静息电位和动作电位产生的离子基础

主页博客相册个人档案好友查看文章相关文章静息电位和动作及其形成原理2009-09-16 16:19静息电位及其形成原理细胞膜的生物电现象主要有两种表现形式，即安静时的静息电位和受刺激时产生的膜电位的改变（包括局部电位和动作电位）。

生物电现象是以细胞为单位产生的，以细胞膜两侧带电离子的不均衡分布和离子的选择性跨膜转运为基础。

1.静息电位（resting potential，RP）：指细胞未受刺激时存在于细胞膜内外两侧的电位差。

将一对测量电极中的一个放在细胞的外表面，另一个与微电极相连，准备刺入细胞膜内。

当两个电极都位于膜外时，电极之间不存在电位差。

在微电极尖端刺入膜内的一瞬间，示波器上显示一突然的电位跃变，表明两个电极间出现电位差，膜内侧的电位低于膜外侧电位。

该电位差是细胞安静时记录到的，因此称为静息电位。

几乎所有的动植物细胞的静息电位都表现为膜内电位值较膜外为负，如规定膜外电位为0，膜内电位可以负值表示，即大多数细胞的静息电位在-10～-100mV之间。

神经细胞的静息电位约为-70mV，红细胞的约为-10mV。

细胞膜两侧存在电位差，以及此电位差在某种条件下会发生波动，使细胞膜处于不同的电学状态。

人们将细胞安静时膜两侧保持的内负外正的的状态称为膜的极化；当膜电位向膜内负值加大的方向变化时，称为膜的超极化；相反，膜电位向膜内负值减小的方向变化，称为膜的去极化；细胞受刺激后先发生去极化，再向膜内为负的静息电位水平恢复，称为膜的复极化。

2.静息电位形成的原理（1）细胞膜内、外的离子浓度差RP的形成与细胞膜两侧的离子有关。

下表显示枪乌贼巨轴突细胞膜两侧主要离子浓度。

由表可见，细胞膜内外的离子呈不均衡分布，膜内K+多于膜外，Na+和Cl-低于膜外，即细胞内为高钾低钠低氯的状态。

此外，A-表示带负Hodgkin和Huxley推测：由于细胞内外存在K+的浓度差（细胞内高钾）， K+具有从膜内侧向膜外侧扩散的趋势。

静息电位和动作电位的概念及形成机制静息电位和动作电位的概念及形成机制一、静息电位的概念及形成机制1. 静息电位的概念静息电位是指神经细胞在未被刺激时的电位状态。

在静息状态下，细胞内外存在电化学梯度，使神经元内外细胞膜的电位差保持在负数水平，为-70mV左右。

2. 静息电位的形成机制静息电位的形成主要与离子的通透性和Na+/K+泵有关。

在静息状态下，细胞膜上的Na+和K+离子通道处于闭合状态，但是Na+/K+泵仍在起作用，将细胞内的Na+排出，K+输进，维持细胞内外的离子平衡，保持负电位。

3. 静息电位的重要性静息电位是神经细胞正常功能的基础，它保证了细胞对外部刺激的敏感性，使神经元能够正常传递和处理信息。

二、动作电位的概念及形成机制1. 动作电位的概念动作电位是神经元在受到刺激时产生的短暂的电位变化。

它是神经元传递信息的基本单位，具有快速传导和全或无的特点。

2. 动作电位的形成机制动作电位的形成包括兴奋、去极化和复极化三个阶段。

当神经元受到足够的刺激时，细胞膜上的Na+通道打开，Na+大量流入细胞内，使细胞内外电位逆转，形成去极化；随后Na+通道关闭，K+通道打开，K+大量流出，使细胞内外电位恢复，形成复极化。

3. 动作电位的重要性动作电位是神经元传递信息的方式，它能够在神经元内外迅速传递信息，使神经元之间能够进行有效的通讯，实现信息的处理和传递。

总结与回顾：静息电位和动作电位是神经元活动的重要基础。

静息电位维持着神经元的正常状态，使其对外部刺激保持敏感；而动作电位则实现了神经元信息的传递，是神经元活动中最基本的过程之一。

在细胞水平上，静息电位的形成主要与离子的通透性和Na+/K+泵有关，通过保持细胞内外的离子平衡来维持静息状态；而动作电位的形成则依赖于离子通道的开闭和离子内外的流动，通过电压门控离子通道的开合来实现电位的变化。

