生物物理学：第四章 细胞电活动

1、1 第四章第四章 细胞电活动细胞电活动 兴奋：兴奋： 生物组织可以对外界刺激（机械，温度，生物组织可以对外界刺激（机械，温度， 电，化学）发生反应，当刺激达到一定阈值时，电，化学）发生反应，当刺激达到一定阈值时， 生物组织发生反应，这一过程称为兴奋。生物组织发生反应，这一过程称为兴奋。 2 在神经，肌肉等细胞中，这种能力高度发展，在神经，肌肉等细胞中，这种能力高度发展， 所以称为可兴奋细胞。主要表现是对外界刺激的所以称为可兴奋细胞。主要表现是对外界刺激的 反应是细胞膜的电位发生快速的改变。反应是细胞膜的电位发生快速的改变。 其它组织细胞也可以对外界刺激发生反应，其它组织细胞也可以对外界刺激发生

2、反应， 但主要表现不是细胞膜电位的变化，一般称为非但主要表现不是细胞膜电位的变化，一般称为非 兴奋性细胞。兴奋性细胞。 区别：膜电位的变化区别：膜电位的变化 如如: :神经，肌肉，感受器等可兴奋细胞。神经，肌肉，感受器等可兴奋细胞。 3 4.1 膜的电学特性膜的电学特性 膜是由脂类物质构成的，脂类物质在电学膜是由脂类物质构成的，脂类物质在电学 上近乎绝缘；但蛋白质组分特性、构象及膜上上近乎绝缘；但蛋白质组分特性、构象及膜上 位置变化，造成膜两侧某种特定导电状态。位置变化，造成膜两侧某种特定导电状态。 对于生物膜组织有跨膜的电阻对于生物膜组织有跨膜的电阻Rm和跨膜和跨膜 的电容的电容Cm。 。

3、4 可兴奋细胞可兴奋细胞Rm随膜兴奋状态随膜兴奋状态(通道蛋白状态通道蛋白状态) 而变化，而而变化，而Cm则变化不明显。则变化不明显。 一一. . 一小段膜的等效电路图一小段膜的等效电路图： Rm Cm 5 rororo ririri rmrmrmrm CmCmCmCm 长柱形细胞，如神经轴突和肌纤维细胞，长柱形细胞，如神经轴突和肌纤维细胞， 其长度远大于细胞直径，可用电缆模型描述其长度远大于细胞直径，可用电缆模型描述。 6 Cm gK EK gClgNa ECl ENa 胞外胞外 胞内胞内 7 4.2 静息电位静息电位 （Resting Potential, RP） 细胞在没有受到刺激（静息

4、）细胞在没有受到刺激（静息） 的状态下，跨细胞膜的电位。的状态下，跨细胞膜的电位。 8 一一. . 检测静息电位的实验检测静息电位的实验 来源：来源：枪乌贼的巨轴突，直径为枪乌贼的巨轴突，直径为1mm1mm， 可在肉眼下观察和操作。可在肉眼下观察和操作。 采用微电极技术采用微电极技术 9 10 高阻抗前高阻抗前 置放大器置放大器 示波器示波器 3M KCl3M KCl Ag-AgClAg-AgCl 2 3 m 细胞微电极记录细胞微电极记录： 11 静息电位：静息电位： 细胞在静息状态下，细胞膜内外两侧存在电位差，外细胞在静息状态下，细胞膜内外两侧存在电位差，外 侧为侧为+ +，内侧为，内侧为-

5、 -，这一外正内负的电位差称为静息电位。，这一外正内负的电位差称为静息电位。 几乎所有的细胞（可兴奋和非兴奋细胞）都存在静息几乎所有的细胞（可兴奋和非兴奋细胞）都存在静息 电位，但不同细胞的静息电位的大小有差别。电位，但不同细胞的静息电位的大小有差别。 神经细胞：神经细胞：-60 -70mV 心肌细胞：心肌细胞：-90mV 红细胞红细胞 ： -10mV 一般来说，可兴奋细胞静息电位较大，非兴奋细胞静息一般来说，可兴奋细胞静息电位较大，非兴奋细胞静息 电位较小。电位较小。 12 1. 离子在膜的内外两侧分布不平衡离子在膜的内外两侧分布不平衡 在细胞内液和外液中，有在细胞内液和外液中，有Na+、K

