1、第五章 細(xì)胞膜電位,Outline,1、刺激與反應(yīng) 2、細(xì)胞的靜息電位 3、細(xì)胞的動(dòng)作電位 4、細(xì)胞膜的電學(xué)模型 5、電壓固定的膜電流研究 6、Hodgkin-Huxley方程 7、對(duì)膜動(dòng)作電位的仿真,恩格斯在100多年前總結(jié)自然科學(xué)成就時(shí)指出：“地球幾乎沒(méi)有一種變化發(fā)生而不同時(shí)顯示出電的現(xiàn)象”；生物體當(dāng)然也不例外。事實(shí)上，在埃及殘存史前古文字中，已有電魚(yú)擊人的記載；但對(duì)于生物電現(xiàn)象的研究，只能是在人類(lèi)對(duì)于電現(xiàn)象一般規(guī)律和本質(zhì)有所認(rèn)識(shí)以后，并隨著電測(cè)量?jī)x器的精密化而日趨深入 目前，對(duì)健康人和患者進(jìn)行心電圖、腦電圖、肌電圖，甚至視網(wǎng)膜電圖、胃腸電圖的檢查，已經(jīng)成為發(fā)現(xiàn)、診斷和估量疾病進(jìn)程的重要手

2、段； 人體和各器官的電現(xiàn)象的產(chǎn)生，是以細(xì)胞水平的生物電現(xiàn)象為基礎(chǔ)的，,第1節(jié) 刺激與反應(yīng),知識(shí)點(diǎn)： 刺激、興奮、興奮性 可興奮細(xì)胞或可興奮組織 動(dòng)作電位 刺激引起興奮的條件、閾刺激,興奮性(excitability),十九世紀(jì)中后期的生理學(xué)家用兩棲類(lèi)動(dòng)物做實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)青蛙或蟾蜍的某些組織在離體的情況下，也能在一定的時(shí)間內(nèi)維持和表現(xiàn)出某些生命現(xiàn)象。這些生命現(xiàn)象的表現(xiàn)之一是：當(dāng)這些組織受到一些外加的刺激因素（如機(jī)械的、化學(xué)的、溫?zé)岬幕蜻m當(dāng)?shù)碾姶碳ぃ┳饔脮r(shí)，可以應(yīng)答性出現(xiàn)一些特定的反應(yīng)或暫時(shí)性的功能改變。這些活組織或細(xì)胞對(duì)外界刺激發(fā)生反應(yīng)的能力，就是生理學(xué)最早對(duì)于興奮性(excitability)的

3、定義,可興奮組織,實(shí)際上，幾乎所有活組織或細(xì)胞都具有某種程度的對(duì)外界刺激發(fā)生反應(yīng)的能力，只是反應(yīng)的靈敏度和反應(yīng)的表現(xiàn)形式有所不同。 在各種動(dòng)物組織中，一般以神經(jīng)和肌細(xì)胞，以及某些腺細(xì)胞表現(xiàn)出較高的興奮性；這就是說(shuō)它們只需接受較小的程度的刺激，就能表現(xiàn)出某種形式的反應(yīng)，因此稱為可興奮細(xì)胞或可興奮組織。 不同組織或細(xì)胞受刺激而發(fā)生反應(yīng)時(shí)，外部可見(jiàn)的反應(yīng)形式有可能不同，如各種肌細(xì)胞表現(xiàn)機(jī)械收縮，腺細(xì)胞表現(xiàn)分泌活動(dòng)等，但所有這些變化都是由刺激引起的，因此把這些反應(yīng)稱之為興奮（excitation）。,動(dòng)作電位,隨著電生理技術(shù)的發(fā)展和資料的積累，興奮性和興奮的概念有了新的含義。 大量事實(shí)表明，各種可興奮