个人观点和理解：静息电位和动作电位是神经元活动的核心过程，对于理解神经元的功能和信息传递具有重要意义。

静息电位产生的离子基础静息电位是一种细胞内外质子浓度差异造成的电势差，是真核细胞和很多原核细胞维持生理功能的基础。

这一神奇的生理现象，是由离子通道在细胞膜上的动力学作用以及离子的扩散造成的。

离子是构成细胞质和细胞外液的主要成分之一，静息电位的产生与细胞内外离子的分布有着密切的关系。

在细胞膜上，有许多离子通道能够通透特定类型的离子，这些离子通道可以分为常开和休止态通道两种。

常开通道允许特定类型的离子自由通过，并且在维持静息电位时起到了重要的作用。

休止态通道在细胞静息时关闭，只有在特定刺激下才会打开。

通过这些通道的开关机制，细胞能够调节离子的数量和分布，从而调节静息电位的产生。

常见的离子基础有钠离子（Na+）、钾离子（K+）、氯离子（Cl-）和钙离子（Ca2+）。

细胞内外这些离子的浓度差异是静息电位产生的重要基础。

比如在静息状态下，细胞外液中钠离子的浓度通常较高，而细胞内液中钾离子的浓度相对较高，细胞内外钙离子和氯离子的浓度则相对较低。

这种离子浓度差异会造成离子的扩散运动，从而形成电势差。

静息电位的产生是一个动态平衡过程。

细胞膜上的离子通道会根据细胞内外离子浓度的差异开放或关闭，从而调节静息电位的大小。

比如钠离子通道在静息状态下处于关闭状态，这样就阻止了大量的钠离子进入细胞，保持细胞内钠离子的浓度低于外界。

而钾离子通道在静息状态下倾向于开放，允许细胞内的钾离子通过扩散运动逆向流出，保持细胞内钾离子浓度较高。

这些离子通道的调节作用，使得细胞能够保持静息电位的稳定。

静息电位的产生对细胞功能和生理过程至关重要。

它是细胞兴奋性和信号传导的前提条件。

一旦细胞膜上的离子通道打开，离子会沿着电势梯度流动，形成动作电位，进而触发细胞功能的各种反应。

比如在神经细胞中，静息电位的改变会引起兴奋性神经冲动的产生，进而传递各种信息。

在肌肉细胞中，静息电位的变化会引起肌肉的收缩和放松。

此外，静息电位还与细胞内离子稳态的调节密切相关，比如维持正常细胞内钙离子浓度的平衡，从而影响细胞内许多酶和蛋白的功能。

静息电位和动作电位产生原理
神经元是神经系统的基本单位，它们通过电信号传递信息。

静息电位和动作电位是神经元电信号的两种形式，它们的产生原理是不同的。

静息电位是神经元在静止状态下的电位差，通常为-70mV。

这个电位差是由神经元细胞膜上的离子通道控制的。

细胞膜上有许多离子通道，其中最重要的是钠离子通道和钾离子通道。

在静息状态下，钠离子通道关闭，钾离子通道开放，使得细胞内外的离子浓度保持不平衡，从而形成静息电位。

这种电位差是维持神经元正常功能的基础，它使得神经元能够对外界刺激做出反应。

当神经元受到足够的刺激时，静息电位会发生变化，这种变化被称为动作电位。

动作电位是神经元在兴奋状态下的电信号，它是由钠离子通道和钾离子通道的开放和关闭所引起的。

当神经元受到足够的刺激时，钠离子通道会迅速开放，使得细胞内外的离子浓度发生短暂的反转，从而形成一个电位峰。

这个电位峰随后会迅速下降，因为钠离子通道会关闭，钾离子通道则会开放，使得细胞内外的离子浓度重新恢复平衡。

这个过程被称为复极化，它使得神经元回到静息状态。

动作电位的产生是一个快速而复杂的过程，它涉及到许多离子通道的开放和关闭。

这个过程的速度和强度可以被调节，从而使得神经
元能够对不同的刺激做出不同的反应。

动作电位的传递是神经元之间信息传递的基础，它使得神经系统能够完成复杂的信息处理和控制。