6、+、Cl-、 Ca+等各种离子和一些带电荷的蛋白质分子，等各种离子和一些带电荷的蛋白质分子， 一般细胞内液和外液中各自正负电荷是相等一般细胞内液和外液中各自正负电荷是相等 的，但同一离子在细胞内外液中浓度却相差的，但同一离子在细胞内外液中浓度却相差 很大。很大。 细胞整体表现为电中性的。细胞整体表现为电中性的。 二二. .静息电位的离子基础静息电位的离子基础 13 细胞内细胞内细胞外细胞外 K+Na+ClCl- -K+Na+ClCl- - 人红细胞人红细胞1361383835164154154 胃肠平滑肌细胞胃肠平滑肌细胞1622240405.9137134134 蛙骨骼及细胞蛙骨骼及细胞15

7、5124 44145120120 枪乌贼轴突枪乌贼轴突36944393913498520520 2.三种主要离子的跨膜分布三种主要离子的跨膜分布 K+ Na+ Cl- 14 3.形成跨膜离子分布不平衡的成因形成跨膜离子分布不平衡的成因 15 三三.离子平衡电位离子平衡电位 1.在简单理想的状态下的离子平衡电位在简单理想的状态下的离子平衡电位 分析分析K+ 假设胞内有两种离子假设胞内有两种离子K+、P-组成，组成， K+可可 透过细胞膜，透过细胞膜， P-不能透过细胞膜。不能透过细胞膜。 16 P- P- P- P- P- P- P- P- P- P- K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+

8、K+K+ K+ P- P- P- P- P- P- P- P- P- P- K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ E 17 化学梯度的存在，化学梯度的存在， K K+ +可细胞外流动可细胞外流动。 当当K K+ +出去后，形成电场，电场方向出去后，形成电场，电场方向，阻止，阻止K K+ +出来。出来。 K K+ +移动受到两个作用移动受到两个作用: : 化学势和电位势。化学势和电位势。 当化学势和电位势平衡后，当化学势和电位势平衡后， K K+ +停止流动，停止流动， 此时为此时为K K的平衡电位。的平衡电位。 18 2. 离子的电化学势计算：离子的电化学势计算： = =

9、 0 0 + RTlnC + RTlnCK+ K+ + ZF + ZF 电位势电位势 化学浓度势化学浓度势 标准状态下标准状态下 的化学势的化学势 R:R:气体常数；气体常数；T T：温度；：温度；CCK+ K+ ：离子浓度 ：离子浓度 Z Z：电荷数，价；：电荷数，价；F F：法拉第常数；：法拉第常数；：电位：电位 19 i= 0 0+RTlnK+i+ZFi= 0+RTlnK+o+ZFo = i -o=(RT/ZF)ln(K+o/ K+i) 计算离子跨膜电位差计算离子跨膜电位差( (离子平衡电位）的离子平衡电位）的 NernstNernst方程：方程： = (RT/ZF)ln(K+o/ K+

10、i) 离子跨膜运输达到平衡时，两侧的电化学势相等离子跨膜运输达到平衡时，两侧的电化学势相等： 20 对钾离子：对钾离子： = (RT/ZF)ln(K+o/ K+i) =2.303 (RT/ZF)log (K+o/ K+i) =(58/Z) log (K+o/ K+i) = -58 log (K+i/ K+o) K+: about 70 mV； Na+: 40-60 mV Cl-: -20 mV； Ca2+: more than 100mV 21 3.建立这一电位需要多少离子跨膜？建立这一电位需要多少离子跨膜？ 建立建立-70mv的跨膜电位需多少的跨膜电位需多少K+流出？流出？ K+的跨膜转运是