4、細(xì)胞處于興奮狀態(tài)時(shí)，雖然可能有不同的外部表現(xiàn)，但它們都有一個(gè)共同的、最先出現(xiàn)的反應(yīng)，這就是受刺激處的細(xì)胞膜兩側(cè)出現(xiàn)一個(gè)特殊形式的電變化（它由細(xì)胞本身所產(chǎn)生,不應(yīng)與作為刺激使用的外加電刺激相混淆），這就是動(dòng)作電位；而各種細(xì)胞所表現(xiàn)的其他外部反應(yīng)，如機(jī)械收縮和分泌活動(dòng)等，實(shí)際上都是由細(xì)胞膜的動(dòng)作電位進(jìn)一步觸發(fā)和引起的,興奮=動(dòng)作電位,既然動(dòng)作電位是大多數(shù)可興奮細(xì)胞受刺激時(shí)共有的特征性表現(xiàn)，它不是細(xì)胞其他功能變化的伴隨物，而是細(xì)胞表現(xiàn)其他功能的前提或觸發(fā)因素，因此在近代生理學(xué)中，興奮性被理解為細(xì)胞在受刺激時(shí)產(chǎn)生動(dòng)作電位的能力，而興奮一詞就成為產(chǎn)生動(dòng)作電位的過(guò)程或動(dòng)作電位的同義語(yǔ)了。只有那些在受刺激時(shí)

5、能出現(xiàn)動(dòng)作電位的組織，才能稱為可興奮組織；只有組織產(chǎn)生了動(dòng)作電位時(shí)，才能說(shuō)組織產(chǎn)生了興奮。,刺激引起興奮的條件和閾刺激,具有興奮性的組織和細(xì)胞，并不對(duì)任何程度的刺激都能表現(xiàn)興奮或出現(xiàn)動(dòng)作電位。 刺激可以泛指細(xì)胞所處環(huán)境因素的任何改變；亦即各種能量形式的理化因素的改變，都可能對(duì)細(xì)胞構(gòu)成刺激。,電刺激,在實(shí)驗(yàn)室中，常用各種形式的電刺激作為人工刺激，用來(lái)觀察和分析神經(jīng)或各種肌肉組織的興奮性，度量興奮性在不同情況下的改變。 這是因?yàn)殡姶碳た梢苑奖愕赜筛鞣N電儀器（如電脈沖和方波發(fā)生器等）獲得，它們的強(qiáng)度、作用時(shí)間和強(qiáng)度-時(shí)間變化率可以容易地控制和改變；并且在一般情況下，能夠引起組織興奮的電刺激并不造成組

6、織損傷，因而可以重復(fù)使用。,興奮引起的條件,實(shí)驗(yàn)表明，刺激要引起組織細(xì)胞發(fā)生興奮，必須在以下三個(gè)參數(shù)達(dá)到某一臨界值： 刺激的強(qiáng)度 刺激的持續(xù)時(shí)間 刺激強(qiáng)度對(duì)于時(shí)間的變化率（即強(qiáng)度對(duì)時(shí)間的微分） 不僅如此，這三個(gè)參數(shù)對(duì)于引起某一組織和細(xì)胞的興奮并不是一個(gè)固定值，它們存在著相互影響的關(guān)系。,在神經(jīng)和肌組織進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明，在強(qiáng)度-時(shí)間變化率保持不變的情況下，在一定的范圍內(nèi)，引起組織興奮所需的最小刺激強(qiáng)度，與這一刺激所持續(xù)的時(shí)間呈反變的關(guān)系 當(dāng)刺激的強(qiáng)度較大時(shí)，它只需持續(xù)較短的時(shí)間就足以引進(jìn)組織的興奮，而當(dāng)刺激的強(qiáng)度較弱時(shí)，這個(gè)刺激就必須持續(xù)較長(zhǎng)的時(shí)間才能引起組織的興奮。,但這個(gè)關(guān)系只是當(dāng)所用強(qiáng)度或時(shí)

