
膜電位(Membrane Potential)是細胞膜内外存在的電勢差,由離子跨膜分布不均及選擇性通透性産生。該概念在神經生物學和細胞生理學中具有核心地位,其機制可通過以下四方面闡釋:
靜息電位(Resting Potential)
未受刺激時,細胞膜内電位約為-70mV(哺乳動物神經元)。主要依賴鉀離子外流形成的擴散平衡,鈉鉀泵維持細胞内高鉀、細胞外高鈉的離子梯度。中國生理學會《基礎生理學》指出,該狀态由Nernst方程和Goldman-Hodgkin-Katz方程共同描述: $$ E_K = frac{RT}{zF} ln frac{[K^+]_o}{[K^+]_i} $$
動作電位(Action Potential)
刺激引發鈉離子通道開放,膜電位迅速去極化至+40mV,隨後鉀外流複極化。美國國立生物技術信息中心(NCBI)研究顯示,此過程符合霍奇金-赫胥黎模型,電壓門控通道的激活阈值約為-55mV。
離子通道調控
鈣離子、氯離子等通過特異性通道參與突觸傳遞與肌肉收縮。例如心肌細胞L型鈣通道的開放延長動作電位時程,《生理學前沿》實驗證實該機制受cAMP信號通路調節。
病理相關性
膜電位異常可導緻癫痫、心律失常等疾病。世界衛生組織(WHO)臨床指南指出,抗心律失常藥物多通過阻滞鈉/鉀通道恢複心肌細胞靜息電位。
膜電位是細胞膜内外兩側存在的電位差,主要參與神經信號傳遞、肌肉收縮等生理過程。以下從定義、類型、形成機制和生理意義四方面詳細解釋:
膜電位(Membrane Potential)指以半透膜分隔的兩種溶液之間的電位差。在生物學中,特指細胞膜内外的電勢差異,通常以膜外為參考零點(0 mV),膜内表現為負值(如-70 mV)。
靜息膜電位可通過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$P$為離子通透性,$[ ]_o$和$[ ]_i$分别表示膜外和膜内離子濃度。
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