11、否会影响细胞内外的跨膜转运是否会影响细胞内外K+的浓的浓度？度？ 22 根据根据Faraday定律定律 n=Q/(ZF)=CV/(ZF) 枪乌贼巨轴突，直径枪乌贼巨轴突，直径1mm， 膜电容膜电容1F/cm2， K+的平的平 衡电位是衡电位是-70mV， n=10-6 0.07/96500=7.25 10-13mol/cm2 7.25 10-13mol/cm2的的K+ 跨膜移动，形成跨膜移动，形成-70mV 的膜电位，的膜电位，1cm2内内K+的数量为的数量为3 10-5mol，所以基，所以基 上不影响离子的浓度。上不影响离子的浓度。 23 细胞内细胞内细胞外细胞外 K+Na+Cl-K+Na+

12、Cl- 人红细胞人红细胞13613835164154 胃肠平滑肌细胞胃肠平滑肌细胞16222405.9137134 蛙骨骼及细胞蛙骨骼及细胞1551244145120 枪乌贼轴突枪乌贼轴突369443913498520 四四. . 在实际条件下的细胞静息电位在实际条件下的细胞静息电位 细胞内外各种离子的浓度细胞内外各种离子的浓度 24 不同离子的平衡电位是不同的，而细胞的静不同离子的平衡电位是不同的，而细胞的静 息电位由跨膜分布的各种离子共同决定的（几种息电位由跨膜分布的各种离子共同决定的（几种 离子的加合作用），并与细胞膜对各种不同离子离子的加合作用），并与细胞膜对各种不同离子 通透性有关。

13、通透性有关。 K+: about 70 mV； Na+: 40-60 mV Cl-: -20 mV； Ca2+: more than 100mV 通透性大的离子对细胞通透性大的离子对细胞 静息电位的贡献大。静息电位的贡献大。 25 细胞膜对各种离子渗透能力不同：细胞膜对各种离子渗透能力不同： PK : Pna : PCl=1.0 : 0.04 : 0.45 细胞静息电位由跨膜分布的离子共细胞静息电位由跨膜分布的离子共 同决定，并与其通透性有关系，通透性同决定，并与其通透性有关系，通透性 大的离子对静息电位的贡献大。大的离子对静息电位的贡献大。 26 对某一离子是平衡电位，对细对某一离子是平衡电

14、位，对细 胞是静息电位。胞是静息电位。 27 五五. .Goldman-Hodgkin-Kalz方程方程 计算细胞静息电位的方程计算细胞静息电位的方程 1.问题的提出：问题的提出： K+平衡电位约平衡电位约70mV，细胞静息电位，细胞静息电位-70mV左右左右, K+平衡电位是否决定细胞静息电位？平衡电位是否决定细胞静息电位？ （ K+的通透性最高）的通透性最高） PK : Pna : PCl=1.0 : 0.04 : 0.45 28 K+平衡电位平衡电位 细胞外细胞外 K K+ + 浓度浓度 膜静息膜静息 电位电位 证实：证实： 实验：改变细胞外实验：改变细胞外 K+浓度，观察跨膜电位差浓度

15、，观察跨膜电位差 的变化。的变化。 29 当当K+o高时，实测膜电位与高时，实测膜电位与Nernst公式计算值近似。公式计算值近似。 当当K+o低时，实测膜电位与低时，实测膜电位与Nernst公式计算值相差公式计算值相差 较大，原因是忽略了较大，原因是忽略了Na+、Cl-对膜电位的影响。对膜电位的影响。 30 2. 所有离子的流动达到平衡，形成静息电位。所有离子的流动达到平衡，形成静息电位。 将可扩散的离子将可扩散的离子K K+ +、NaNa+ +、ClCl- - 的电化学势和通 的电化学势和通 透性考虑在内，经过繁琐的推导，得到透性考虑在内，经过繁琐的推导，得到 Goldman-Hodgki