7、間在一定限度內(nèi)改變時(shí)是如此。 如果將所用的刺激強(qiáng)度減小到某一數(shù)值時(shí)，則這個(gè)刺激不論持續(xù)多么長(zhǎng)也不會(huì)引起組織興奮； 與此相對(duì)應(yīng)，如果刺激持續(xù)時(shí)間逐步縮短時(shí)，最后也會(huì)達(dá)到一個(gè)臨界值，即在刺激持續(xù)時(shí)間小于這個(gè)值的情況下，無(wú)論使用多么大的強(qiáng)度，也不能引起組織的興奮。,閾刺激,如果用較小的刺激強(qiáng)度就能興奮的組織具有較高的興奮性，那么，這個(gè)強(qiáng)度小的程度，還要決定于這個(gè)刺激的持續(xù)時(shí)間和它的強(qiáng)度-時(shí)間變化率。 因此，如果要簡(jiǎn)單地用刺激強(qiáng)度這一個(gè)參數(shù)來(lái)表示不同組織興奮性的高低或同一組織興奮性的波動(dòng)，就必須使所用刺激的持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度-時(shí)間變化率固定為某一數(shù)值（應(yīng)是中等程度的） ；這樣，才能把引起組織興奮、即產(chǎn)生動(dòng)

8、作電位所需的最小刺激強(qiáng)度，作為衡量組織興奮性高低的指標(biāo)；這個(gè)刺激強(qiáng)度稱為閾強(qiáng)度或閾刺激，簡(jiǎn)稱閾值（threshold）。強(qiáng)度小于閾值的刺激，稱為閾下刺激；閾下刺激不能引起興奮或動(dòng)作電位，但并非對(duì)組織細(xì)胞不產(chǎn)生任何影響。 閾值越小，說(shuō)明組織的興奮性越高。,第2節(jié)細(xì)胞的靜息電位,細(xì)胞水平的生物電現(xiàn)象主要有兩種表現(xiàn)形式,這就是它們?cè)诎察o時(shí)具有的靜息電位和它們受到刺激時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)作電位。體內(nèi)各種器官或多細(xì)胞結(jié)構(gòu)所表現(xiàn)的多種形式的生物電現(xiàn)象，大都可以根據(jù)細(xì)胞水平的這些基本電現(xiàn)象來(lái)解釋。,靜息電位指細(xì)胞未受刺激時(shí)存在于細(xì)胞內(nèi)外兩側(cè)的電位差。,當(dāng)兩個(gè)電極都處于膜外時(shí)，只要細(xì)胞未受到刺激或損傷，可發(fā)現(xiàn)細(xì)胞外部表

9、面各點(diǎn)都是等電位的；這就是說(shuō)，在膜表面任意移動(dòng)兩個(gè)電極，一般都不能測(cè)出它們之間有電位差存在。 但如果讓微電極緩慢地向前推進(jìn)，讓它刺穿細(xì)胞膜進(jìn)入膜內(nèi)，那么在電極尖端剛剛進(jìn)入膜內(nèi)的瞬間，在記錄儀器上將顯示出一個(gè)突然的電位躍變，這表明細(xì)胞膜內(nèi)外兩側(cè)存在著電位差。,膜內(nèi)電位線性變化的一維膜模型,(0),(d),對(duì)于K+,對(duì)上式從x=0到d積分,設(shè)某種溶質(zhì)的脂水分配系數(shù)為k，其定義為：,式中Cm及Cw分別代表溶質(zhì)在脂內(nèi)和在水中的溶解度。,定義鉀的通透性Pk,在細(xì)胞膜中，與鉀一起有著重要作用的還有鈉電流JNa和氯電流JCl?？傠x子電流為各組成部分之總和，即為：,一般而言，生物膜并不能讓所有的離子處于平衡中

