Điện thế màng nghỉ và sự phân bố ion

Điện thế màng nghỉ là sự chênh lệch điện áp ổn định qua màng plasma của một tế bào không bị kích thích, với bên trong âm so với bên ngoài, thường khoảng -60 đến -90 mV ở tế bào thần kinh. Đây là kết quả của sự phân bố ion không đồng đều qua màng và tính thấm chọn lọc của màng đối với các ion đó.

Definition

Điện thế màng nghỉ là điện áp xuyên màng được duy trì bởi một tế bào có khả năng kích thích không bị kích thích, được thiết lập bởi sự cân bằng giữa gradient nồng độ ion và tính thấm tương đối của màng, và được giữ gần điện thế cân bằng của kali.

Scope

Chủ đề này giải thích tại sao một tế bào nghỉ duy trì điện áp âm ổn định và cách sự phân bố không đối xứng của kali, natri và clorua tạo ra điện áp đó. Nó bao gồm sự đóng góp của từng ion chính và vai trò chủ đạo của kali khi nghỉ, đồng thời phân biệt trạng thái nghỉ với những thay đổi điện áp hoạt động được đề cập ở nơi khác.

Core questions

• Nồng độ ion nào đặc trưng cho bên trong và bên ngoài của một tế bào đang nghỉ?
• Ion nào chiếm ưu thế trong điện thế nghỉ và tại sao?
• Tính thấm nhỏ của natri và clorua làm dịch chuyển điện thế nghỉ ra khỏi giá trị cân bằng của kali như thế nào?

Key concepts

• Điện áp xuyên màng
• Nồng độ ion nội bào so với ngoại bào
• Sự chiếm ưu thế của kali khi nghỉ
• Sự đóng góp của natri và clorua
• Tính thấm tương đối
• Trạng thái ổn định so với trạng thái cân bằng

Key theories

Giải thích về điện thế nghỉ dựa trên tính thấm chọn lọc

Điện áp nghỉ được xác định bởi các ion nào có thể đi qua màng và mức độ dễ dàng; vì tính thấm của kali vượt trội hơn nhiều so với tính thấm của natri khi nghỉ, điện thế nằm gần điện thế cân bằng của kali nhưng bị dịch chuyển dương do rò rỉ natri.

Mechanisms

Một tế bào thần kinh đang nghỉ giữ kali tập trung bên trong và natri cùng clorua tập trung bên ngoài. Màng khi nghỉ có tính thấm cao đối với kali thông qua các kênh rò rò mở và chỉ thấm yếu đối với natri. Kali khuếch tán ra ngoài theo gradient nồng độ của nó, mang điện tích dương ra ngoài và để lại bên trong âm; sự âm hóa ngày càng tăng chống lại sự thoát ra thêm, do đó điện áp tiếp cận điện thế cân bằng của kali. Một dòng natri nhỏ liên tục đi vào, và ở nhiều tế bào là sự di chuyển của clorua, giữ điện thế nghỉ thực tế hơi dương so với giá trị cân bằng của kali. Hodgkin và Katz (1949) đã chứng minh sự phụ thuộc đa ion này một cách trực tiếp bằng cách thay đổi natri bên ngoài và cho thấy sự dịch chuyển có thể dự đoán được trong điện áp màng.

Clinical relevance

Bởi vì điện thế nghỉ quyết định mức độ dễ bị kích thích của một tế bào, sự thay đổi kali ngoại bào hoặc các ion khác làm thay đổi tính kích thích của màng ở thần kinh, cơ và tim. Mục này mô tả sự phụ thuộc cơ chế đó như là sinh lý học cơ bản và không phải là hướng dẫn để quản lý bất kỳ tình trạng nào.

Evidence & guidelines

Giải thích định lượng bắt nguồn từ các ghi chép trên sợi trục mực và là nội dung tiêu chuẩn trong các sách giáo khoa sinh lý học và lý sinh; đây là tài liệu tham khảo cơ chế hơn là nội dung hướng dẫn lâm sàng.

History

Lý thuyết màng ban đầu của Julius Bernstein đề xuất rằng điện thế nghỉ phản ánh tính thấm chọn lọc đối với kali. Hodgkin và Katz (1949) đã mở rộng điều này thành một quan điểm đa ion, cho thấy tính thấm của natri cũng quan trọng, và phân tích trường không đổi năm 1943 của Goldman đã đưa ra dạng định lượng cho mối quan hệ này.

Key figures

• Alan Hodgkin
• Bernard Katz
• David E. Goldman
• Julius Bernstein

Seminal works

• hodgkin-katz-1949
• goldman-1943

Frequently asked questions

Tại sao bên trong một tế bào thần kinh đang nghỉ lại âm?

Bởi vì màng nghỉ chủ yếu thấm kali, kali rời khỏi tế bào theo gradient nồng độ của nó và mang điện tích dương ra ngoài, để lại điện tích âm ròng bên trong cho đến khi lực hút điện cân bằng sự thoát ra thêm.

Điện thế nghỉ có phải là trạng thái cân bằng không?

Không hoàn toàn. Đó là một trạng thái ổn định được giữ gần điện thế cân bằng của kali; các rò rỉ ion nhỏ liên tục được bù đắp bằng bơm tích cực, do đó các gradient và điện áp duy trì không đổi mà không đạt được trạng thái cân bằng thực sự.