静息电位和动作电位是神经元电信号的两种形式，它们的产生原理是由离子通道的开放和关闭所控制的。

这种电信号的传递是神经系统正常功能的基础，它使得神经元能够对外界刺激做出反应，完成复杂的信息处理和控制。

简单阐述动作电位的产生过程。

一、动作电位产生的基础：静息电位。

1. 离子分布基础。

- 在细胞未受刺激时，处于静息状态下，细胞膜两侧存在电位差，称为静息电位。

一般细胞的静息电位表现为膜内较膜外为负，如神经细胞的静息电位约为 -70mV。

这主要是因为细胞内的K⁺浓度远高于细胞外，而细胞外的Na⁺浓度远高于细胞内。

- 细胞膜上存在非门控的K⁺通道（漏K⁺通道），对K⁺有较高的通透性。

在浓度差的作用下，K⁺会顺着浓度梯度外流，而细胞内的负离子（主要是蛋白质等大分子）不能外流，从而形成内负外正的电位差。

当促使K⁺外流的浓度差与阻止K⁺外流的电位差达到平衡时，K⁺的净移动为零，此时的电位差就是K⁺的平衡电位，它接近静息电位。

二、动作电位的产生过程。

1. 去极化。

- 刺激引发：当细胞受到有效刺激时，细胞膜的通透性会发生改变。

首先是对Na ⁺的通透性突然增大。

这种刺激可以是电刺激、化学刺激或机械刺激等。

例如，当神经纤维受到阈刺激（能引起细胞产生动作电位的最小刺激强度）时，细胞膜上的电压门控Na⁺通道开放。

- Na⁺内流：由于细胞外Na⁺浓度远高于细胞内，且此时膜对Na⁺的通透性增大，Na⁺在电化学驱动力（浓度差和电位差共同形成的驱动力）的作用下迅速大量内流。

这使得膜内电位迅速升高，由原来的内负外正变为内正外负，这个过程叫做去极化。

当膜电位去极化到一定程度（例如神经细胞去极化到约 -55mV时），会引起更多的电压门控Na⁺通道开放，这种现象称为Na⁺通道的激活。

随着Na⁺的进一步内流，膜电位会进一步升高，直到达到Na⁺的平衡电位（约为 +30mV），此时膜内为正，膜外为负。

2. 反极化。

- 在去极化达到Na⁺平衡电位（如 +30mV）时，膜电位的极性发生反转，即膜内为正，膜外为负，这一状态称为反极化。

这是动作电位上升支的顶点。

3. 复极化。

- Na⁺通道失活与K⁺通道开放：在反极化状态下，电压门控Na⁺通道迅速失活，不再允许Na⁺内流。

静息电位和动作电位的离子基础简介
刘鸿;毕景花;王海凤
【期刊名称】《中学生物教学》
【年(卷),期】2005()7
【摘要】神经兴奋的产生和传导是高中生物教学的难点，静息电位和动作电位的产生是理解这一难点的基础和关键。

现就静息电位和动作电位的离子基础简要介绍如下：
【总页数】1页(P117-117)
【关键词】静息电位;动作电位;高中;生物教学;离子;“神经兴奋的产生和传导”;教学难点
【作者】刘鸿;毕景花;王海凤
【作者单位】山东省曲阜市杏坛中学;山东省曲阜市教师培训中心
【正文语种】中文
【中图分类】G633.91
【相关文献】
1.动作电位和静息电位产生的离子基础 [J], 舒倩
2.关于神经生物学的新观点(一):静息电位和动作电位是氢离子的膜电位 [J], 周雪松
3.“静息电位和动作电位产生的离子基础”的教学 [J], 侯伟
4.何谓心肌细胞的静息电位、动作电位、阈电位、阈刺激？ [J],
5.何谓心肌细胞的静息电位、动作电位、阈电位、阈刺激？ [J],
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静息电位和动作电位产生原理静息电位产生原理是细胞静息时在膜两侧存在电位差。