10、，如果對(duì)常見(jiàn)的組分計(jì)算K、Na、Cl的Nernst電位，其數(shù)值都不同。因此，靜息狀態(tài)僅僅能用穩(wěn)態(tài)來(lái)代表，即, Goldman方程,膜內(nèi),膜外,28,1,1,1,13,30,離子濃度差 電位差,在靜息狀態(tài)下，細(xì)胞膜內(nèi)K+的高濃度和安靜時(shí)膜主要對(duì)K+的通透性，是大多數(shù)細(xì)胞產(chǎn)生和維持靜息電位的主要原因。（K+的平衡電位）,膜兩側(cè)的電-化學(xué)（濃度）勢(shì)代數(shù)和為零時(shí)，將不會(huì)再有K+的跨膜凈移動(dòng),Nernst電位,K+的Nernst電位,烏賊神經(jīng)軸突細(xì)胞離子濃度（mmol/L),K+的Nernst電位為： 測(cè)量得到烏賊軸突細(xì)胞的靜息電位約為-70mV，因此在靜息時(shí)K+是接近（但不完全是）平衡的。,1939年

11、Hodgkin等利用了槍烏賊的巨大神經(jīng)纖維和較精密的示波器等測(cè)量?jī)x器，第一次精確地測(cè)出此標(biāo)本的靜息電位值，結(jié)果發(fā)現(xiàn)此值和計(jì)算所得的K+平衡電位值非常接近而略小于后者；如在一次實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的靜息電位值為77mV，而按當(dāng)時(shí)K+o和K+i值算出的Ek為87mV。,大多數(shù)細(xì)胞的靜息電位的產(chǎn)生，是由于正常細(xì)胞的細(xì)胞內(nèi)液高K+而膜在安靜時(shí)又主要對(duì)K+有通透能力的結(jié)果；至于靜息電位的數(shù)值為何略小于理論上的Ek值，一般認(rèn)為是由于膜在靜息時(shí)對(duì)Na+也有極小的通透性（大約只有K+通透性的1/501/100）的緣故；由于膜外Na+濃度大于膜內(nèi)，即使小量的Na+逸入膜內(nèi)也會(huì)抵消一部分K+外移造成的膜內(nèi)負(fù)電位。,第3節(jié)

12、動(dòng)作電位,指可興奮細(xì)胞受到刺激而興奮時(shí)，在靜息電位的基礎(chǔ)上膜兩側(cè)的電位發(fā)生快速而可逆的倒轉(zhuǎn)和復(fù)原。這種電位變化稱作動(dòng)作電位,極化（polarization）膜兩側(cè)存在的內(nèi)負(fù)外正的電位狀態(tài)。 去極化（Depolarization）膜電位絕對(duì)值逐漸減小的過(guò)程。 超極化（Over-polarization）膜電位絕對(duì)值高于靜息電位的狀態(tài)。 復(fù)極化（Repolarization）膜電位去極化后逐步恢復(fù)極化狀態(tài)的過(guò)程。,動(dòng)作電位，相對(duì)于靜息電位，是細(xì)胞和組織去極化的過(guò)程。它是具有一定頻率和振幅特性的生物電位，是活系統(tǒng)興奮的一種外在表現(xiàn)。 動(dòng)作電位的出現(xiàn)是一切興奮細(xì)胞和組織，特別是比較高等、復(fù)雜結(jié)構(gòu)生物對(duì)

13、象的本性。它可起因于組織本身的內(nèi)在過(guò)程，如腦電、心電等，也可來(lái)自外界的人為產(chǎn)生，如離體細(xì)胞組織在不同刺激因素作用下產(chǎn)生的電位，或來(lái)自外部感受裝置的傳入脈沖。,神經(jīng)細(xì)胞,神經(jīng)元也叫神經(jīng)細(xì)胞，是構(gòu)成神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本單位。 神經(jīng)元是具有長(zhǎng)突起的細(xì)胞，它由細(xì)胞體和細(xì)胞突起構(gòu)成。細(xì)胞體位于腦、脊髓和神經(jīng)節(jié)中，細(xì)胞突起可延伸至全身各器官和組織中。,細(xì)胞體是細(xì)胞含核的部分，其形狀大小有很大差別，直徑約4120微米。核大而圓，位于細(xì)胞中央，染色質(zhì)少，核仁明顯。細(xì)胞質(zhì)內(nèi)有斑塊狀的核外染色質(zhì)（舊稱尼爾小體），還有許多神經(jīng)元纖維。,細(xì)胞突起是由細(xì)胞體延伸出來(lái)的細(xì)長(zhǎng)部分，又可分為樹(shù)突和軸突。每個(gè)神經(jīng)元可以有一或多個(gè)

