中學(xué)生如何理解細(xì)胞的生物電現(xiàn)象

喬欣

一、學(xué)生應(yīng)該理解的幾個(gè)概念

極化（狀態(tài)）：細(xì)胞安靜時(shí)存在于膜兩側(cè)的穩(wěn)定的內(nèi)負(fù)外正狀態(tài)，稱為極化（狀態(tài)）;

去極化：以極化狀態(tài)（或靜息電位）為準(zhǔn)，膜內(nèi)負(fù)電位減小，稱為去極化或除極化;

超極化：以極化狀態(tài)（或靜息電位）為準(zhǔn)，膜內(nèi)負(fù)電位增大，稱為超極化;

復(fù)極化：細(xì)胞發(fā)生去極化后，膜電位恢復(fù)到極化狀態(tài)，稱為復(fù)極化;

反極化（超射）：膜內(nèi)電位由零變?yōu)檎档倪^(guò)程，稱為反極化。

二、圖像分析

三、以人體神經(jīng)細(xì)胞的靜息電位（-70—90mv）為例，說(shuō)明其產(chǎn)生機(jī)制及動(dòng)作電位的發(fā)生機(jī)制

1.細(xì)胞生物電產(chǎn)生的條件

（1）細(xì)胞膜內(nèi)外某些帶電離子分布和濃度不同。正常時(shí)細(xì)胞內(nèi)的鉀離子濃度比膜外高，而細(xì)胞內(nèi)的鈉離子比膜外低，因此，鉀離子有向外擴(kuò)散的趨勢(shì)，而鈉離子有向內(nèi)擴(kuò)散的趨勢(shì)。

（2）細(xì)胞膜在不同情況下對(duì)不同離子具有不同的通透性。

2.靜息電位

概念：活細(xì)胞在靜息狀態(tài)下，細(xì)胞膜內(nèi)外的電位差叫靜息電位。（以膜內(nèi)的負(fù)電位表示）

說(shuō)明：靜息狀態(tài)下細(xì)胞膜內(nèi)電位較低呈負(fù)電位，細(xì)胞膜外電位較高呈正電位。（極化狀態(tài)）

產(chǎn)生機(jī)制：正常情況下，細(xì)胞膜內(nèi)鉀離子的濃度比膜外的高，而膜外的鈉離子和氯離子比膜內(nèi)的高，但安靜時(shí)細(xì)胞膜對(duì)鉀離子的通透性最大，對(duì)鈉離子和各種負(fù)離子的通透性很小，因此，鉀離子順濃度差從細(xì)胞內(nèi)向細(xì)胞外擴(kuò)散，從而使細(xì)胞外正電荷增加、電位升高，細(xì)胞內(nèi)負(fù)電荷增加、電位降低，隨著鉀離子的外流，膜外正負(fù)電位差逐漸增大。當(dāng)這種電位差的阻力與濃度差的動(dòng)力達(dá)到平衡時(shí)，鉀離子的凈通量即為零，此時(shí)膜電位穩(wěn)定于某一數(shù)值（如神經(jīng)細(xì)胞的靜息電位為-70—90mv），即靜息電位形成。可見靜息電位就是由鉀離子外流所達(dá)到的電—化學(xué)平衡電位。

3.動(dòng)作電位

概念：當(dāng)神經(jīng)受到刺激時(shí)，膜的通透性發(fā)生變化，膜外的離子迅速內(nèi)流，使膜內(nèi)為正電，膜外為負(fù)電，這種細(xì)胞受到刺激時(shí)，興奮部位與未興奮部位的電位差叫動(dòng)作電位。動(dòng)作電位的產(chǎn)生是組織產(chǎn)生興奮的本質(zhì)。

產(chǎn)生機(jī)制。上升支：當(dāng)細(xì)胞受到一次有效刺激而興奮時(shí)，鈉離子通道大量開放，膜對(duì)鈉離子的通透性突然增大并超過(guò)了對(duì)鉀離子的通透性，于是細(xì)胞外的鈉離子便順濃度差和電位差迅速內(nèi)流，導(dǎo)致膜內(nèi)電位急劇上升（去極化過(guò)程），即膜內(nèi)負(fù)電位快速消失并轉(zhuǎn)為正電位（反極化）。當(dāng)膜內(nèi)正電位增大到足以阻止由濃度差所推動(dòng)的鈉離子內(nèi)流時(shí)，鈉離子的凈內(nèi)流停止。此時(shí)膜兩側(cè)的電位差即為鈉離子的平衡電位（約為+35mv），可見，動(dòng)作電位的上升支主要是細(xì)胞外鈉離子快速內(nèi)流造成的。（強(qiáng)調(diào)鈉離子在膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)方式為：協(xié)助擴(kuò)散）

下降支（復(fù)極化）：當(dāng)膜去極化到峰值時(shí)，鈉離子通道迅速失活而關(guān)閉，此時(shí)，膜對(duì)鉀離子的通透性增大，于是膜內(nèi)的鉀離子順濃度差和電位差外向擴(kuò)散，使膜內(nèi)電位迅速下降，直至膜復(fù)極化到靜息電位水平，可見，動(dòng)作電位的下降支主要是細(xì)胞內(nèi)鉀離子外流造成的。（強(qiáng)調(diào)鉀離子在膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)方式為：協(xié)助擴(kuò)散）

復(fù)極后：復(fù)極化完成后，由于細(xì)胞內(nèi)鈉離子增多、細(xì)胞外鉀離子增多，則激活鈉泵。鈉泵分解ATP釋放能量，并利用此能量將多進(jìn)入的鈉離子泵出細(xì)胞，將外流的鉀離子泵入細(xì)胞，以恢復(fù)安靜時(shí)細(xì)胞內(nèi)外鈉離子、鉀離子的不均分布，維持細(xì)胞的興奮性。（強(qiáng)調(diào)鈉離子、鉀離子此時(shí)在膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)方式為：主動(dòng)運(yùn)輸）

作者單位 ?陜西省靖邊縣靖邊中學(xué)生物教研組