动作电位的产生原理是细胞外钠离子的浓度比细胞内高的多，它有从细胞外向细胞内扩散的趋势。

1、静息电位静息电位是指细胞未受刺激时，存在于细胞膜内外两侧的外正内负的电位差。

它是一切生物电产生和变化的基础。

当一对测量微电极都处于膜外时，电极间没有电位差。

在一个微电极尖端刺入膜内的一瞬间，示波器上会显示出突然的电位改变，这表明两个电极间存在电位差，即细胞膜两侧存在电位差，膜内的电位较膜外低。

该电位在安静状态始终保持不变，因此称为静息电位。

几乎所有的动植物细胞的静息电位膜内均较膜外低，若规定膜外电位为零，则膜内电位即为负值。

大多数细胞的静息电位在-10~-100mV之间。

2、动作电位动作电位是指可兴奋细胞受到刺激时在静息电位的基础上产生的可扩布的电位变化过程。

动作电位由峰电位（迅速去极化上升支和迅速复极化下降支的总称）和后电位（缓慢的电位变化，包括负后电位和正后电位）组成。

峰电位是动作电位的主要组成成分，因此通常意义的动作电位主要指峰电位。

动作电位的幅度约为90~130mV，动作电位超过零电位水平约35mV，这一段称为超射。

神经纤维的动作电位一般历时约0.5~2.0ms，可沿膜传播，又称神经冲动，即兴奋和神经冲动是动作电位意义相同。

3、形成条件①细胞膜两侧存在离子浓度差，细胞膜内钾离子浓度高于细胞膜外，而细胞外钠离子、钙离子、氯离子高于细胞内，这种浓度差的维持依靠离子泵的主动转运。

（主要是钠-钾泵（每3个Na+流出细胞,就有2个K+流入细胞内。

即:Na+：K+=3：2）的转运）。

②细胞膜在不同状态下对不同离子的通透性不同，例如，安静时主要允许钾离子通透，而去极化到阈电位水平时又主要允许钠离子通透。

③可兴奋组织或细胞受阈刺激或阈上刺激。

动作电位、静息电位等的产生机制及特征:静息电位产生的原理是这样的：神经元在静息情况下，细胞膜对K +具有较高的通透性，而对Na +等的通透性很低，并且胞内K +的浓度要远远高于胞外，因此在浓度差的驱动下，K +从胞内流向胞外，而由于K +带有1个正电荷的电量，因此随着K +的流动，膜两侧会形成一个逐渐增大的电位差，这个电位差则会阻止K +进一步进行跨膜扩散。

当促进K +向外流动的浓度差与阻止K +向外流动的电位差相等时，离子的净移动就会停止，这是跨膜的电位差称为K +离子的平衡电位（equilibrium potential ），可以根据能斯特（Nernst ）方程计算出K +的平衡电位，[K]ln [K]o K iRT E ZF 以上的能斯特方程中，E K 为K +的平衡电位，R 为气体常数，T 为绝对温度，Z 为离子价数，F 为法拉第常数，[K]o 和 [K]i 分别为钾离子在胞外和胞内的浓度，我们将上述参数的值代入后可以计算出K +的平衡电位为-75mV ，而同样的也可以计算出Na +的平衡电位为+55mV 。

根据这一能斯特理论，1902年这一静息电位产生机制的“膜假说”被提出了，尽管多数人们接受这一理论，但一直未能得到证实。

直到1939年，生物学家Hodgkin 和Huxley 从枪乌贼的巨大神经轴突中第一次精确记录到了静息电位，结果为-60 mV ，与计算推测的K +的平衡电位接近，证实了“膜假说”的可靠性。

但实际的静息电位E m 并不完全等于E K ，而是介于E K 和E Na 之间。

这说明静息电位的形成主要是K +跨膜流动形成的，但Na +的流动也参与其中。

我们在理解了静息电位产生的机制之后，进一步来探讨动作电位的机制。

我们知道电位的变化，归根到底就是膜两侧的离子快速跨膜流动的结果。

经过近20年的时间，随着实验技术特别是电压钳、膜片钳(patch clamp technique)等技术的发展，生物学家通过不断的实验研究，才逐渐明确了动作电位的产生机制。

