
膜电位(Membrane Potential)是细胞膜内外存在的电势差,由离子跨膜分布不均及选择性通透性产生。该概念在神经生物学和细胞生理学中具有核心地位,其机制可通过以下四方面阐释:
静息电位(Resting Potential)
未受刺激时,细胞膜内电位约为-70mV(哺乳动物神经元)。主要依赖钾离子外流形成的扩散平衡,钠钾泵维持细胞内高钾、细胞外高钠的离子梯度。中国生理学会《基础生理学》指出,该状态由Nernst方程和Goldman-Hodgkin-Katz方程共同描述: $$ E_K = frac{RT}{zF} ln frac{[K^+]_o}{[K^+]_i} $$
动作电位(Action Potential)
刺激引发钠离子通道开放,膜电位迅速去极化至+40mV,随后钾外流复极化。美国国立生物技术信息中心(NCBI)研究显示,此过程符合霍奇金-赫胥黎模型,电压门控通道的激活阈值约为-55mV。
离子通道调控
钙离子、氯离子等通过特异性通道参与突触传递与肌肉收缩。例如心肌细胞L型钙通道的开放延长动作电位时程,《生理学前沿》实验证实该机制受cAMP信号通路调节。
病理相关性
膜电位异常可导致癫痫、心律失常等疾病。世界卫生组织(WHO)临床指南指出,抗心律失常药物多通过阻滞钠/钾通道恢复心肌细胞静息电位。
膜电位是细胞膜内外两侧存在的电位差,主要参与神经信号传递、肌肉收缩等生理过程。以下从定义、类型、形成机制和生理意义四方面详细解释:
膜电位(Membrane Potential)指以半透膜分隔的两种溶液之间的电位差。在生物学中,特指细胞膜内外的电势差异,通常以膜外为参考零点(0 mV),膜内表现为负值(如-70 mV)。
静息膜电位可通过Goldman方程估算: $$ Vm = frac{RT}{F} ln left( frac{P{K}[K^+]o + P{Na}[Na^+]o + P{Cl}[Cl^-]i}{P{K}[K^+]i + P{Na}[Na^+]i + P{Cl}[Cl^-]_o} right) $$ 其中$P$为离子通透性,$[ ]_o$和$[ ]_i$分别表示膜外和膜内离子浓度。
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