16、n-Kalz方程：方程： （用于计算细胞的跨膜电位（用于计算细胞的跨膜电位, ,即静息电位）即静息电位） ln 58log KiNaiClo KoNaoCli KiNaiClo KoNaoCli P KPNaP ClRT FP KPNaP Cl P KPNaP Cl P KPNaP Cl 31 六六. .静息电位的生理意义静息电位的生理意义 1.1.与膜的兴奋性有关与膜的兴奋性有关, , 膜的兴奋性与静息电位与阈电位的差值有关。膜的兴奋性与静息电位与阈电位的差值有关。 2.2.是一种能量储备形式是一种能量储备形式 通过钠泵的活动，维持膜内外钾、钠、氯离子的不对通过钠泵的活动，维持膜内外钾、钠、

17、氯离子的不对 称分布，形成膜电位，是一种势能储备。在此基础上爆称分布，形成膜电位，是一种势能储备。在此基础上爆 发的动作电位，钠离子扩散的能量来源于势能的储备。发的动作电位，钠离子扩散的能量来源于势能的储备。 3.3.维持兴奋的不衰减性维持兴奋的不衰减性 兴奋由局部电流激发兴奋由局部电流激发, ,但兴奋发生的能量来自储备但兴奋发生的能量来自储备 的势能。只要膜电位相等，兴奋的传导就不会率减。的势能。只要膜电位相等，兴奋的传导就不会率减。 32 七七. .考虑膜电位，膜上不同离子的电导，修正考虑膜电位，膜上不同离子的电导，修正 后膜的等效电路后膜的等效电路 C m gK EK gClgNa EC

18、 EN a 胞外胞外 胞内胞内 1.加入离子的平衡电位加入离子的平衡电位E 2.电导电导g表示各种离子的通透表示各种离子的通透性性 33 4.3 动作电位动作电位（ActionPotential,AP） 细胞在受到刺激后，产生的细胞膜细胞在受到刺激后，产生的细胞膜 的电位的变化。的电位的变化。 34 高阻抗前高阻抗前 置放大器置放大器 示波器示波器 微分器微分器 记录仪记录仪 刺激器刺激器隔离器隔离器 一一. . 动作电位的检测动作电位的检测 35 脉冲电刺激脉冲电刺激 36 二二. . 动作电位动作电位 1.1.动作电位各部分的名称：动作电位各部分的名称： 去极化去极化 复极化复极化 超极化

19、超极化 超射超射 阈电压阈电压 阈强度阈强度 37 38 “全全” 或或 “无无” 要么有要么有AP，要么无，要么无AP。 不衰减性传导不衰减性传导 同一细胞，同一细胞，AP的形状和幅值是固定的、不变的形状和幅值是固定的、不变 的，不随刺激强度和传导距离而变，即的，不随刺激强度和传导距离而变，即AP与细胞与细胞 本身和状态有关，与刺激无关本身和状态有关，与刺激无关。 脉冲式脉冲式 由于不应期的存在，使连续多个动作电位不由于不应期的存在，使连续多个动作电位不 会融合，两个动作电位间总有一定间隔。会融合，两个动作电位间总有一定间隔。 2. 动作电位的特点动作电位的特点 39 三三. .动作电位的成

20、因动作电位的成因-Na-Na学说学说 1.第一个问题提出：第一个问题提出：动作电位是怎样产生的动作电位是怎样产生的? 2.第二个问题提出：第二个问题提出：膜对离子的通道性是增加膜对离子的通道性是增加? 减少减少? 3.第三个问题提出：第三个问题提出：对哪种离子的通透性增加对哪种离子的通透性增加? 40 问：问：动作电位是动作电位是 怎样产生的怎样产生的? 答：答：动作电位是动作电位是 细胞受到刺激时产细胞受到刺激时产 生的电位变化。生的电位变化。 问：问：电位的变电位的变 化是怎样形成的？化是怎样形成的？ 答：答：电位的变化必电位的变化必 然有电流的形成，由于然有电流的形成，由于 电流的存在导

