活動電位と膜の定義

アンヘル・サモラ・ラミレス
物理学の学位

活動電位には、興奮性細胞の膜電位の急速な変化が含まれ、細胞全体に急速に広がります。 活動電位は、神経系およびあらゆる種類の筋肉で情報を伝達するための基本的なメカニズムです。

私たちの神経系によって実行されるすべての機能、私たちの動きを可能にする筋肉の収縮、心臓の鼓動 血液が私たちの体のすべての細胞に運ばれるようにすることは、組織を介して伝播する電気信号によって調整されます 関与。

膜電位

純粋に物理的な観点からは、セルを小さなバッテリーのように考えることができます。 細胞外媒質と細胞内媒質には電荷があり、その電荷は異なります 濃度により、膜全体に電位差が生じます。 セル。 生成された電気化学的勾配は、セル内で発生するいくつかの電気現象を引き起こします。

細胞の膜電位を決定する際に特に関連するイオンは、ナトリウムイオン (Na⁺) とカリウムイオン (K⁺). Naの平均濃度⁺ 細胞外培地では 142 mEq/l ですが、細胞内培地ではわずか 14 mEq/l の濃度です。 一方、K の濃度は⁺ 細胞の外側では 4 mEq/l、細胞の内側では約 140 mEq/l です。

細胞外媒体と細胞内媒体の間のこれら 2 つのイオンの濃度の違いにより、細胞膜を横切る電位差が生じます。 ただし、これに影響を与える他の要因もあります。 細胞膜はKイオンに対してより透過性があります⁺、つまり、このイオンはそれをより簡単に通過できます。 Kイオンの通過を可能にするカリウムリークチャネルとして知られるイオンチャネルがあります⁺ 細胞の内側から外側へ。 また、一部の Na^+ イオンを逃がしますが、これらのチャネルはカリウムに対して約 100 倍透過性があります。

膜電位の形成において基本的な役割を果たすもう 1 つの要素は、Na ポンプです。^+- k⁺. これは、ATP を使用して 3 Na イオンの連続ポンプを生成するタンパク質です。⁺ 細胞外および 2 K イオン⁺ したがって、細胞外培地に正電荷がより多く蓄積されます。 これらすべてのメカニズムが一緒に作用すると、約 -90 mV の正味の膜電位が神経線維に生成されます。 潜在的であることの価値は、細胞の内部に関するものです。つまり、細胞内環境では、潜在的はより負です。

活動電位

活動電位は、通常の負の膜電位からの急激な変化から始まります。 プラスの可能性まで、そして可能性に向かってほぼ同じように急速な変化で終わります ネガティブ。 活動電位の生成とその後の回復に必要なアクターは、電位依存性ナトリウム チャネルと電位依存性カリウム チャネルです。 これらは、ある瞬間の膜電位の値に応じて開閉するイオンチャネルです。

活動電位は細胞が静止している状態から始まり、その膜電位は典型的な値である -90 mV です。 この段階の間、膜は「分極」していると言われます。 特定の条件下で、膜は突然 Na イオンに対して非常に透過性になります。⁺、これらが細胞の内部に向かって移動し始め、電位がより正になり始めるような方法で.

電位が -70 ～ -50 mV の値に達すると、電位依存性ナトリウム チャネルが開き、より多くの Na イオンが急速に移動します。⁺ 細胞内培地に向かって。 この段階では、ナトリウムに対する膜の透過性が最大 5,000 倍に増加し、 膜が + 35 と + 40 mV の間で振動する値に達すると、膜が 「脱分極」。 電位依存性ナトリウム チャネルは、数万分の 1 秒間開いたままになり、その後閉じます。

膜電位が 0 mV に達すると、電位依存性カリウム チャネルが開き始め、K イオンの流れが可能になります。⁺ 細胞の外側に向かって。 ただし、カリウム チャネルの開始が遅れているため、ナトリウム チャネルが閉じ始めると完全に開きます。 両方のイベントの組み合わせにより、膜電位が静止値の -90 mV まで急速に回復します。このフェーズでは、「再分極」があると言われています。