主题：动作电位产生的机理

神经冲动的传导过程是电化学的过程，是在神经纤维上顺序发生的电化学变化。神经收到刺激时，细胞膜的离子透性发生急剧变化。用同位素标记的实验证明，神经纤维在受到刺激（如电刺激）时，Na⁺的流入量比未受刺激时增加20倍，同时K⁺ 流出量也增加9倍，所以神经冲动是伴随着Na⁺大量流入和K⁺大量流出而发生的。

细胞的膜电位是由细胞膜对特异离子的相对通透性和离子的跨膜浓度梯度决定的。在细胞膜上存在着由亲水的蛋白质分子构成的物质出入细胞的通道。对神经传导来说，最重要的离子通道是Na⁺、K⁺、Cl⁺、Ca²⁺等通道。神经纤维静息时，也就是说，在神经纤维处于极化状态时（电位差为-70mV），Na⁺通道大多关闭。膜内外的Na⁺梯度是靠Na⁺、K⁺泵维持的。静息电位(resting potential, RP),细胞处于静息状态是的膜内外电位差，可以根据Nernst方程和膜内外的离子浓度计算得到。

图15-3-1 静息电位

Nernst 方程

图15-3-2 

神经纤维受到刺激时，膜上接受刺激的地点失去极性，透性发生变化，一些Na⁺通道张开，膜外大量的Na⁺顺浓度梯度从Na⁺通道流入膜内。这就进一步使膜失去极性，使更多的Na⁺通道张开，结果更多的Na⁺流入。这是一个正反馈的倍增过程，这一过程使膜内外的Na⁺达到平衡，膜的电位从静息时的-70mV转变到0，并继续转变到+35mV（动作电位）。也就是说，原来是负电性的膜内暂时地转变为正电性，原来是正电性的膜外反而变成负电性的了。此时膜内阳离子多了，Na⁺通道逐渐关闭起来。由于此时膜的极性并未恢复到原来的静息电位，Na⁺通道在遇到刺激时不能重新张开，所以这时的Na⁺通道是处于失活状态的。只有等到膜恢复到原初的静息电位时，关闭的Na⁺通道遇到刺激才能再张开而使Na⁺从外面流入。Na⁺通道这一短暂的失活时期相当于（神经传导的）不应期。Na⁺流入神经纤维后，膜内正离子多了，此时K⁺通道的门打开，膜对K⁺的透性提高，于是K⁺顺浓度梯度从膜内流出。由于K⁺的流出，膜内恢复原来的负电性，膜外也恢复原来的正电性，这样就出现了膜的再极化，即膜恢复原来的静息电位。这一周期的电位变化，即从Na⁺的渗入而使膜发生极性的变化，从原来的外正内负变成外负内正，到K⁺的渗出使膜恢复到原来的外正内负，称为动作电位（action potential）。

图15-3-3 动作电位图

动作电位可以分成去极化、复极化、超极化三个过程。动作电位的产生符合“全或无定律”，即刺激只要达到阈值，就能引发动作电位。

 

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简单地说：
 
神经纤维静息时，K+通道打开，K+不断外流，Na+管道大多关闭，使得膜外阳离子多于膜内，神经纤维处于极化状态（电位差为—70mV）。此时膜内外的Na+梯度靠Na+/K+泵维持。
 
神经纤维受到刺激时，膜上接受刺激的地点失去极性，透性发生变化，Na+管道张开，膜外大量的Na+顺浓度梯度从Na+管道流入膜内。这一过程使膜内外的Na+达到平衡，膜的电位从静息时的—70mV转变到0，并继续转变到+35mV（动作电位）。即内正外负。
 
Na+流入神经纤维后，膜内正离子多了，此时K+管道的门打开，膜对K+的透性提高，于是K+顺浓度梯度从膜内流出。这样就出现了膜的再极化，即膜恢复原来的静息电位。
 
这一周期的电位变化，即从Na+的渗入而使膜发生极性的变化，从原来的外正内负变为外负内正，到K+的渗出使膜恢复到原来的外正内负，称为动作电位（action Potential）