21、致电位的电流的存在导致电位的 变化。变化。 问：问：跨膜电流怎样形跨膜电流怎样形 成的？成的？ 答：答：静息时，离子跨静息时，离子跨 膜流动达到平衡，动作膜流动达到平衡，动作 电位时，膜对离子的通电位时，膜对离子的通 透性不同于静息状态。透性不同于静息状态。 41 问：问：对哪种离子的通透性增加对哪种离子的通透性增加? K+ ? Na+ ? Cl- ? 问：问：膜对离子的通道性是增加膜对离子的通道性是增加?减少减少? 答：答：测量膜电阻，动作电位时，膜测量膜电阻，动作电位时，膜 电阻降低，对离子的通透性增加。电阻降低，对离子的通透性增加。 42 Cm gK EK gClgNa ECl ENa

22、胞外胞外 胞内胞内 43 根据根据Goldman-Hodgkin-Kalz方程：方程： ln KiNaiClo KoNaoCli P KPNaP ClRT FP KPNaP Cl 跨膜电位与离子的通透性关系，通透性最大的离子对跨膜电位与离子的通透性关系，通透性最大的离子对 膜电位的决定性最大。膜电位的决定性最大。 （膜电位趋向通透性最大的那种离子的平衡电位）（膜电位趋向通透性最大的那种离子的平衡电位） 44 若若PK ，则，则K； ； K = -70mv-80mv 若若PNa ，则，则Na； Na = 40mv 50mv 若若PCl ，则，则Cl； ； Cl = -20mv 动作电位形成超射时

23、，动作电位形成超射时，0mV, 而只有而只有Na0， 故去极化极有可能是故去极化极有可能是Na+通透性增加引起的。通透性增加引起的。 这种观点叫动作电位的这种观点叫动作电位的Na+学说学说。 45 4.4.如何通过实验来证明动作电位的如何通过实验来证明动作电位的NaNa+ +学说学说？ 实验：实验： 改变骨骼肌细胞、神经细胞等内、外改变骨骼肌细胞、神经细胞等内、外 的的 NaNa+ + 浓度，观察动作电位变化。浓度，观察动作电位变化。 46 改变细胞内外的改变细胞内外的Na+浓度浓度 （1）去除胞外去除胞外Na+ (用其他物质来维持渗透压）用其他物质来维持渗透压） （2）逐渐增加细胞外的）逐渐

24、增加细胞外的Na+浓度，但低于正常值浓度，但低于正常值 （3）细胞外的）细胞外的Na+，高于正常值，高于正常值 （4）增加胞内）增加胞内Na+ （直接注入（直接注入Na+） 胞外胞外Na+ 0 正常水平正常水平 （1） （2） （3 3） 47 改变细胞内外的改变细胞内外的NaNa+ + 浓度浓度 （1 1）去除胞外去除胞外NaNa+ + ( (用其他物质来维持渗透压）用其他物质来维持渗透压） 可维持细胞的静息电位，却形不成动作电位可维持细胞的静息电位，却形不成动作电位 （2 2）逐渐增加细胞外的）逐渐增加细胞外的NaNa+ +浓度，但低于正常值浓度，但低于正常值 动作电位逐渐产生，但幅值低于

25、正常水平动作电位逐渐产生，但幅值低于正常水平 （3 3）细胞外的）细胞外的NaNa+ +浓度，高于正常值浓度，高于正常值 动作电位高于正常水平动作电位高于正常水平 （4 4）增加胞内）增加胞内NaNa+ +浓度浓度( (细胞内外浓度梯度下降）细胞内外浓度梯度下降） 动作电位幅值降低动作电位幅值降低 48 1. control, 2. low Na+ concentration, 3. Return to control Na+ concentration 49 从以上实验说明：细胞内外从以上实验说明：细胞内外NaNa+ + 变化时，对动作电位影响极大，所以变化时，对动作电位影响极大，所以 动作

