細胞在生命活動過程中所伴隨的電現(xiàn)象，稱為生物電。生物電現(xiàn)象表現(xiàn)形式有:靜息電位、局部電位和動作電位。

一、靜息電位和動作電位及其產(chǎn)生原理

(一)靜息電位

1、概念:細胞處于安靜狀態(tài)時，存在于細胞膜兩側(cè)的電位差。表現(xiàn)為膜外為正，膜內(nèi)為負的極化狀態(tài)，稱為靜息電位。(在極化狀態(tài)的基礎(chǔ)上，膜內(nèi)外電位差進一步增大稱為超極化;反之，若膜內(nèi)外電位差變小或消失稱為去極化)。

哺乳動物神經(jīng)細胞的靜息電位，若以膜外為零，則胞內(nèi)電位的數(shù)值為-70mv～-90mv。

2、產(chǎn)生機理:

(1)生物電現(xiàn)象產(chǎn)生的前提條件

①細胞內(nèi)外離子分布不同，形成細胞內(nèi)外離子濃度差。細胞內(nèi)K+、A比細胞外多、細胞外Na+、Cl和Ca2+比細胞內(nèi)多。

②細胞膜對各種離子的通透性隨情況不同而改變。安靜時，細胞膜對K+通透性大，對Na+通透性很低，對A幾乎不通透。

(2)靜息電位的產(chǎn)生

細胞安靜時，細胞內(nèi)K+濃度高/細胞膜對K+通透性大(K+通道開放)，K+順濃度差大量外流，而膜內(nèi)的A不能隨之外流，由于異性電荷相吸就使膜內(nèi)負離子停留于膜的內(nèi)表面一側(cè)，而K+也不能遠去就停留在膜的外表面一側(cè)，造成膜外較正膜內(nèi)較負的極化狀態(tài)，一直到促進K+外流的K+濃度差與阻止K+外流的電勢能差(電場力)達到平衡時，極化狀態(tài)穩(wěn)定于一定數(shù)值即靜息電位。所以，靜息電位主要由K+外流形成，靜息電位相當(dāng)于+的電一化學(xué)平衡電位。

(二)動作電位

1、概念:當(dāng)細胞受到閾刺激(或閾上刺激)時，胞膜在靜息電位的基礎(chǔ)上產(chǎn)生快速的、可逆的可擴布的電位波動的變化，包括去極化和復(fù)極化稱為動作電位。神經(jīng)纖維和骨骼肌的動作電位去極和復(fù)極非常迅速(幾個毫秒)形成尖峰狀稱鋒電位。

動作電位是可興奮細胞受刺激而興奮時共有的特征表現(xiàn)，所以動作電位是興奮的客觀標志。神經(jīng)纖維興奮時產(chǎn)生的動作電位稱為神經(jīng)沖動。

2、產(chǎn)生原理:

(1)去極相(上升支)的產(chǎn)生

細胞受到刺激→細胞膜使少量Na+內(nèi)漏→膜電位減小(局部去極化)→靜息膜電位減小到某一臨界數(shù)值(閾電位)→膜上的Na+通道被激活→膜對Na+的通透性突然增大Na順濃度差大量、快速內(nèi)流→膜內(nèi)電位急劇上升(去極化)直到使極化狀態(tài)逆轉(zhuǎn)即變?yōu)槟ね鉃樨摗⒛?nèi)為正(反極化超射)。

當(dāng)膜內(nèi)正電荷增加到足以對抗由濃度差所造成的a+內(nèi)流時，達到Na+的平衡電位。(膜內(nèi)電位可由一70mV變?yōu)?30mV)。所以動作電位的上升支是a+內(nèi)流形成，相當(dāng)于Na+的電一化學(xué)平衡電位。

(2)復(fù)極相(下降支)的產(chǎn)生:

Na通道迅速失活→K+通道開放→K+順濃度差外流→膜內(nèi)電位迅速下降→直達靜息電位水平(復(fù)極化)形成復(fù)極相的下降支。所以動作電位下降支是由K+外流形成。

(3)細胞內(nèi)外離子濃度的恢復(fù)過程:

復(fù)極結(jié)束后，膜上的鈉鉀泵活動加強，在消耗能量的情況下逆濃度差將細胞內(nèi)過多的Na+“泵”出胞外，同時將胞外過多的K+“泵”入胞內(nèi)以維持正常的細胞內(nèi)外K+和Na的濃度差。由于動作電位的曲線很像一個尖峰，所以又叫鋒電位。鋒電位代表興奮過程，是興奮產(chǎn)生和傳導(dǎo)的標志。

總之，動作電位的上升支是鈉內(nèi)流形成的，而動作電位的下降支則是鉀外流形成的。

極化：安靜狀態(tài)下，細胞膜兩側(cè)外正內(nèi)負的電位差狀態(tài)。

去極化：在極化基礎(chǔ)上，膜內(nèi)外電位差減小。去極化表示細胞處于興奮過程。

超極化：膜內(nèi)外電位差增大，即膜內(nèi)負電位增大。超極化表示細胞處于抑制。

反極化：膜內(nèi)電位由負轉(zhuǎn)正，膜外電位由正轉(zhuǎn)負。

復(fù)極化：細胞去極化后，向原來極化狀態(tài)恢復(fù)。

動作電位的鋒電位值基本上相當(dāng)于Na+平衡電位。改變膜內(nèi)外Na+的濃度差，可以改變動作電位的鋒值。如果膜外Na+濃度降低，則可使動作電位鋒值降低。

3、動作電位的特點有:

(1)全或無性;

(2)可傳播性;

(3)脈沖式;

(4)不衰減性。

二、刺激、興奮和興奮性

機體所生存的外環(huán)境和機體內(nèi)的內(nèi)環(huán)境經(jīng)常發(fā)生變化，能被機體所感受的環(huán)境條件的變化稱為刺激。反應(yīng)是指刺激引起的機體功能活動的改變?nèi)缂∪馐湛s、腺體分泌等，反應(yīng)有兩種形式，即興奮和抑制。興奮是指機體感受刺激后由相對靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛顒訝顟B(tài)或活動狀態(tài)加強，興奮的本質(zhì)性變化是發(fā)生動作電位。興奮性是機體感受刺激發(fā)生反應(yīng)的能力或特性，也可以說是機體感受刺激發(fā)生動作電位的能力或特性。衡量組織細胞興奮性高低的指標為刺激閥值，興奮性與刺激閾值的大小呈反變關(guān)系。