膜静息电位

组织分类与极化概念

机体的所有组织根据对刺激的反应可分为两大类：

• 不可兴奋组织：骨组织、结缔组织和上皮组织。
• 可兴奋组织：神经组织和肌组织。它们的主要特性在于，受到刺激时能够产生可自源发点向外传播的兴奋。

为了让细胞能够对外加刺激作出反应，其细胞膜在静息状态下必须处于极化状态。这意味着电荷呈现严格的分布：内表面带负电荷（–），外表面带正电荷（+）。

离子不对称与主动转运

极化状态不会自动产生。其基础是细胞膜两侧离子的不均匀分布，这是由膜酶 $Na^+, K^+$-ATP 酶（钠钾泵）所建立的。

利用水解 ATP 释放的能量，该泵严格逆着离子浓度梯度进行主动转运：

• 钾离子（$K^+$）被泵入细胞内质。结果导致细胞内部的钾离子浓度达到细胞外的 20–30 倍，并在胞内与带负电荷的胞浆蛋白结合。
• 钠离子（$Na^+$）被泵到胞外。其在细胞外液中的浓度比细胞内高 10–15 倍。

此外，通过其他膜酶的作用，细胞外维持着高浓度的钙离子（$Ca^{2+}$）和镁离子（$Mg^{2+}$）——其浓度是细胞内的 20–30 倍。胞外氯离子（$Cl^-$）浓度高出 15–25 倍，这对于平衡那里聚集的阳离子的正电荷是必要的。

膜电位形成阶段

在膜电位形成中，主要作用由 $Na^+$ 和 $K^+$ 离子承担。自发极化过程可分为以下逻辑阶段：

1. 钠通道阻滞。 积聚在胞外的 $Na^+$ 离子倾向于顺浓度梯度进入细胞。然而在静息状态下，细胞膜对它们完全不通透，因此高浓度的钠离子被牢牢地保存在细胞外环境中。
2. 钾外流。 与钠不同，细胞膜对 $K^+$ 离子具有部分通透性。通过构成漏通道的膜蛋白，钾离子开始顺其浓度梯度被动流向细胞外。
3. 静电相互作用。 移出的 $K^+$ 离子无法走远。细胞内部留下了带负电荷且因体积过大无法穿过细胞膜的大分子蛋白质阴离子（$A^-$）。这些阴离子通过静电吸引正电荷钾，将其滞留在外表面。最终，不到 1% 的钾离子离开细胞。
4. 钾平衡。 形成了两种力的动态平衡：浓度梯度将 $K^+$ 推向胞外，而静电吸引将其拉向胞内。由此产生了钾平衡电位——极化的主要原因。
5. 最终校正。 氯离子（$Cl^-$）跟随电场被动重新分布。同时，存在微弱的漏电流——即 $Na^+$ 和 $Cl^-$ 弱小的被动内流。这一过程使最终的膜电位数值从纯钾平衡电位发生微小偏移，变得略微不够负。

静息电位的记录

为了测量膜电位，采用玻璃微电极法。这是一种充有电解质的极细微吸管，其尖端极小，可直接刺入细胞内部而不破坏细胞膜。

仪器记录两点之间的电位差：

• 处于细胞质内部（电荷为负）的微电极。
• 用宏观电极放置在细胞外表面（该处带正电）。

在生理学中，通常以细胞内表面为基准来分析膜电位的所有变化。不同组织中的电位值各不相同，在 −50 到 −100 mV 之间波动。这种电位差由两个因素决定：细胞 ATP 酶的活性不同，以及不同类型兴奋性细胞中 $K^+$ 离子漏通道的数量不等。

简述：主题相关问答

课堂与考试常见问题

该主题的其他拓展内容

• 组织分类为兴奋性和非兴奋性的标准
• $Na^+, K^+$-ATP 酶的分子工作机制
• 钾平衡电位的物理学原理与双力平衡
• 钠和氯漏电流对电位值偏移的作用
• 玻璃微电极操作技术

“一般特性、膜电位、刺激规律、兴奋性与抑制”部分的其他人气主题

本资料由 WhiteCoat Pro 讲师根据医学院校教学大纲编写。仅供教育参考。