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静息电位 编辑
细胞膜两侧的电位差在某些情况下会发生变动,使细胞膜处于不同的电位状态。细胞安静时膜两侧内负外正的状态称为膜的极化状态。当膜电位向膜内负值增大方向变化时,称为超极化;相反,膜电位向膜内负值减小方向变化,称为去极化;去极化进一步加剧,膜内电位变为正值,而膜外电位变为负值,则称为反极化;细胞受到刺激后先发生反极化,再向膜内为负的静息电位水平恢复,称为膜的复极化。
静息电位是一种稳定的直流电位,但各种细胞的数值不同。哺乳动物的神经细胞的静息电位为-70mV(即膜内比膜外电位低70mV),骨骼肌细胞为-90mV,人的红细胞为-10mV。
细胞静息时在膜两侧存在电位差的原因:①细胞膜两侧各种钠、钾离子浓度分布不均;②在不同状态下,细胞膜对各种离子的通透性不同。
离子 | 细胞外液(mmol/L) | 能斯特电位(mV) | |
钾离子 | 400 | 20 | -75 |
50 | 440 | +55 | |
52 | 560 | -60 | |
有机阴离子 | 385 | - | - |
钾离子外流并不能无限制地进行下去,因为随着钾离子顺浓度差外流,它所形成的内负外正的电场力会阻止带正电荷的钾离子继续外流。当浓度差形成的促使钾离子外流的力与阻止钾离子外流的电场力达到平衡时,钾离子的净移动就会等于零。此时,细胞膜两侧稳定的电位差称为钾离子的电位。
根据物理化学能斯特公式,只要知道细胞膜两侧钾离子的浓度差,就可计算出钾离子的平衡电位。如果人工改变细胞膜外钾离子的浓度,当浓度增高时测得的静息电位绝对值减小,当浓度降低时测得的静息电位绝对值增大,其变化与根据能斯特公式计算所得的预期值基本一致。科学家注意到根据公式计算出钾离子平衡电位还是与实际测量出的静息电位有很小的一些差别的,测定值总是比计算值负得少。这是由于膜对钠离子和氯离子也有很小的通透性,它们的经膜扩散(主要指钠离子的内移),可以抵销一部分由钾离子外移造成的电位差数值。
静息状态下钾离子的外流是构成静息电位的主要因素。一般细胞内钾离子的浓度变化非常小,因此造成细胞内外钾离子浓度差变动的主要因素是细胞外的钾离子浓度。如果细胞外钾离子浓度增高,可使细胞内外的钾离子浓度差减小,从而使钾离子向外扩散的动力减弱,钾离子外流减少,结果是静息电位绝对值减小。反之,则使静息电位绝对值增高。这个实验也进一步说明,形成静息电位的主要离子就是钾离子。这里的离子流动属于离子通道扩散,不消耗能量。