静息电位和动作电位产生的具体原因 2静息电位和动作电位是神经元活动中两种最基本的电信号。

它们都是由神经元的离子通道活动产生的。

神经元是一种特殊的细胞，它们重要的功能是帮助身体传递信号，这些信号可以控制身体的许多特定的生理活动或是行为。

神经元的活动基本上是通过电信号来传递的。

下面将详细阐述静息电位和动作电位的成因。

一、静息电位的成因静息电位是神经元在静止状态下的电位。

神经元表面的细胞膜是静电势能的两个极性相反的区域，导致了细胞膜发生了离子分布不均的现象。

这个区域内的带电离子包括钠离子（Na+）、氯离子（Cl-）、钾离子（K+）等离子。

由于细胞膜是半透性的，任何物质都不能穿过膜壁，这就导致了细胞内外离子浓度不一致。

在静息状态下，通常细胞内钠离子浓度较低，而细胞外钠离子浓度较高。

钾离子在细胞内浓度相对高一些，且膜外的离子浓度相对更低。

因此，在静止状态下，细胞内外两侧的电位差也就存在了。

在静止状态下，细胞内的电势通常为负值，约为-70 mv，这表明细胞内的负离子数比正离子数多。

细胞外的电势通常是正值，约为0 mv，这表明外部区域的钠离子数比内部的钾离子数多。

这种情况下，氯离子的浓度变化对细胞电位的影响不大。

当细胞处于静止状态时，细胞膜中的离子浓度是不变的，因此，静息电位可以保持很长时间而不会改变。

二、动作电位的发生当神经元兴奋时，会发出动作电位。

动作电位基本上是通过离子通道的打开和关闭引起的。

所有细胞膜表面都具有许多离子通道，例如钠离子通道、钾离子通道和钙离子通道。

在大多数情况下，这些离子通道都是关闭的，而当神经元受到足够的刺激时，钠离子通道将会打开，钠离子会迅速地流入细胞内部，使得细胞的内部正电荷数目增加并变得电位上升，进而导致细胞进入兴奋状态。

钠离子通道通常是先打开的，然后钾离子通道也会逐渐被打开，导致钾离子从细胞内部流出。

这种大量流出的钾离子会逐渐稀释细胞内的正电荷数目，并降低电位。

这种流出钾离子造成的电位变化称为复极化。

简介静息电位（Resting Potential , RP ）是指细胞未受刺激时，存在于细胞膜内外两侧的外正内负的电位差。

由于这一电位差存在于安静细胞膜的两侧，故亦称跨膜静息电位，简称静息电位或膜电位。

形成机理静息电位产生的基本原因是离子的跨膜扩散，和钠- 钾泵的特点也有关系。

细胞膜内K+浓度高于细胞外。

安静状态下膜对K+通透性大，K+顺浓度差向膜外扩散，膜内的蛋白质负离子不能通过膜而被阻止在膜内，结果引起膜外正电荷增多，电位变正；膜内负电荷相对增多，电位变负，产生膜内外电位差。

这个电位差阻止K+进一步外流，当促使K+外流浓度差和阻止K+外流的电位差这两种相互对抗的力量相等时，K+外流停止。

膜内外电位差便维持在一个稳定的状态，即静息电位。

测定静息电位的方法插入膜内的是尖端直径＜1μm的玻璃管微电极，管内充以KCl溶液，膜外为参考电极，两电极连接到电位仪测定极间电位差。

静息电位都表现为膜内比膜外电位低，即膜内带负电而膜外带正电。

这种内负外正的状态，称为极化状态。

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。

静息电位的产生与细胞膜内外离子的分布和运动有关。

正常时细胞内的K+浓度和有机负离子A-浓度比膜外高，而细胞外的Na+浓度和Cl-浓度比膜内高。

在这种情况下，K+和A-有向膜外扩散的趋势，而Na+和Cl-有向膜内扩散的趋势。

但细胞膜在安静时，对K+的通透性较大，对Na+和Cl-的通透性很小，而对A-几乎不通透。

因此，K+顺着浓度梯度经膜扩散到膜外使膜外具有较多的正电荷，有机负离子A-由於不能透过膜而留在膜内使膜内具有较多的负电荷。

这就造成了膜外变正、膜内变负的极化状态。

由K+扩散到膜外造成的外正内负的电位差，将成为阻止K+外移的力量，而随着K+外移的增加，阻止K+外移的电位差也增大。

对动作电位变化图的分析及教学中的几个疑问安徽省淮南第二中学（232038） 钟琪 洪秀娟摘要：本文主要针对神经调节中静息电位和动作电位的形成机制进行了介绍，尤其是结合教学实践中几个不易理解的问题和疑问做了深入探讨。

