
【醫】 Neisser-Doering phenomenon
【電】 Neper
antrum; sinus
【醫】 antra; antro-; antrum; burrow; sino-; sious
twin; two
【計】 binary-coded decimal; binary-coded decimal character code
binary-to-decimal conversion; binary-to-hexadecimal conversion
【醫】 bi-; bis-; di-; duo-
family name; surname
phenomenon; appearance
【化】 phenomenon
【醫】 phenomenon
【經】 phenomenon
奈-窦二氏現象(Nernst-Donnan phenomenon)是生物物理學中描述離子跨膜分布平衡的重要理論,由德國物理化學家瓦爾特·能斯特(Walther Nernst)和英國生理學家弗雷德裡克·唐南(Frederick Donnan)提出的原理共同構成。該現象主要用于解釋半透膜兩側離子濃度差異導緻的電勢差(即膜電位)及滲透壓變化。
核心機制
當半透膜僅允許小分子離子(如K⁺、Na⁺)通過,而大分子帶電物質(如蛋白質)無法穿透時,離子會根據濃度梯度擴散,直至達到動态平衡。此時,膜兩側的離子分布遵循能斯特方程(Nernst equation):
$$
E = frac{RT}{zF} ln frac{[X]{out}}{[X]{in}}
$$
其中E為膜電位,R為氣體常數,T為溫度,z為離子價态,F為法拉第常數。唐南平衡(Donnan equilibrium)進一步擴展了這一模型,指出大分子帶電物質的存在會通過靜電作用影響可擴散離子的分布。
生理學應用
該現象在細胞膜電位維持、神經信號傳導及腎髒滲透調節中起關鍵作用。例如,紅細胞膜内外K⁺和Na⁺的不對稱分布即符合奈-窦二氏現象,其膜電位約為-70 mV。在臨床醫學中,該理論為透析治療中電解質平衡的調控提供了基礎原理。
影響因素
溫度、離子種類及膜通透性均會改變平衡狀态。實驗表明,增加膜對Cl⁻的通透性會導緻膜電位向能斯特預測值偏移,而蛋白質濃度升高則會強化唐南效應。
權威參考文獻:
“奈-窦二氏現象”(可能為Nernst-Donnan現象)是電化學和生理學中描述離子分布與膜電位關系的術語,結合了能斯特方程(Nernst方程)和唐南效應(Donnan效應)的原理,常見于細胞膜離子平衡和電位形成的研究中。
能斯特方程(Nernst Equation)
用于計算單一離子跨膜的平衡電位,公式為:
$$
E = frac{RT}{zF} ln frac{[X]{text{外}}}{[X]{text{内}}}
$$
其中,( R )為氣體常數,( T )為溫度,( z )為離子價數,( F )為法拉第常數,( [X] )為離子濃度。該方程表明,當膜僅對某種離子通透時,該離子的濃度梯度會形成電位差。
唐南效應(Donnan Effect)
當膜對某些離子不通透時,可擴散離子的分布會受不可擴散離子影響,導緻膜兩側離子濃度不對稱,并形成穩定的電位差。例如,細胞内的蛋白質(帶負電)無法外流,導緻Cl⁻等可擴散陰離子在胞外濃度更高。
兩者的結合現象
在生物細胞中,膜對不同離子的通透性差異使得能斯特方程和唐南效應共同作用,形成靜息膜電位。例如,神經細胞的靜息電位主要由K⁺的能斯特電位主導,但Na⁺、Cl⁻等其他離子的分布受唐南效應影響,最終電位是多種離子平衡的綜合結果。
該現象解釋了細胞如何維持穩定的跨膜電位,對神經沖動傳導、肌肉收縮等至關重要。若僅用能斯特方程計算單一離子電位,與實際測量的靜息電位存在偏差,需結合唐南效應修正。
若名稱存在拼寫或翻譯差異(如“奈-窦”可能對應其他科學家組合),建議結合具體文獻或語境進一步确認。
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