重申,内容是鄙人翻译自神经科学原理,仅供鄙人学习复习使用。信息通过电和化学信号在神经元内部和神经元之间传递。瞬态电信号对于快速、远距离传输时间敏感信息尤为重要。这些电信号受体电位、突触电位和动作电位都是由流入和流出细胞的电流的暂时性变化产生的,这些变化将穿过细胞膜的电位从其静息值赶走。
这种电流是由细胞膜上的离子通道控制的。根据离子通道在神经元信号传导中的不同作用,我们可以区分两种类型的离子通道:静息离子通道和门控离子通道。静息通道通常是开放的,不受外界因素的显著影响,例如跨膜电位。它们在维持静息膜电位(在没有信号的情况下跨膜电位)方面起着重要作用。相反,大多数门控通道在膜静止时是关闭的。它们的开放概率由我们在最后一章考虑的三个因素调节:膜电位的变化、配体结合或膜拉伸。
在这一章和接下来的几章中,我们将讨论如何在神经元中产生瞬态电信号。我们首先讨论静息离子通道如何建立和维持静息电位。我们还简要描述了静息电位被扰动的机制,从而产生瞬态电信号,如动作电位。
静息膜电位是细胞膜电荷分离的结果
每个神经元的细胞膜上都有一个电荷分离区,由分布在细胞膜内外表面的一小片正负离子组成(图7-1)。在静止状态下,神经细胞膜的外侧有过多的正电荷,内侧有过多的负电荷。如第6章所述,由于膜的脂质双层阻止了离子的扩散,电荷的分离得以维持。电荷的分离会引起跨膜电位或电压的差异,称为膜电位。膜电位(Vm)定义为:
其中,Vin是内部的电势,Vout是外部的电势。
fig 7.1 膜电位是细胞膜正负电荷分离的结果。膜外的正电荷(红色圆圈)和静止神经细胞膜内的负电荷(蓝色圆圈)的过量代表了细胞内外离子总数的一小部分。
静息细胞的膜电位称为静息膜电位。根据惯例,细胞外的电位被定义为零,因此静息电位(Vr)等于Vin。它通常在神经元的范围是-60毫伏到-70毫伏。所有的电信号都涉及到由于离子通道的打开和关闭而引起的跨细胞膜电流的变化引起的静息膜电位的短暂变化。
流入和流出电池的电流由带正电(阳离子)和带负电(阴离子)的离子携带。电流方向通常被定义为正电荷的净运动方向。因此,在离子溶液中,阳离子沿着电流的方向运动,阴离子则相反。当阳离子或阴离子净流入或流出细胞时,静止膜上的电荷分离受到干扰,改变了膜的极化。电荷分离的减少,导致膜电位的负性降低,称为去极化。电