26、电位时，动作电位时，NaNa+ +通透性增加。通透性增加。 K K决定细胞膜的静息电位，决定细胞膜的静息电位，NaNa+ +变变 化影响动作电位的变化。化影响动作电位的变化。 50 静息时，静息时，PK:PNa:PCl=1.0 : 0.04 : 0.45 去极化时，去极化时，PK:PNa:PCl=1.0 : 20 : 0.45 膜对膜对NaNa+ +的通透性明显增加，所以一次的通透性明显增加，所以一次 动作电位时，膜电位动作电位时，膜电位Na Na （膜电位趋于通透性最大的那种离子的平衡电位）（膜电位趋于通透性最大的那种离子的平衡电位） 测量静息电位和动作电位时离子的通透性：测量静息电位和动作

27、电位时离子的通透性： 51 5.动作电位的形成过程动作电位的形成过程: 外界刺激外界刺激细胞膜的细胞膜的gNa，实际上是，实际上是Na+开开 放的过程。开始时放的过程。开始时Na+内流内流膜去极化，膜电位膜去极化，膜电位 从从-70mV-60mV，到一定程度，触发，到一定程度，触发gNa迅速迅速， 使使Na+快速内流，形成去极化。快速内流，形成去极化。 动作电位的形成是正反馈的过程，所以计算动作电位的形成是正反馈的过程，所以计算 某一电位下某一电位下Na+内流情况很难。内流情况很难。 52 4.4 电压钳技术和膜片钳技术电压钳技术和膜片钳技术 voltage clamp and patch c

28、lamp techniques 53 一一. .背景背景 n 生物科学的发展常常是技术方法的进步所推动的生物科学的发展常常是技术方法的进步所推动的 n 19761976年德国马普生物物理化学研究所年德国马普生物物理化学研究所NeherNeher和和 SakmannSakmann发明膜片钳技术发明膜片钳技术 Patch clamp techniques n 给电生理学、细胞生物学的发展乃至整个生物学带给电生理学、细胞生物学的发展乃至整个生物学带 来一场革命来一场革命 n 对离子通道的功能及细胞功能的调控研究起巨大推对离子通道的功能及细胞功能的调控研究起巨大推 动作用动作用 54 Patch cl

29、amp Erwin NeherBert Sakmann nNeher和和Sakmann获得获得1991年度的诺贝尔生理学与医学奖年度的诺贝尔生理学与医学奖 55 二二.电压钳电压钳(voltage clamp)技术技术 n电压钳技术是通过向细胞内注射一定的电压钳技术是通过向细胞内注射一定的 电流电流，抵消离子通道开放时所产生的离子，抵消离子通道开放时所产生的离子 流，从而将流，从而将? ?在某一数值。在某一数值。 n由于注射电流的大小与离子流的大小相由于注射电流的大小与离子流的大小相 等、方向相反，因而它可以反映等、方向相反，因而它可以反映? ?的大小的大小 和方向。和方向。 56 比较器比较

30、器 放大放大器器 指令电压指令电压 测量 电流发生器电流发生器 57 Voltage Clamp 电压钳技术电压钳技术 58 4钳住电压测电流钳住电压测电流 4负反馈系统负反馈系统 4在双电极电压钳记录中，一根电极用于监测细胞膜电位，在双电极电压钳记录中，一根电极用于监测细胞膜电位， 另外一根电极用于注射电流另外一根电极用于注射电流; 4在单电极电压钳记录中，监测电压与注射电流都采用同一在单电极电压钳记录中，监测电压与注射电流都采用同一 根电极。根电极。 41950年，年，Hodgkin(霍奇金霍奇金 )、Huxley(赫胥黎赫胥黎 )等人创造性等人创造性 地运用了电压钳位技术，研究了枪乌贼轴

31、突膜上的钠、钾地运用了电压钳位技术，研究了枪乌贼轴突膜上的钠、钾 电流，并提出了电流，并提出了H-H方程。方程。 1963年度诺贝尔医学生理学奖年度诺贝尔医学生理学奖 59 双电极电压钳双电极电压钳 60 三三. 膜片钳技术膜片钳技术 Patch clamp techniques 1.原理原理 n膜片钳技术钳制的是膜片钳技术钳制的是“膜片膜片” n采用尖端经过处理的微电极与细胞膜发生紧密采用尖端经过处理的微电极与细胞膜发生紧密 接触，使尖端下的这片细胞膜在电学上与其他接触，使尖端下的这片细胞膜在电学上与其他 细胞膜分离细胞膜分离 大大降低了背景噪声；大大降低了背景噪声； 使单通道微弱的电流得以

