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什么是电位差?为什么静息状态下电极分别接膜

  电位差,也称作电势差或电压(voltage),是衡量单位电荷在静电场中由于电势不同所产生的能量差的物理量。

  其大小等于单位正电荷因受电场力作用从A点移动到B点所做的功,电压的方向规定为从高电位指向低电位的方向。电压的国际单位制为伏特(V,简称伏),常用的单位还有毫伏(mV)、微伏(μV)、千伏(kV)等。

  静息电位(Resting Potential,RP)是指细胞膜未受刺激时,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。

  细胞膜两侧的离子呈不均衡分布,膜内的钾离子高于膜外,膜内的钠离子和氯离子低于膜外,即胞内为高钾、低钠、低氯的环境。此外,有机阴离子仅存在于细胞内。

  在安静状态下,细胞膜对钾离子通透性大,对钠离子通透性很小,仅为钾离子通透性的1/100~1/50,而对氯离子则几乎没有通透性。因此,细胞静息期主要的离子流为钾离子外流。

  钾离子外流导致正电荷向外转移,其结果导致细胞内的正电荷减少而细胞外正电荷增多,从而形成细胞膜外侧电位高而细胞膜内侧电位低的电位差。可见,钾离子外流是静息电位形成的基础,推动钾离子外流的动力是膜内外钾离子浓度差。

  细胞膜两侧的电位差在某些情况下会发生变动,使细胞膜处于不同的电位状态。细胞安静时膜两侧内负外正的状态称为膜的极化状态。当膜电位向膜内负值增大方向变化时,称为超极化;相反,膜电位向膜内负值减小方向变化,称为去极化。

  去极化进一步加剧,膜内电位变为正值,而膜外电位变为负值,则称为反极化;细胞受到刺激后先发生反极化,再向膜内为负的静息电位水平恢复,称为膜的复极化。

  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。

  电压是推动电荷定向移动形成电流的原因。电流之所以能够在导线中流动,也是因为在电流中有着高电势和低电势之间的差别。这种差别叫电势差,也叫电压。换句话说。在电路中,任意两点之间的电位差称为这两点的电压。通常用字母V代表电压。

  电源是给用电器两端提供电压的装置。电压的大小可以用电压表(符号:V)测量。

  静息状态下,即没有神经信号产生,那么K+离子会处于神经纤维膜外侧,且不断外流。保持外部的电位为+,即也就是高电位。实际上正常情况下K+离子都会在膜外侧。

  当受到刺激时,钠离子Na+会由膜外流入膜内,导致膜内电位为+,高于膜外电位,这样就在内外膜形成了电位差,神经电信号就这样产生了。

  那么我们说静息状态下,由于K+离子流到膜外,而K+离子带正电,因此膜外电位为高电位,而内侧的K+离子外流,只剩下带负电的负离子,因此膜内电位为负。当两个电极分别接触内外膜时,就在电极两端形成了电位差。

  说静息状态下内外膜电位差为负值是不对的。实际上如果你这样监测的时候为负值,如果你交换两个电极,那么电位差就成了正值。这个和膜内外分别放置的电极的正负有关。

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