14、樹(shù)突，可以接受刺激并將興奮傳入細(xì)胞體。每個(gè)神經(jīng)元只有一個(gè)軸突，可以把興奮從胞體傳送到另一個(gè)神經(jīng)元或其他組織，如肌肉或腺體。,在外周神經(jīng)系統(tǒng)中，我們所看到的神經(jīng)纖維都是軸突。 絕大多數(shù)軸突直徑為3050微米。 在一些大動(dòng)物體內(nèi)軸突可以長(zhǎng)達(dá)幾米，人體中最長(zhǎng)的軸突大約為一米。,在電生理實(shí)驗(yàn)中，可以以一定強(qiáng)度與頻率的電流脈沖刺激細(xì)胞，就產(chǎn)生了動(dòng)作電位。 一般的實(shí)驗(yàn)對(duì)象是馬蹄蟹的視神經(jīng)纖維或?yàn)踬\魚(yú)巨纖維做實(shí)驗(yàn)。利用蚯蚓神經(jīng)索的巨纖維也可很好地說(shuō)明在單根纖維上傳導(dǎo)著的動(dòng)作電位的行為。,動(dòng)作電位包括三個(gè)基本過(guò)程： （1）去極化，膜內(nèi)原來(lái)存在的負(fù)電位迅速消失，即膜電位的極化狀態(tài)消失。 （2）反極化，繼去極化之

15、后，進(jìn)而發(fā)展為極化狀態(tài)倒轉(zhuǎn)，即轉(zhuǎn)變?yōu)槟?nèi)為正，膜外為負(fù)。 （3）復(fù)極化，膜內(nèi)電位達(dá)到頂峰后開(kāi)始下降，恢復(fù)至原來(lái)靜息電位水平。,第一階段：動(dòng)作電位上升支的形成 （去極化相的形成） 產(chǎn)生原因：由于刺激引起膜對(duì)Na+的通透性瞬間增大（Na離子通道被激活），膜外的Na+內(nèi)流，使膜電位由-70mV增加至0mV，進(jìn)而上升為+30mV，Na+通道隨之失活。,第二階段：動(dòng)作電位下降支形成： Na+通道失活后，膜恢復(fù)了對(duì)K+的通透性，大量的K+外流。使膜電位由正值向負(fù)值轉(zhuǎn)變，形成了動(dòng)作電位的下降支。 動(dòng)作電位是在極短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的，因此，在體外描記的圖形為一個(gè)短促而尖銳的脈沖圖形，似山峰般，稱為峰電位（Spik

16、e potential）。,第三階段：后電位的形成： 當(dāng)膜電位接近靜息電位水平時(shí)，K+的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)停止。隨后，膜上的Na+-K+泵（Na+-K+-ATP酶）被激活，將膜內(nèi)的Na+離子向膜外轉(zhuǎn)運(yùn)，同時(shí)，將膜外的K+向膜內(nèi)運(yùn)輸，形成了負(fù)后和正后電位。,通過(guò)解釋靜息電位和峰值電位的來(lái)源已經(jīng)初步分析了動(dòng)作電位波形的主要方面，但是要想考慮動(dòng)作電位的整個(gè)時(shí)間過(guò)程，這些還是不夠的。例如為什么電位上升很快而回降較慢?當(dāng)考察同一種動(dòng)物的不同神經(jīng)和肌肉上的動(dòng)作電位時(shí)，或是當(dāng)考察不同種動(dòng)物的同一神經(jīng)或肌肉上的動(dòng)作電位時(shí)，為何觀察到在動(dòng)作電位的形狀和時(shí)間過(guò)程上有許多變化等等。要想回答有關(guān)時(shí)間過(guò)程的問(wèn)題就需要有關(guān)膜行為的

