生物體在生命活動(dòng)過(guò)程中表現(xiàn)的電現(xiàn)象,稱(chēng)為生物電(bioelectricity)現(xiàn)象。包括:
膜電位(membrane potential)在可興奮組織(如神經(jīng)和肌肉)的細(xì)胞膜內(nèi)、外,存在著不同的帶電離子,膜外呈正電,膜內(nèi)呈負(fù)電,存在著一定的電位差,稱(chēng)為膜電位。
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(chēng)為損傷電位。如將電位計(jì)的兩個(gè)電極放在完整無(wú)損傷的肌肉或神經(jīng)表面,由于兩處電位相等,無(wú)任何電位差可見(jiàn)。如組織局部損傷,其中一個(gè)電極移至損傷部位,另一電極仍處于完整部位表面,則可觀察到電位計(jì)的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),損傷部位為負(fù),完整部位為正,此種電位差,即為損傷電位。損傷電位隨著時(shí)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(xiàn),證明膜內(nèi)外存在著電位差,即膜電位。
靜息電位(resting potential)通常所指膜電位,是指細(xì)胞未受刺激時(shí),即處于靜息狀態(tài)下,細(xì)胞膜兩側(cè)存在的電位差,稱(chēng)為靜息膜電位,或簡(jiǎn)稱(chēng)靜息電位。在通常情況下,細(xì)胞只要處于靜息狀態(tài),維持正常的新陳代謝,其靜息電位總是穩(wěn)定在一定水平上,一般為50~100毫伏直流電位。此一現(xiàn)象稱(chēng)為極化(polariza-tion)。
動(dòng)作電位(action potential)可興奮組織在興奮時(shí)所產(chǎn)生的生物電活動(dòng)。如在用纖維內(nèi)的電級(jí)記錄靜息電位的同時(shí),在纖維的另一端給予電刺激,經(jīng)過(guò)極短時(shí)間的潛伏期約0.06毫秒(ms)后,記錄電極部位就會(huì)在靜息電位的基礎(chǔ)上,出現(xiàn)一個(gè)快速的生物電變化,歷時(shí)約1毫秒。包括一個(gè)極陡峭的上升相和一個(gè)較緩慢的下降相。上升相表現(xiàn)為先是膜電位由原來(lái)的靜息水平(—45毫伏)迅速減小,原先的極化狀態(tài)消失,稱(chēng)為去極化(或稱(chēng)除極化 depolariza-tion),繼而導(dǎo)致膜極性倒轉(zhuǎn),變成膜內(nèi)為正( 40毫伏)的相反極化狀態(tài),稱(chēng)為反極化。極性倒轉(zhuǎn)的部分(即由膜電位零到 40毫伏)稱(chēng)為超射(overshoot)。整個(gè)上升相達(dá)85毫伏,等于靜息電位的絕對(duì)值與超射的總和。然后為下降相,膜電位逐漸恢復(fù)到原先的靜息電位水平,稱(chēng)為復(fù)極化(repolarization)
動(dòng)作電位的特點(diǎn) 全或無(wú)性質(zhì)與傳導(dǎo)性。全或無(wú)(all or none)性質(zhì);如刺激為閾下刺激,則引不起動(dòng)作電位;而刺激一達(dá)到閾值,即引起動(dòng)作電位,而動(dòng)作電位一經(jīng)引起,其幅度就達(dá)到最大值,即使刺激強(qiáng)度繼續(xù)增加,動(dòng)作電位也不再增大。傳導(dǎo)性:動(dòng)作電位一經(jīng)產(chǎn)生就可在同一細(xì)胞范圍內(nèi)沿細(xì)胞膜傳到遠(yuǎn)處,而且電位幅度不會(huì)隨傳導(dǎo)距離增加而衰減,即非遞減性傳導(dǎo)。
動(dòng)作電位的全過(guò)程 動(dòng)作電位全過(guò)程包括鋒電位和后電位兩大部分。(1)鋒電位(spike potential):在刺激后幾乎立即出現(xiàn),潛伏期不超過(guò)0.06毫秒。其幅度為靜息電位與超射值之和,并服從全或無(wú)定律和非遞減性傳導(dǎo)。鋒電位總是伴隨著沖動(dòng)出現(xiàn),兩者具有相同的閾值、相同的傳導(dǎo)速度,并可在一些因素的作用下同時(shí)被阻斷。鋒電位持續(xù)時(shí)間約0.5毫秒,在此期內(nèi),神經(jīng)纖維不再對(duì)第二個(gè)刺激發(fā)生反應(yīng),即處于絕對(duì)不應(yīng)期。根據(jù)離子學(xué)說(shuō),此時(shí)Na 通道處于被激活后的暫時(shí)失活狀態(tài),不可能發(fā)生進(jìn)一步的Na 內(nèi)流,從而保證了它作為一個(gè)獨(dú)立信息單位而不受干擾。(2)后電位(after potential):鋒電位過(guò)后即為歷時(shí)較長(zhǎng)的后電位:先為負(fù)后電位,歷時(shí)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(duì)不應(yīng)期相當(dāng),其機(jī)制同Na 通道僅部分地恢復(fù)有關(guān);后半期大致和超常期相對(duì)應(yīng),此時(shí)膜處于部分去極化狀態(tài)。正后電位(positive after potential)持續(xù)60~80毫秒,其幅度僅為鋒電位的0.2%,正后電位與低常期同時(shí)出現(xiàn),可能是由于膜在復(fù)極化過(guò)程中,膜外陽(yáng)離子暫時(shí)性積聚造成的輕度超極化所致。