各种细胞的静息电位数值不同； 如：哺乳动物的神经细胞的静息电位为-70mV；
骨骼肌细胞为-90mV； 人的红细胞为-10mV；
12
在细胞内液和外液中，有Na+、K+、Cl-、Ca+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 电荷是相等的，但同一离子在细胞内外液中浓度却相差很大。
细胞内
K+
Na+
Cl-
细胞外 K+ Na+ Cl-
人红细胞 136 13
83
5 164 154
胃肠平滑肌细胞 162 22
40
5.9 137 134
蛙骨骼及细胞 155 12
4
4 145 120
枪乌贼轴突 369 44
39
13 498 520
13
细胞膜与离子通透性
对钾离子通透 性最大，是钠 离子通透性的 30-100倍
22
.5 生物电阻抗
在低频电流下，生物结构具有复杂的电阻性质。 有的是普通的欧姆电阻，在一定范围内，其电压、电流呈线性关系；
有的呈非线性，其中还有对称性和非对称性。 生物阻抗和生物机体或组织体积的变化有关。
24
6. 中心导体模型
ro
ro
ro
rm
rm
rm
rm
Cm
Cm
Cm
Cm
ri
ri
ri
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，用电缆方程表示。
细胞动作电位的产生，取决 细胞膜两侧的电压和膜对于 特定离子，尤其是钠、钾离 子随时间变化的通透性。当 动作电位发生时，细胞对于 钠、钾离子通透性显著增加。
19
4 细胞的电参量
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、构象及膜上位置变化，造成膜两侧某种特定导电状态。

Rinp
（1）组成蛋白质的20种氨基酸中有13种在水中能离解产生离子基团或 表现电偶极子特性；
（2）DNA大分子中的碱基和磷酸酯也存在离子基团和偶极子； （3）生物水本身就有强烈的电偶极作用； （4）生物体本身还存在Na+、K+、Ca2+、Fe2+、Mg2+、Cl-等无机离子；
6
1 蛋白质的偶极矩
在组成蛋白质的13种极性氨基酸中，根据其在水中的状态，分为酸性、 碱性、中性；
Rm S
膜两侧的糖和蛋白质也往往有许多带电的离子基团，并且与细胞内
液和外液中的各种离子相互作用，形成一定厚度的电荷层，相当于
一个电容器。
Cm
m 4 x
21
膜同时兼有电阻和电容的复合特性，在直流或极 低频率下，细胞膜阻抗较内外液电阻高得多，电 流几乎不能进入胞内空间；而高频电流时，膜阻 抗相对很低，细胞内外空间电流的分布简单地取 决于内外液电阻间的相对大小。
在神经和肌肉中，这种能力高度发展， 主要表现是细胞膜的电位发生快速的改变。
(2)、细胞的动作电位( action potential)
动作电位：当刺激强度较小时，细胞膜内外的电位差会在短时间内减 小，减小程度与刺激电极间距的大小成反比，细胞膜电位仍是外正内 负。
当刺激强度超过某一阈值(threshold)时，可兴奋细胞的跨膜电位，在 短时间内由外正内负变为外负内正，达到最大值后，再逐渐恢复到原 来的状态。这种短暂的电位变化，成为动作电位。
发现生物电的存在 (Animal electricity)
发现肌肉活动是由 于神经向肌肉的电 流动造成
1737.9-1798.11.4
生物电的发现 （1791）
细胞内外存在电位差 (1848,Reymond)
心电图测量 (Einthoven，1901)
细胞存在动作电位(1920s)
细胞膜存在跨膜电位 (Hodgkin &Huxuly,1939)
（1）酸性 (2)碱性氨基酸
(3)侧链在不解离的状态下也存在极性基团而表现极性；
由氨基酸聚合成多肽链是靠肽键联结的，由于原子中心不重合而使肽键呈现 极性，
7
2 生物水的电特性
在生物体中，水不仅提供细胞的生活环境，还在相当程度上决 定着生物大分子的构象和功能，影响生命活动中物质输运、能量转换 和信息传递过程。
（1）水分子具有很强的偶极性；
（2）结构水:能与其它水分子，离子或生物大分子的极性基团之间形成 氢键；
10
3 细胞电活动基础
生物电现象是生物界一种极普通的生理现象。细胞膜电位瞬时 改变可导致组织兴奋。细胞电位是解释各种生物电、生物磁现象和效 应的基础。
(1)细胞静息电位
静息电位：指细胞未受刺激时，存在于细胞膜内外两侧的电位差。 静息电位表现为膜内带负电而膜外带正电的状态，称为极化状态。
细胞膜存在离子通道(1952)
单通道物理特性（1970s）
生物电
生物电现象 离子、大分子、细胞、 身体 人体静电（可以达到10,000V 以上）
生物电是生命活动的基础 运动、脑功能与 内分泌细胞的活动、DNA 形成、细胞能量产生
生物电信号携带有生命的特征信息
生物体内充满了电荷，绝大部分电荷以离子、离子基 团和电偶极子的形式存在。
26
7. 生物组织的介电性质
电介质在电场中的一个重要特征是介质的极化现象。 生物组织中含有大量带电荷的离子及各种极性分子，外电场会导
细胞处于静止电位时称为极化(polarization)，极化量减小时成为去极 化(depola-rization).
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动作电位一般分为四个时相：
• （1）去极化(depola-rization )（2）反极化(overshoot)（3）复 极化(re polarization )（4）超极化(hyper polarization )
第五章
生物电磁学
电磁波产生机理与特性
无线 红外线 可见光 紫外线 X射线 γ射线 电波
产生 振荡电
机理
路中自 由电子
的振动
原子外层电子受到激发
原子内层 电子受到
激发
原子核 受到激
发
特性 应用 通信
热作用
使人类产 化学作用、 生视觉 荧光效应、 杀菌消毒
穿透能力强
工业探伤、医学透视 等
5.1 生物电特性 Luigi Galvani
氯离子次之
可兴奋细胞静息电位V的 Goldman-Hodgkin-Kalz方程：
V
RT F
ln
PK [K ]i PK [K ]o
PNa[Na ]i PCl [Cl ]o PNa[Na ]o PCl [Cl ]i
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生物组织可以对外界刺激发生反应， 当刺激达到一定阈值时，生物组织发生反 应，称为兴奋。