17、更適合的模型，而這必須建立在廣泛的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上。,膜的電學(xué)模型和并聯(lián)電導(dǎo)模型這個(gè)模型給出了分析各個(gè)組成離子電流的框架 電壓嵌位實(shí)驗(yàn)的結(jié)果電壓嵌位實(shí)驗(yàn)用以評(píng)價(jià)各個(gè)離子電流的最重要的實(shí)驗(yàn)工具 Hodgkin-Huxley方程。這些方程總結(jié)了由電壓嵌位實(shí)驗(yàn)所獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，成功地解釋了動(dòng)作電位的各個(gè)方面，描述了相應(yīng)的各種離子的運(yùn)動(dòng)。 利用Hodgkin-Huxley方程進(jìn)行動(dòng)作電位的數(shù)值仿真。,第4節(jié) 細(xì)胞膜的電學(xué)模型 第5節(jié) 電壓固定的膜電流研究 第6節(jié) Hodgkin-Huxley方程 第7節(jié) 對(duì)膜動(dòng)作電位的仿真,第4節(jié) 細(xì)胞膜的電學(xué)模型,定義vm為跨膜電位和其靜息電位之差 vm和Vm只差一

18、個(gè)常數(shù)，這意味著vm關(guān)于空間或時(shí)間的導(dǎo)數(shù)就等于Vm相應(yīng)導(dǎo)數(shù)。采用vm的益處在于某些場(chǎng)合下可更好地表征最令人感興趣之處膜電壓從它靜息時(shí)的“自然”值起改變的量值和方向。,神經(jīng)膜的并聯(lián)電導(dǎo)模型 給出了一小塊神經(jīng)膜的一個(gè)簡(jiǎn)單的電學(xué)表示，它被稱為并聯(lián)電導(dǎo)模型。每一支路表示某一特定種類(lèi)的離子時(shí)整個(gè)跨膜電流的貢獻(xiàn)。,假設(shè)對(duì)K，Na，Cl有獨(dú)立的電導(dǎo)通道。,舉例說(shuō)，如果膜電位是Vm，那末鉀的凈驅(qū)動(dòng)力是(Vm-EK)，也就是對(duì)平衡條件的偏離。因?yàn)殁涬娏髡扔陔妷?Vm-EK)，因此比例系數(shù)就有電導(dǎo)的單位。把鉀電導(dǎo)記為gK(其值有賴于Vm和t)，因此,靜息時(shí)，Ic=0,要想列出對(duì)跨膜電流的所有貢獻(xiàn)，我們還要加上電

19、容性(或位移)電流，它就是,穩(wěn)態(tài)時(shí)，,這就是并聯(lián)電導(dǎo)方程。它描述了Vm怎樣作為與相對(duì)導(dǎo)電性有關(guān)的Ek ECl和ENa的某種加權(quán)平均。這一表達(dá)式只有在假定的穩(wěn)態(tài)條件下才是正確的。,由烏賊軸突的細(xì)胞內(nèi)外各種離子的濃度值，我們可到其N(xiāo)ernst電位： Ek= -74.7mV ECl= -65.8mV ENa= 54.2mV 假定存在下列“典型”值： gk= 0.367mS/cm2 gCl= 0.582mS/cm2 gNa= 0.010mS/cm2 我們來(lái)看Nernst電位和導(dǎo)電性對(duì)穩(wěn)態(tài)跨膜電位有何影響。,由以上數(shù)據(jù)代入式并聯(lián)電導(dǎo)方程，得到 Vm=-68.0mV 對(duì)于這樣的靜息電位就會(huì)有穩(wěn)定的鉀外流。