32、分辨出来使单通道微弱的电流得以分辨出来 n得益于特殊设计的低噪声膜片钳放大器得益于特殊设计的低噪声膜片钳放大器 61 三三. .膜片钳技术膜片钳技术 1.1.膜片钳膜片钳 62 Inside Cell Extracellular 63 一种记录通过离子通道一种记录通过离子通道 微小电流的技术。用微电极微小电流的技术。用微电极 来接触细胞膜。用来接触细胞膜。用101010 10 以以 上的大阻抗使电极的尖端开上的大阻抗使电极的尖端开 口处和细胞膜口处和细胞膜“封接封接”（与（与 周围绝缘）。在此基础上，周围绝缘）。在此基础上， 固定膜电位，测量该膜片上固定膜电位，测量该膜片上 离子通道的离子电流

33、离子通道的离子电流(pA(pA级级) ) 。 64 65 2.膜片钳技术的基本操作过程膜片钳技术的基本操作过程 n将玻璃微电极将玻璃微电极(直径通常为直径通常为1-5m) 轻轻地接触在细胞膜表面轻轻地接触在细胞膜表面 n给尖端施加负压，在玻璃电极壁给尖端施加负压，在玻璃电极壁 与膜之间形成紧密接触与膜之间形成紧密接触 高阻封接高阻封接 Gigaohm seal 电阻达电阻达1010 66 n离子不能从玻璃电极尖端与膜离子不能从玻璃电极尖端与膜 之间通过，只能从膜上的离子通之间通过，只能从膜上的离子通 道进出道进出 n回撤电极，细胞膜被撕下一回撤电极，细胞膜被撕下一 片片记录小片膜的跨膜离子电流

34、记录小片膜的跨膜离子电流 n若膜上只有一个离子通道若膜上只有一个离子通道单单 通道电流通道电流 n一般：一至几个通道不等一般：一至几个通道不等 67 68 3. .膜片钳技术的基本记录模式膜片钳技术的基本记录模式 n细胞吸附记录模式细胞吸附记录模式(cell-attached patch) n内面向外记录模式内面向外记录模式(inside-out patch) n外面向外记录模式外面向外记录模式(outside-out patch) n全细胞记录模式全细胞记录模式(whole-cell recording) 前三种为单通道记录模式前三种为单通道记录模式 69 70 内面向外记录模式内面向外记录

35、模式 外面向外记录模式外面向外记录模式全细胞记录模式全细胞记录模式 细胞吸附记录模式细胞吸附记录模式 71 72 73 74 75 四四. .膜片钳实验所记录到的电流膜片钳实验所记录到的电流 单通道电流单通道电流 76 全细胞电流全细胞电流 77 78 79 80 81 82 83 Cm gK EK gClgNa EC ENa 胞外胞外 胞内胞内 从膜的等效电路考虑：从膜的等效电路考虑： 84 膜电压从膜电压从65mV65mV（静息电位）突然去极化到（静息电位）突然去极化到 10mV10mV，得到总电流，得到总电流 I I。 膜电压从膜电压从65mV65mV（静息电位）去极化到（静息电位）去极化到10mV10mV， 溶液中去除了溶液中去除了Na+Na+，记录，记录I IK K。 膜电压从膜电压从65mV65mV（静息电位）去极化到（静息电位）去极化到10mV10mV， 阻断阻断K+K+，记录，记录I Ina na。 分析总电流的组成成分：分析总电流的组成成分： 记录总电流：记录总电流： 85 结果：结果： 65mV 10mV I IK INa 0 电容放电的电流电容放电的电流 86 电压钳实验所记录到的电流：电压