关键词：钠钾泵静息电位 动作电位 通道 平衡图1所示为神经纤维受刺激后动作电位的变化图。

此图是对动作电位形成本质的概括，因此是高中神经调节中经常考察到的内容，而关于此图变化过程的深入理解是教师在教学中的难点更是学生理解的难点。

现就该图的变化过程以及教学中的几个疑问分析如下。

1 各个阶段变化原因： 1.1 膜内外的离子分布 细胞内外离子分布不均匀是静息电位和动作电位形成的基础，这种分布不均匀与钠钾泵的作用密不可分。

钠钾泵是一种普遍存在于动物各种细胞膜上的特异性蛋白质，这种载体蛋白每分解一个ATP 分子，可以将3个Na +送出细胞外，同时将2个K +送入细胞内，从而使细胞内K +浓度高，细胞外Na +浓度高。

除了Na +和K +分布不均匀以外，细胞内还存在着大量的带负电的有机大分子物质A -，细胞膜对他们是没有通透性的，同样在细胞膜外也存在着高浓度的Cl -。

总的来看，细胞膜内：K +浓度高，同时存在大量的A -；细胞膜外：Na +浓度高，同时也存在着大量的Cl -。

这种膜内外离子分布的不平衡是静息电位和动作电位形成的离子基础。

1.2 静息电位的形成细胞处于静息状态时，细胞膜主要对K +有通透性，而对其他离子通透性很小甚至是没有通透性。

这种对K +通透性的实质，是依赖于细胞膜上的漏K +通道来实现的，K +可以通过该通道被动外流，使得膜外的阳离子增多，膜内的阳离子减少，从而造成膜外电位高于膜内电位的状态，当K +的移动达到平衡时，细胞膜内外两侧就形成了一个相对稳定的电位差，这就是我们通常所说的静息电位，这个过程被称为极化。

1.3动作电位的形成动作电位是膜电位的一次快速变化，随后恢复到静息膜电位状态，包括去极化、反极化和复极化三个连续变化的过程。

医学基础知识: 动作电位与静息电位的相关内容静息电位产生的机制离子学说认为, 细胞水平生物电产生的前提有二：①细胞内外离子分布和浓度不同。

就正离子来说, 膜内K+浓度较高, 约为膜外的30倍。

膜外Na+浓度较高约为膜内的10倍。

从负离子来看, 膜外以Cl-为主, 膜内则以大分子有机负离子(A-)为主。

②细胞膜在不同的情况下, 对不同离子的通透性并不一样, 如在静息状态下, 膜对K+的通透性大, 对Na+的通透性则很小。

对膜内大分子A-则无通透性。

由于膜内外存在着K+浓度梯度, 而且在静息状态下, 膜对K+又有较大的通透性(K+通道开放), 所以一部分K+便会顺着浓度梯度向膜外扩散, 即K+外流。

膜内带负电荷的大分子A-, 由于电荷异性相吸的作用, 也应随K+外流, 但因不能透过细胞膜而被阻止在膜的内表面, 致使膜外正电荷增多, 电位变正, 膜内负电荷增多, 电位变负。

这样膜内外之间便形成了电位差, 它在膜外排斥K+外流, 在膜内又牵制K+的外流, 于是K+外流逐渐减少。

当促使K+流的浓度梯度和阻止K+外流的电梯度这两种抵抗力量相等时, K+的净外流停止, 使膜内外的电位差保持在一个稳定状态。

因此, 可以说静息电位主要是K+外流所形成的电一化学平衡电位。

动作电位产生的机制动作电位产生的机制与静息电位相似, 都与细胞膜的通透性及离子转运有关。

l.去极化过程当细胞受刺激而兴奋时, 膜对Na+通透性增大, 对K+通透性减小, 于是细胞外的Na+便会顺其波度梯度和电梯度向胞内扩散, 导致膜内负电位减小, 直至膜内电位比膜外高, 形成内正外负的反极化状态。

当促使Na+内流的浓度梯度和阻止Na+内流的电梯度, 这两种拮抗力量相等时, Na+的净内流停止。

因此, 可以说动作电位的去极化过程相当于Na+内流所形成的电一化学平衡电位。

2.复极化过程当细胞膜除极到峰值时, 细胞膜的Na+通道迅速关闭, 而对K+的通透性增大, 于是细胞内的K+便顺其浓度梯度向细胞外扩散, 导致膜内负电位增大, 直至恢复到静息时的数值。

