静息膜电位

每个神经元的细胞膜上都存在微小的电荷差异，称为膜电位。在电不活跃的神经元中，这被称为静息膜电位。其典型值介于-50 至 -75 mV 之间。

在本文中，我们将探讨静息膜电位是如何产生的、如何计算其近似值以及静息膜电位的变化如何可能导致显着的病理变化。

概述

总而言之，静息膜电位是由于细胞膜上浓度梯度和电化学梯度的差异而产生的。钠 (Na + ) 和氯 (Cl – ) 离子在细胞外的浓度高于细胞内的浓度，而钾 (K + ) 离子在细胞内的浓度高于细胞外的浓度。

此外，还有 有机阴离子；这些带负电荷的分子在细胞内最为普遍。

Na/K ATP 酶泵通过主动逆浓度梯度输送这些离子，在维持钠和钾浓度方面发挥着重要作用。三个钠离子离开细胞换取两个钾离子。

总体而言，与细胞外环境相比，细胞内环境带负电，因此静息电位为 ~-50 至 -75mV。如果膜电位变得比静息电位更正，则称膜去极化；如果膜电位变得比静息电位更负，则称膜超极化。

本文的其余部分将更详细地探讨上述概念。

细胞膜

细胞膜充当选择性过滤器，允许某些分子在其上自由移动，同时严格控制其他分子的移动。特定物质能否穿过膜取决于多种因素，包括其电荷、摩尔质量和分子的极性。

不带电物质的运动，如O 2、CO 2、尿素、酒精和葡萄糖，仅取决于它们的浓度梯度。这些分子可渗透细胞膜，因此它们可以在浓度梯度允许的情况下自由移动。

带电物质如K +、Na +、Cl-离子等，由于其内部的疏水结构，不易通过细胞膜扩散。因此，带电物质要穿过细胞膜，将利用称为离子通道的专门的充满水的孔。

离子通道有多种类型，具体取决于它们传导的离子类型。重要的是，离子通道对特定离子或多个离子具有选择性。

离子运动

三个因素可以诱导离子通过离子通道的运动：

• 浓度梯度—— 膜两侧离子浓度的差异。离子会穿过膜从浓度较高的隔室到达浓度较低的隔室。
• 电梯度—— 跨膜电势差，定义为细胞内相对于细胞外环境的电势值。正离子将被负电势吸引并被正电势排斥，反之亦然。
• 主动运输。

钾

为了更好地理解浓度梯度和电场梯度如何影响离子穿过细胞膜的运动，让我们分析一下钾 (K + ) 离子的运动：

• 浓度梯度—— 细胞内钾浓度大大超过细胞外浓度（~130mmol/L vs~4mmol/L）。因此，钾离子将倾向于根据浓度梯度离开 细胞。
• 电场梯度 –当带正电的 K + 离子被释放时，细胞内空间的电荷变得相对负。因此，一些 K + 离子被吸引回细胞内空间，尽管浓度梯度导致它们朝相反方向移动。

因此，创建了两个包含 K +离子的“流”； 一种根据浓度梯度排出钾，一种根据细胞内负电环境的增加吸引钾。

由TeachMeSeries 有限公司(2024)

图 1. 钾离子穿过细胞膜的运动。钾离子根据其浓度梯度离开细胞。然而，这伴随着钾离子移动到细胞中，因为它们被吸引到日益消极的细胞内环境中。

平衡势

在平衡电位下，离子通过浓度梯度离开的速率等于离子通过电化学梯度进入的速率。

重要的是，在只有一种离子可以穿过膜的细胞中，静息膜电位将等于该特定离子的平衡电位。

能斯特方程

能斯特方程用于计算特定电池对于特定离子的平衡电位值：

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方程 1：能斯特方程

其中 V m =任何离子的平衡势[ V]；z = 离子的化合价，[C] 0 = 细胞外离子 X 的浓度 [mol]；  [C] i = 细胞内离子 X 的浓度 [mol]。

因此，假设只有钾离子可以穿过细胞膜，并知道细胞内和细胞外钾浓度的共同值，就可以计算出细胞的近似 静息电位。在下面的示例中，K 0 =4和K i =126用作常用值：

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方程 2：钾的能斯特方程

静息膜电位的产生

虽然钾的能斯特方程提供了很好的近似值，但静息膜电位的计算稍微复杂一些，因为它不是唯一涉及的离子。

除了钾离子流向细胞外空间外，钠离子、氯离子和其他离子也会穿过细胞膜。例如，带正电的钠离子沿着浓度梯度进入神经元，但它们也会被神经元内部的负电势吸引。

因此，这一运动将使静息电位的负值减少。总体而言，静息电位解释了所有离子跨膜的运动。

下表总结了各种离子的主要运动方向及其对神经元静息膜电位的总体影响：

虽然所有这些都有助于静息膜电位，但细胞对钠离子和钾离子的渗透性最强，因此这些将产生最大的影响。由于神经元的细胞膜对钾的渗透性最强，因此静息膜电位将最接近钾离子的平衡电位，钠离子流入的影响使其负值稍低（即-75mV而不是-92mV）。

如果细胞膜对离子的渗透性发生任何变化（通过通道打开或关闭），那么膜电位就会改变——这就是动作电位的产生方式。

维持静息膜电位

如果没有某种东西来维持离子浓度梯度，静息膜电位就会消失，膜电位也会消失。钠钾泵（Na+ K+ ATP酶）可防止这种情况发生并维持跨膜离子差异。

该泵逆着电化学梯度主动输送钾离子和钠离子（即钾在细胞内移动，钠在细胞外移动）。这使得这些离子向下传播的浓度梯度得以维持，从而维持静息膜电位。