20、這個(gè)外流為Vm和Ek差值6.7mV所驅(qū)動(dòng)。 這時(shí)也會(huì)有鈉的內(nèi)流，它為Vm偏離開(kāi)它的平衡Nernst電位的差值122.2mV所驅(qū)動(dòng)。這個(gè)大的驅(qū)動(dòng)力作用在比較低的導(dǎo)電性上，因此鉀的外流和鈉的內(nèi)流大致平衡而維持穩(wěn)態(tài)(我們一直假定氯實(shí)際上處于平衡)。,第5節(jié)電壓固定的膜電流研究,“電壓嵌位”一直是用以評(píng)估動(dòng)作電位期間離子電流時(shí)間過(guò)程的最重要的工具。 電壓嵌位溯源 在動(dòng)作電位期間，跨膜電流的成分包括離子流和電容性（充電）電流。因?yàn)槟る娙菔遣蛔兊模瑒t后者等于CmdVm/dt。如果在膜兩邊加上階躍電壓（即加上恒定的跨膜電位），電路中就不再有電容性成分，因而也就簡(jiǎn)化了對(duì)有關(guān)電流的分析，這時(shí)電流必定完全由離子成

21、分構(gòu)成。 由歐姆定律可知，電阻一定時(shí)， 電流發(fā)生改變，必然引起膜電位隨之變化，這樣就無(wú)法觀察膜電位對(duì)離子流的影響。通過(guò)將膜電位鉗制在不同水平，以避免離子流反過(guò)來(lái)影響電壓值。,一般而言，膜對(duì)某種離子通透性的變化是膜電位和時(shí)間的函數(shù)。 用玻璃微電極插入細(xì)胞內(nèi)，利用電子學(xué)技術(shù)施加一跨膜電壓并把膜電位固定于某一數(shù)值，可以測(cè)定該膜電位條件下離子電流隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程。 利用藥物或改變細(xì)胞內(nèi)外的溶液成分，使其他離子通道失效，即可測(cè)定被研究的某種離子通道的功能性參量，分析離子電流的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)力學(xué)與膜電位、離子濃度等之間的關(guān)系，可推斷該種通道的電導(dǎo)、活化和失活速率、離子選擇性等，并能測(cè)量和分析通道的門(mén)控電流的

22、特性。,COLE, K. S. & MOORE, J. W. (1960). Ionic current measurements in the squid giant axon. J. Gen.Physiol. 44, 123-167.,圖中電極1插入巨大神經(jīng)軸突內(nèi)一定距離，用來(lái)測(cè)量和監(jiān)察這一段軸突膜內(nèi)的電位，此電極先連到一個(gè)電壓放大器，再在一個(gè)示波器上顯示；電極1測(cè)得電位值經(jīng)放大后同時(shí)輸給一個(gè)負(fù)反饋放大器（FBA），這是整個(gè)儀器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，它可把測(cè)得的膜內(nèi)電位同來(lái)自一個(gè)電壓源的、由實(shí)驗(yàn)者預(yù)先設(shè)定的要求保持恒定的電位值進(jìn)行比較，如果二者有差值，F(xiàn)BA就會(huì)通過(guò)電極2向軸突膜內(nèi)輸出相應(yīng)強(qiáng)度和方向的電流，由于儀器線路的精密設(shè)計(jì)和快速反應(yīng)，電極2輸出電流的改變正足以補(bǔ)償標(biāo)本由于跨膜離子電流使膜充放電而引起的跨膜電位的變動(dòng)，于是與電極1相邊的示波器上顯示出膜內(nèi)電位固定在設(shè)定的數(shù)值，而在電流放大器IA上測(cè)得的跨膜離子電流的變化，就反映了膜電導(dǎo)的變化。,Coles original voltage clamp records in 1947: Squid axon membrane current densities after changes of potential from the resting potential