生物電現象

生物體在生命活動過程中的電現象

生物體在生命活動過程中表現的電現象,稱為生物電(bioelectricity)現象。

非動作電位


膜電位

膜電位(membrane potential)在可興奮組織(如神經和肌肉)的細胞膜內、外,存在著不同的帶電離子,膜外呈正電,膜內呈負電,存在著一定的電位差,稱為膜電位。

損傷電位

損傷電位(injury potential)活組織的完整部位與損傷部位之間存在著電位差,稱為損傷電位。如將電位計的兩個電極放在完整無損傷的肌肉或神經表面,由於兩處電位相等,無任何電位差可見。如組織局部損傷,其中一個電極移至損傷部位,另一電極仍處於完整部位表面,則可觀察到電位計的指針發生偏轉,損傷部位為負,完整部位為正,此種電位差,即為損傷電位。損傷電位隨著時間推移而逐漸下降,直至組織死亡而完全消失。損傷電位的出現,證明膜內外存在著電位差,即膜電位。

靜息電位

靜息電位(resting potential)通常所指膜電位,是指細胞未受刺激時,即處於靜息狀態下,細胞膜兩側存在的電位差,稱為靜息膜電位,或簡稱靜息電位。在通常情況下,細胞只要處於靜息狀態,維持正常的新陳代謝,其靜息電位總是穩定在一定水平上,一般為50~100毫伏直流電位。此一現象稱為極化(polarization)。

動作電位


定義

動作電位(action potential)可興奮組織在興奮時所產生的生物電活動。如在用纖維內的電級記錄靜息電位的同時,在纖維的另一端給予電刺激,經過極短時間的潛伏期約0.06毫秒(ms)后,記錄電極部位就會在靜息電位的基礎上,出現一個快速的生物電變化,歷時約1毫秒。包括一個極陡峭的上升相和一個較緩慢的下降相。上升相表現為先是膜電位由原來的靜息水平(—45毫伏)迅速減小,原先的極化狀態消失,稱為去極化(或稱除極化 depolariza-tion),繼而導致膜極性倒轉,變成膜內為正(40毫伏)的相反極化狀態,稱為反極化。極性倒轉的部分(即由膜電位零到40毫伏)稱為超射(overshoot)。整個上升相達85毫伏,等於靜息電位的絕對值與超射的總和。然後為下降相,膜電位逐漸恢復到原先的靜息電位水平,稱為復極化(repolarization)。

特點

全或無性質與傳導性。全或無(all or none)性質;如刺激為閾下刺激,則引不起動作電位;而刺激一達到閾值,即引起動作電位,而動作電位一經引起,其幅度就達到最大值,即使刺激強度繼續增加,動作電位也不再增大。傳導性:動作電位一經產生就可在同一細胞範圍內沿細胞膜傳到遠處,而且電位幅度不會隨傳導距離增加而衰減,即非遞減性傳導。

全過程

動作電位全過程包括鋒電位和后電位兩大部分。
(1)鋒電位(spike potential):在刺激後幾乎立即出現,潛伏期不超過0.06毫秒。其幅度為靜息電位與超射值之和,並服從全或無定律和非遞減性傳導。鋒電位總是伴隨著衝動出現,兩者具有相同的閾值、相同的傳導速度,並可在一些因素的作用下同時被阻斷。鋒電位持續時間約0.5毫秒,在此期內,神經纖維不再對第二個刺激發生反應,即處於絕對不應期。根據離子學說,此時Na 通道處於被激活后的暫時失活狀態,不可能發生進一步的Na 內流,從而保證了它作為一個獨立信息單位而不受干擾。
(2)后電位(after potential):鋒電位過後即為歷時較長的后電位:先為負后電位,歷時約15毫秒,其幅度約為鋒電位的5~6%,前半期與興奮后興奮性變化周期中的相對不應期相當,其機制同Na 通道僅部分地恢復有關;後半期大致和超常期相對應,此時膜處於部分去極化狀態。正後電位(positive after potential)持續60~80毫秒,其幅度僅為鋒電位的0.2%,正後電位與低常期同時出現,可能是由於膜在復極化過程中,膜外陽離子暫時性積聚造成的輕度超極化所致。