K+的净通量为零,于是不再有K+的跨膜净移动,而此时膜两侧的电位差也就稳定于某一数值不变,此电位差称为K+平衡电位。除K+平衡电位外,静息时细胞膜对Na+也有极小的通透性,由于Na+顺浓度差内流,因而可部分抵消由K+外流所形成的膜内负电位。这就是为什么静息电位的实测值略小于由Nernst公式计算所得的K+平衡电位的道理。此外,钠泵活动所形成的Na+、K+不对等转运也可加大膜内负电位。

  (2)动作电位:指细胞受到刺激而兴奋时,细胞膜在原来静息电位的基础上发生的一次迅速而短暂的,可扩布的电位波动。在神经纤维上,它一般在0.5~2.0毫秒的时间内完成,这使它在描记的图形上表现为一次短促而尖锐的脉冲样变化,称为锋电位。

  动作电位的产生过程:神经纤维和肌细胞在安静状态时,其膜的静息电位约为-70~-90mV.当它们受到一次阈刺激(或阈上刺激)时,膜内原来存在的负电位将迅速消失,并进而变成正电位,即膜内电位由原来的-70~-90mV变为+20~+40mV的水平,由原来的内负外正变为内正外负。这样整个膜内外电位变化的幅度为90~130mV,构成了动作电位的上升支。膜电位在零位线以上的部分,称为超射。但是,由刺激引起的这种膜内外电位的倒转只是暂时的,很快就出现了膜内电位的下降,由正值的减小发展到膜内出现刺激前原有的负电位状态,这就构成了动作电位的下降支。

  动作电位的产生机制:在静息状态时,细胞膜外Na+浓度大于膜内,Na+有向膜内扩散的趋势,而且静息时膜内存在着相当数值的负电位,这种电场力也吸引Na+向膜内移动;但是,由于静息时膜上的Na+通道多数处于关闭状态,膜对Na+相对不通透,因此,Na+不可能大量内流。当细胞受到一个阈刺激(或阈上刺激)时,电压门控Na+通道开放,膜对Na+的通透性突然增大,并且超过了膜对K+的通透性,Na+迅速大量内流,以致膜内负电位因正电荷的增加而迅速消失;由于膜外高Na+所形成的浓度势能,使得Na+在膜内负电位减小到零电位时仍可继续内移,进而出现正电位,直至膜内正电位增大到足以阻止由浓度差所引起的Na+内流时,膜对Na+的净通量为零,从而形成了动作电位的上升支。这时膜两侧的电位差称为Na+平衡电位。Na+平衡电位的数值也可根据Nernst公式算出,计算所得的数值与实际测得的动作电位的超射值相接近。

  但是,膜内电位并不停留在正电位状态,而是很快出现动作电位的复极相,这是因为Na+通道开放的时间很短。它很快就进入失活状态,从而使膜对Na+的通透性变小。与此同时。电压门控K+通道开放加大,于是膜内K+在浓度差和电位差的推动下又向膜外扩散。使膜内电位由正值又向负值发展,直至恢复到静息电位水平。膜电位在恢复到静息电位水平后,钠泵活动加强,将动作电位期间进入细胞的Na+转运到细胞外,同时将外流的K+转运入细胞内。从而使膜内外离子分布也恢复到原初静息水平。

  动作电位的特点:①"全或无"现象。单一神经或肌细胞动作电位的一个重要特点就是刺激若达不到阈值,将不会产生动作电位。刺激一旦达到阈值,就会暴发动作电位。动作电位一旦产生。其大小和形状不再随刺激的强弱和传导距离的远近而改变。②具有不应期。即使连续刺激。动作电位亦不发生融合。

  动作电位的产生是细胞兴奋的标志。

动作电位产生原理及机制?

细胞膜受到外界刺激(机械刺激和化学刺激等)后膜上的离子通道打开引起钠离子内流和钾离子外流而时细胞膜去极化达到阈电位 同时膜电导改变 产生动作电位

希望采纳

简述动作电位产生机制!!(解刨生理学方面)

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。

简述静息电位和动作电位产生的原理

【静息电位产生原理】

细胞的静息电位相当于K+平衡电位,系因K+跨膜扩散达电化学平衡所引起。正常时细胞内的K+浓度高于细胞外,而细胞外Na+浓度高于细胞内。在安静状态下,虽然细胞膜对各种离子的通透性都很小,但相比之下,对K+有较高的通透性,于是细胞内的K+在浓度差的驱使下,由细胞内向细胞外扩散。由于膜内带负电荷的蛋白质大分子不能随之移出细胞,所以随着带正电荷的K+外流将使膜内电位变负而膜外变正。但是,K+的外流并不能无限制地进行下去。

