動作電位產生原理精講！從離子進出的六個階段，考察動作電位產生

【是什麼】

神經細胞與一般細胞相比，突觸的特點就是——

除了胞體外，還有很長的樹突和軸突。

有的單根神經元，就可連線腳趾和頸部，堪稱是人體的

“高速公路”

，

一站式傳輸資訊。

單根神經元內部的資訊傳輸，依靠

動作電位，

遵循

“軸突輸出”

的原則。動作電位能夠從神經元的一端移動到另一端，這是其能夠傳導資訊的基礎。

動作電位產生的基本原理是什麼？

本節將揭開其神秘面紗：

【為什麼】

-01-

外部的刺激引發動作電位

如上圖所示：在上一節講述到，細胞內外由於受到

擴散力、靜電壓力、鈉鉀泵力

共同作用，在細胞內外產生

濃度差、電勢差

，加速細胞膜的分割支撐作用，形成一個存在差別的相對穩定和平衡的細胞環境。在這種狀態下所產生的膜電位稱為

靜息電位

。

在靜息電位的基礎上，如果細胞受到外力的刺激，這種相對平衡就會被打破，如果刺激達到一定的極限，也就是達到一定的閥值，就會產生

動作電位

。

人體神經系統連線全身，並在體表等處佈滿

感受器

。人所處環境中的因素，如光、電、磁場、聲音、溫度等，均會透過感受器，對神經元進行刺激。

由外界刺激引發的動作電位，是單根神經元資訊傳導的基礎和載體。

人體缺少動作電位所發揮的作用，人體的智慧化將不復存在。

-02-

電勢變化產生動作電位

上圖所示，是關於時間與膜電位變化的數值，經科學家測量而得出。透過從這組數值可以看出：

動作電位的產生，由細胞內外電勢的變化而產生

。已經反覆說到——

膜電位就是細胞內外的電勢差。

利用上述數值，可繪製出

動作電位產生示意圖

，展現動作電位產生過程中，膜電位的變化情況。縱座標的數值是膜電位，橫座標的數值是時間。如下圖所示：

觀察上圖，從左邊底部看起，在膜電位為-70毫伏時，處於靜息狀態，這時的膜電位稱為

靜息電位

。當細胞開始受到刺激時，也會產生膜電位，但這時的膜電位不能移動，還不是動作電位，將其稱為

區域性電位

，只能夠引起區域性的反應。

當刺激達到一定強度後，膜電位達到一定的閥值，就產生了

動作電位

。把刺激處於閥值時，所呈現的膜電位稱為

閥值電位

。

超過閥值電位，膜電位上升較快，並由負值轉換為正值，細胞內的電勢轉換為正電，細胞外的電勢轉為為負電。把零出現的膜電位稱為

轉換電位

。

動作電位上升到頂峰時，將其稱為

峰值電位

。在轉換電位和峰值電位之間，是動作電位的上升和下降階段，將這一階段稱為

超射階段

，最大的特點是膜電位比較高，對動作電位的移動影響度大。

當動作電位降到轉換電位後，這時細胞內外的電勢又發生了轉換，回到外正內負的狀況。將轉換電位與靜息電位之間的動作電位稱為

負後電位

。

動作電位在回落中，會比靜息電位還低，將這時出現的動作電位稱為

正後電位

。正後電位階段，是膜電位的調整、恢復階段，然後回到靜息電位。將膜電位比靜息電位低的階段，也就是膜電位的調整、恢復階段稱為

不應期

。

因此，動作電位的產生有一個短暫的不應期，

這說明動作電位是一波波地產生的。

動作電位的產生，為何會呈現出上圖狀態？

因為細胞記憶體在的是負電，細胞外存在的是正電。靜息狀態下，細胞外的電勢要比細胞內的電勢高。當細胞受到外界刺激後，就會引起細胞外的正電流入細胞內，從而導致細胞內的電勢上升，導致膜電位發生上升或下降的變化。

上圖及其數值，描述的是動作電位產生的數值變換情況，

不是動作電位的移動曲線。動作電位一旦產生後，就要按照“軸突輸出”的原則，沿著軸突流出的方向移動。

-03-

動作電位產生的原理

從體液中離子變化的情況看，動作電位產生的基本原理是：

當受到外界刺激時，會引起細胞外的鈉離子大量流入細胞內，同時細胞內的鉀離子也大量流入到細胞外。在離子的大量流入和流出及其調整中，引起細胞內外電勢的變化，變化達到一定的程度，從而產生了動作電位。

要理解和掌握這個基本原理，就需要掌握離子的流出和流入情況，這個過程可以分為

“六個階段”

。如下圖所示：

靜息狀態下，細胞膜中存在

鈉鉀泵

，可以幫助鉀離子進入，同時抽出多餘的鈉離子，以保持細胞內外存在差別，產生靜息電位。

但細胞膜上，除了鈉鉀泵之外，還有一種特殊的蛋白質分子，

形成一個能夠關閉和敞開的通道

，將其稱為

離子通道。

一般離子通道在受到外界刺激的時候能夠開啟，鈉離子在擴散力和靜電壓力雙向作用下，可透過離子通道湧入。

有一種離子通道，受到膜電位高低的影響，只有膜電位到達一定值以後才會開啟，將這類離子通道稱為

電壓依賴性離子通道

。

如下具體考察

“六個階段”

的情況：