Question

生物电现象产生机制

Answer 1

1.静息电位和K+平衡电位

　　所有的生物细胞，正常时细胞内的K+浓度高于细胞外约30倍，而细胞外Na+浓度高于细胞内。在安静状态下，细胞膜对K+有通透性，于是细胞内的K+在浓度差的驱使下，由细胞内向细胞外扩散。由于膜内带负电荷的蛋白质大分子不能随之移出细胞，所以随着带正电荷的K+外流将使膜内电位变负而膜外变正。但是，K+的外流并不能无限制地进行下去。因为最先流出膜外的K+所产生的外正内负的电场力，将阻碍K+的继续外流，随着K+外流的增加，这种阻止K+外流的力量（膜两侧的电位差）也不断加大。当促使K+外流的浓度差和阻止K+外移的电位差这两种力量达到平衡时，膜对K+的净通量为零，于是不再有K+的跨膜净移动，而此时膜两侧的电位差也就稳定于某一数值不变，此电位差称为K+平衡电位。不难理解，K+平衡电位的大小是由膜两侧原初存在的K+浓度差的大小决定的。静息电位的数值可以实际测量，也可用Nemst公式算出。

　　2.动作电位和Na+平衡电位

　　在静息状态时，细胞膜外Na+浓度大于膜内，Na+有向膜内扩散的趋势，而且静息时膜内存在着相当数值的负电位，这种电场力也吸引Na+向膜内移动；但是，由于静息时膜上的Na+通道多数处于关闭状态，膜对Na+相对不通透，因此，Na+不可能大量内流。当细胞受到一个阈刺激（或阈上刺激）时，电压门控性Na+通道开放，膜对Na+的通透性突然增大，并且超过了膜对K+的通透性，Na+迅速大量内流，以至膜内负电位因正电荷的增加而迅速消失；由于膜外高Na+所形成的浓度势能，使得Na+在膜内负电位减小到零电位时仍可继续内移，进而出现正电位，直至膜内正电位增大到足以阻止由浓度差所引起的Na+内流时，膜对Na+的净通量为零，从而形成了动作电位的上升支，这时膜两侧的电位差称为Na+平衡电位。Na+平衡电位的数值也可根据Nemst公式算出，计算所得的数值与实际测得的动作电位的超射值相接近，后者略小于前者。

　　但是，膜内电位并不停留在正电位状态，而是很快出现动作电位的复极相，这是因为Na+通道开放的时间很短，它很快就进入生活状态，从而使膜对Na+的通透性变小。与此同时，电压门控性K+通道开放，于是膜内K+在浓度差和电位差的推动下又向膜外扩散，使膜内电位由正值又向负值发展，直至恢复到静息电位水平。