动作电位和静息电位产生的离子基础作者：舒倩来源：《理科考试研究·高中》2015年第05期在神经调节的教学中，总是会遇到电位变化的题目.本文意在通过浅显的语言将兴奋在神经纤维上传导过程中的动作电位和静息电位产生的离子基础加以阐述，从而为后面的教学做铺垫.通过学习，我们知道兴奋的实质是电流，电流是如何产生的呢？可以用离体的枪乌贼（海洋动物）的巨大神经纤维作为研究生物电的材料.产生电流需要电位差，所以需要测量神经细胞膜的电位变化.当将两个微电极都放在神经细胞膜表面时，在示波器上并没有记录到电位差，说明神经细胞膜表面各处电位是相等的.当将其中一个微电极的尖端刺穿细胞膜的瞬间，便可通过示波器记录到-70mV的电位差.这表明细胞膜内的电位比膜外低了70mV.再继续深插此电极，只要电极尖端仍留在神经细胞内，则此电位值将不再改变.由于此电位发生在静息状态的神经细胞膜的两侧，故称静息电位.已知静息电位的形成与钾离子有关，那么结合细胞膜内钾离子浓度远高于膜外这一事实.我们可以提出合理的假设来解释为什么膜内电位比膜外电位低（外正内负）这一现象.假设：钾离子外流形成静息电位.如果假设成立，那么钾离子是以什么方式流向膜外？钾离子外流的动力是什么？科学家通过物质的提纯手段从膜上分离并提取出一种载体蛋白，也叫做钾离子通道蛋白.因此，钾离子正是以协助扩散的方式顺着浓度梯度通过钾离子通道流向膜外，从而造成膜外正电位，膜内负电位.并且钾离子外流的动力为细胞膜两侧的浓度差.故膜两侧钾离子浓度差越大，静息电位越大.钾离子会一直外流吗？其实，当钾离子外流后，神经细胞膜两侧的钾离子浓度差会减小，钾离子外流的动力会减小.另外，由于钾离子外流，使细胞内外电位差加大，向内的电场力会阻止钾离子外流.当向外的化学驱动力（钾离子浓度差）和向内的电池驱动力达到平衡时，钾离子外流停止.此时，膜内外的电位稳定在-70mV.现在如果给予神经纤维一个刺激.那么示波器上的显示会由-70mV逐渐变为0，再逐渐出现+35mV.这说明膜内外的电位发生了什么变化？我们可以做出这样的规定：膜外电位为0电位.示波器显示0mV说明膜内电位等于膜外电位.+35mV说明膜内电位比膜外高35mV.受到刺激后，膜内外电位差逐渐缩小至0，并出现反转.即此时膜外电位低于膜内电位，记做外负内正.由于此电位发生在刺激后的神经细胞膜的两侧，故称动作电位.已知动作电位的形成与钠离子有关.那么结合细胞膜外钠离子浓度远高于膜内这一事实，我们可以提出合理的假设来解释为什么膜内电位比膜外电位高（外负内正）这一现象.假设：钠离子内流形成动作电位.如果假设成立，那么钠离子是以什么方式流向膜内？钠离子内流的动力什么？同理，钠离子也是以协助扩散的方式顺着浓度梯度通过钠离子通道蛋白流向膜内，从而造成膜外负电位，膜内正电位.并且钠离子内流的动力也是细胞膜两侧的浓度差.钠离子也不会一直内流，当钠离子内流后，神经细胞内外的钠离子浓度差变小.从而钠离子内流的动力减小.如果上述假设成立，减小神经细胞细胞外液的钠离子浓度，动作电位的峰值会如何变化？例题1 （2003年上海卷）将离体神经置于不同钠离子浓度的生理盐水中，给予一定刺激后，下图中能正确反映膜电位变化与钠离子浓度关系的是（）.试题解读生理盐水中的离体神经，给予一定刺激后，可以出现膜电位变化，出现动作电位.钠离子浓度越高，内流量就越大，形成的动作电位电位峰值就越大，则膜电位变化就越大.可见，神经细胞膜外的膜电位变化和钠离子浓度成正相关.D曲线正确.例题2 （2010年课标卷）将神经细胞置于相当于细胞外液的溶液（溶液S）中，可测得静息电位.给予细胞一个适宜的刺激，膜两侧出现一个暂时性的电位变化，这种膜电位变化称为动作电位.适当降低溶液S中的Na+浓度，测量该细胞的静息电位和动作电位，可观察到（）.A.静息电位值减小B.静息电位值增大C.动作电位峰值升高D.动作电位峰值降低试题解读静息电位的形成是因为神经细胞内的钾离子外流，动作电位的形成是因为神经细胞外的钠离子的内流导致.降低了外液中的Na+浓度，必然使得Na+内流减少，则动作电位的峰值就降低.解题启示从两道试题可以概括：神经细胞的动作电位变化是在稳定的生理盐水溶液中进行的膜电位变化.外界钠离子浓度不同，所产生的膜电位差也不同，动作电位的峰值就不同，两者呈现正相关增长.示波器的读数并不会一直停留在+35mV，一段时间后，读数会从+35mV下降到0mV，最后又恢复到-70mV.如何解释这一现象呢？在生物内存在一种钠钾泵，它是一种钠钾依赖的ATP酶.能分解ATP释放能量，用于将膜外的钾离子运进细胞，同时将膜内的钠离子运出细胞.每3个钠离子流出细胞，就有2个钾离子流入细胞内.细胞内的钾离子浓度高，细胞外的钠离子浓度高，正是由钠钾泵维持的.人处于静息状态时，细胞的25%的ATP被钠钾泵消耗掉.神经细胞70%的ATP被钠钾泵消耗掉.因此在静息电位的恢复过程中，钠离子外流和钾离子内流都是通过主动运输的方式完成，并且这一过程需要消耗能量.例题3 根据下图受刺激部位细胞膜两侧的电位变化曲 [LL]线，回答相关问题a点：静息电位，钾离子通道开放.钾离子外流，膜电位表现为外正内负.b点：0电位，动作电位形成过程中，钠离子通道开放.bc段：动作电位，钠离子通道继续开放.钠离子内流，膜电位表现为外负内正.cd段：静息电位恢复形成.e：静息电位.神经细胞的电位变化日益成为各套高考试题集中考查的热点.原因是电位变化能够综合考查考生对“兴奋在神经纤维上的传导”及其相关知识掌握的透彻和灵活程度.希望通过这篇文章能让学生对此类问题形成清晰的思路，帮助解题.。