因为最先流出膜外的K+所产生的外正内负的电场力,将阻碍K+的继续外流,随着K+外流的增加,这种阻止K+外流的力量(膜两侧的电位差)也不断加大。当促使K+外流的浓度差和阻止K+外移的电位差这两种力量达到平衡时,膜对K+的净通量为零,于是不再有K+的跨膜净移动,而此时膜两侧的电位差也就稳定于某一数值不变,此电位差称为K+平衡电位。除K+平衡电位外,静息时细胞膜对Na+也有极小的通透性,由于Na+顺浓度差内流,因而可部分抵消由K+外流所形成的膜内负电位。

【动作电位产生原理】

当细胞受到刺激产生兴奋时,首先是少量兴奋性较高的钠通道开放,很少量钠离子顺浓度差进入细胞,致使膜两侧的电位差减小,产生一定程度的去极化。当膜电位减小到一定数值(阈电位)时,就会引起细胞膜上大量的钠通道同时开放,此时在膜两侧钠离子浓度差和电位差(内负外正)的作用下,使细胞外的钠离子快速、大量地内流,导致细胞内正电荷迅速增加,电位急剧上升,形成了动作电位的上升支,即去极化。

当膜内侧的正电位增大到足以阻止钠离子的进一步内流时,也就是钠离子的平衡电位时,钠离子停止内流,并且钠通道失活关闭。在钠离子内流过程中,钾通道被激活而开放,钾离子顺着浓度梯度从细胞内流向细胞外,当钠离子内流速度和钾离子外流速度平衡时,产生峰值电位。随后,钾离子外流速度大于钠离子内流速度,大量的阳离子外流导致细胞膜内电位迅速下降,形成了动作电位的下降支,即复极化。此时细胞膜电位虽然基本恢复到静息电位的水平,但是由去极化流入的钠离子和复极化流出钾离子并未各自复位,此时,通过钠钾泵的活动将流入的钠离子泵出并将流出的钾离子泵入,恢复动作电位之前细胞膜两侧这两种离子的不均衡分布,为下一次兴奋做好准备。

动作电位的产生机制(去极化、复极化、超极化的机制)?

  • 当细胞接受到外界刺激时,钠离子通道打开,引起钠离子瞬间大量内流,这使得静息电位减小乃至消失,称为去极化过程;

  • 钠离子进一步内流可以形成瞬间内正外负的动作电位,称为质膜的反极化,当钠离子内外平衡时,动作电位随即达道最大值;

  • 在钠离子大量进入细胞时,钾离子通道逐渐打开,钠离子通道从失活到关闭,钾离子通道完全打开,这时钾离子的大量外流使得质膜再度极化,以至于超过原来的静息电位,此时称为超极化;超极化时膜电位又恢复至静息电位。

  • 这期间,钠离子通道经历了关闭态-开放态-无活性态-关闭态的变化过程。

何谓动作电位,发生的机制是什么?有什么特点

动作电位是指可兴奋细胞受到刺激时在静息电位的基础上产生的可扩布的电位变化过程。动作电位由峰电位(迅速去极化上升支和迅速复极化下降支的总称)和后电位(缓慢的电位变化,包括负后电位和正后电位)组成。峰电位是动作电位的主要组成成分,因此通常意义的动作电位主要指峰电位。动作电位的幅度约为90~130mV,动作电位超过零电位水平约35mV,这一段称为超射。神经纤维的动作电位一般历时约0.5~2.0ms,可沿膜传播,又称神经冲动,即兴奋和神经冲动是动作电位意义相同。

动作电位是如何产生的?

首先,细胞受到一个大于阈值强度的外界刺激,细胞膜上部分发生去极化,使少量钠离子流入膜内,当去极化达到阈电位水平,钠离子与去极化形成正反馈,使得钠离子大量内流,直到钠离子的平衡电位(内正外负),这时动作电位就形成了。当膜上的去极化到达一定水平,钠离子的内流停止,钾离子外流,动作电位逐渐消失。

心室肌细胞动作电位产生的机制

心室肌细胞的动作电位由除极化过程和复极化过程所组成,共分为五个时期:

1、除极过程(0期):膜内电位由静息状态时的-90mV上升到-20mV~+30mV,膜两侧由原来的极化状态转变为反极化状态,构成了动作电位的上升支,此期又称为0期。历时仅1~2ms。其正电位部分成为超射。