静息电位和动作电位的概念及形成机制一、静息电位的概念静息电位是指在神经元或肌细胞处于静息状态时，细胞内外的电位差。

在细胞膜内外侧产生的电压差异，形成静息电位。

一般情况下，静息电位为-70mV左右。

静息电位的存在，是生物神经元和肌肉细胞能够进行正常信号传导和兴奋性行为的重要基础。

静息电位是由细胞质内、外离子浓度梯度和细胞膜通透性共同作用的结果。

在静息状态下，细胞质内部存在高浓度的钾离子，而细胞外则存在高浓度的钠离子和氯离子。

细胞膜对钠、钾和氯离子的通透性不同，导致了这种电位差的形成。

静息电位的维持对于细胞的正常功能和生理活动至关重要。

它不仅能够维持细胞内外离子平衡，还能够保证细胞的正常兴奋和传导。

二、动作电位的概念动作电位是指在细胞兴奋状态下，细胞膜内外突然出现的短暂电压变化。

动作电位是神经元和肌肉细胞进行信号传导的基本单位，是产生神经冲动和肌肉收缩的物理基础。

动作电位的形成需要经历一系列的复杂过程。

当细胞受到刺激而兴奋时，细胞膜上的离子通道会发生开放和关闭的变化，导致钠离子快速内流和钾离子慢速外流。

这一过程导致了细胞膜内外的电位迅速变化，从而产生了动作电位。

动作电位具有快速传导、一次触发和不衰减的特点，能够保证神经信号和肌肉收缩的快速、准确和有效传导。

三、静息电位和动作电位的形成机制1. 静息电位的形成机制静息电位的形成受到静息时细胞膜的通透性和离子浓度梯度的影响。

细胞膜上的钠-钾泵能够使细胞内钠离子浓度降低，细胞内外存在电学和化学的离子浓度梯度。

细胞膜上的钠和钾通道保持半开状态，使得细胞膜内外的离子保持动态平衡，从而维持了静息电位的稳定状态。

2. 动作电位的形成机制动作电位的形成涉及到离子通道的快速开放和关闭。

当细胞受到刺激而兴奋时，细胞膜上的钠通道会迅速开放，使得钠离子快速内流，细胞膜内外的电位快速升高；随后钠通道关闭，钾通道开放，钾离子慢速外流，使得细胞膜内外的电位迅速下降和恢复。

这一过程形成了动作电位。