形成机制:当心室肌细胞受到刺激产生兴奋时,首先引起钠离子通道的部分开放和少量钠离子内流,造成膜部分计划,当去极化到阈电位水平(-70mV)时,膜上钠离子通道被激活而开放,出现再生性钠离子内流。于是钠离子顺电-化学梯度由膜外快速进入膜内,进一步使膜去极化、反极化,膜内电位由静息时的-90mV急剧上升到+30mV。决定0期除极化的钠离子通道是一种快通道,激活迅速、开放速度快,失活也迅速。当膜去极化到0mV左右时,钠离子通道就开始失活而关闭,最后终止钠离子的继续内流。

2、复极过程:当心室肌细胞去极化达到顶峰后,立即开始复极,但复极过程比较缓慢,可分为4期:

1)快速复极初期(1期):心肌细胞膜电位在除极达到顶峰后,有+30mV迅速下降至0mV,形成复极1期,历时约10ms,并与0期除极构成了锋电位。

形成机制:钠离子的通透性迅速下降,钠离子内流停止。同时膜外钾离子快速外流,形成瞬时性钾离子外向电流,膜内电位迅速降低,与0期构成锋电位。

2)平台期(2期):表现为膜电位复极缓慢,电位接近于0mV水平,故成为平台期。此期历时100~150ms。此期为心室肌细胞区别于神经或骨骼细胞动作电位的主要特征。

形成机制:目前认为主要是由于钙离子缓慢持久地内流和少量钾离子缓慢外流造成的。电压钳研究表明,心室肌细胞平台期,外向电流是由钾离子携带的。静息状态下,钾离子通道的通透性很高,在0期除极化过程中,钾离子的通透性明显下降,钾离子外流大大减少,除极结束时,钾离子的通透性极其缓慢地、部分地恢复。平台期内向电流主要是由钙离子负载的。现已证明,心肌细胞膜上有一种电压门控式慢钙通道,当膜去极化到-40mV时被激活,要到0期后才表现为持续开放。钙离子顺其浓度梯度向膜内缓慢内流使膜倾向于去极化,在平台期早期,钙离子的内流和钾离子的外流所负载的跨膜正电荷量等,膜电位稳定于1期复极所达到的0mV水平。随后,钙离子通道逐渐失活,钾离子外流逐渐增加,出膜的正电荷量逐渐增加,膜内电位于是逐渐下降,形成平台晚期。

3)快速复极末期(3期):继平台期之后,膜内电位由0mV逐渐下降到-90mV,完成复极化过程。历时约100~150ms。

形成机制:在2期之后,钙离子通道完全失活,内向电流(钙离子内流)终止,而膜对钾离子的通透性又恢复并增高,钾离子外向电流迅速增强,膜电位迅速回到静息电位水平,完成复极化过程。3期复极化的钾离子外流,使膜内电位向负的方向转化过程也有类似于0期钠离子通道再生性除极过程。即随着钾离子外流膜内电位向负的方向转化,钾离子的外流也愈快,知道复极化完成。另外,在此过程中,由于心室各细胞复极化过程不一样,造成复极化区和未复极化区之间的电位差,也促进了未复极化区的复极化过程,所以3期复极化发展十分迅速。

4)静息期(4期):此期是膜复极化完毕后和膜电位恢复并稳定在-90mV的时期。

形成机制:由于此期膜内、外各种正离子浓度的相对比例尚未恢复,细胞膜的离子转运机制加强,通过钠-钾泵的活动和钙离子--钠离子交换作用,将内流的钠离子和钙离子排出膜外,将外流的钾离子转运入膜内,使细胞内外离子分布恢复到静息状态水平,从而保持心肌细胞正常的兴奋性。

好啦,我手快断了,希望能帮助你。。。

动作电位后电位产生原理

先为负后电位,历时约15毫秒,其幅度约为锋电位的5~6%,前半期与兴奋后兴奋性变化周期中的相对不应期相当,其机制跟钾离子的外流有关;后半期大致和超常期相对应,此时膜处于部分去极化状态。正后电位持续60~80毫秒,其幅度仅为锋电位的0.2%,正后电位与低常期同时出现,其机制是生理性钠离子泵活动增强造成的。

后电位包括负后电位(去极化后电位EPSP)和正后电位(超极化后电位IPSP)两部分,负后电位在前,正后电位随后。

负后电位,钠离子内流,为上升支

正后电位,下降支

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