研究近几年的高考试题，可以发现，对于"神经冲动的产生和传导"这一课标内容的考查的一个普遍也是重要的聚焦点是"膜电位产生的离子基础"，并具有向"内环境中有关离子浓度变化对电位水平的影响"方向考查的趋势，在这里笔者发现，各类版本教科书在这一方面的介绍不是很系统与全面。本文对此做一简要分析。

一、膜电位产生的离子基础

1、生物膜电位的产生

是由于在细胞膜上的钠一钾泵和离子通道的作用下，离子跨膜运输，从而导致膜内外离子浓度的不同。

①钠—钾泵：钠一钾泵实际上是细胞膜上的一种Na⁺一K⁺ATP酶。细胞内的钠离子可与该酶结合，并运出膜外，随之将钾离子从膜外运至膜内，在这一过程中要消耗ATP。每消耗一分子ATP，向细胞内运输2个钾离子，排出3个钠离子。由于钠一钾泵的不断的工作，细胞内液中的钾离子浓度高于细胞外液，而钠离子则低于细胞外液，使细胞内外保持着一定的浓度差。

②离子通道：是细胞膜上的专供离子进出细胞的一些跨膜蛋白质。离子通道上有闸门一样的开放和关闭的结构，控制离子的跨膜运动，使膜内外的某些离子的浓度不同。常见的离子通道有钠离子通道和钾离子通道，当这些通道开启后，会有大量的钠离子或钾离子快速通过通道进出细胞。

2、静息电位的产生

静息电位的产生与细胞膜内外离子的分布和运动有关。膜外Na⁺和CL^-外量远高于膜内K⁺、A^_(带负电的有机大分子)的量。细胞在静息状态下，膜对不同离子的通透性不同。A^_一般不能透出膜外，膜内外CL^-虽然存在一定浓度梯度，但在向膜内扩散时会受到膜内A^_的排斥，通透量不大。K⁺很容易顺浓度梯度流向膜外(静息状态下K⁺通道开放)，虽膜外Na⁺浓度高于膜内，但①不及K⁺那样容易通透(静息状态下Na⁺通道关闭)，②进入膜内的Na+又将为Na⁺一K⁺泵所泵出，并且当有Na⁺被泵出的同时又有K⁺泵入作为交换。

因此，在静息状态下，膜的通透性主要表现为K⁺外流，总的效应是膜的外侧聚集较多的正离子，膜内侧为较多的负离子，造成膜两侧的电位差，膜外为正，膜内为负。随着K⁺的不断向外扩散，膜两侧电位差不断增大，膜外正电位便排斥K⁺的外流而使其内流，直至足以阻止K⁺使它不能继续向外扩散为止，即两个方向的流动量相等时，K⁺处于平衡状态。此时膜两侧的电位差称为K⁺的平衡电位，也就是静息电位。

由以上可知，膜内K⁺向膜外扩散至动态平衡的水平是形成静息电位的主要离子基础。

3、动作电位的产生

一定强度(一定阈值)的刺激使膜上的Na⁺通道大量激活，亦即出现了通道的开放，膜对Na⁺的通透性迅速增大，Na⁺在浓度差和电位差的推动下较大量地进入膜内。Na⁺的较大量内流，使膜内由负电位迅速变成正电位；当膜内正电位增大到足以阻止由浓度差推动的Na⁺内流时，经膜的Na⁺净通量为零，这时的膜两侧电位差即为Na⁺的平衡电位。电位差的逆转使Na⁺通道由激活状态转化为失活状态，这时膜对Na⁺的通透性又变小，与此同时膜的K⁺通道逐渐开放，膜对K⁺的通透性增大并逐渐超过对Na⁺的通透性，于是膜内K⁺在浓度差和电位差的推动下向膜外扩散，使膜内电位由正值向负值发展，直至恢复到静息电位水平。（动作电位过后，膜对K⁺的通透性恢复正常，Na⁺通道的失活状态解除，并恢复到备用状态，即可激活状态，于是细胞又能接受新的刺激。）如下图所示。

4、离子平衡的恢复

每次动作电位发生后，细胞内Na⁺浓度和细胞外K⁺浓度均有微量增加（与受刺激前相比），这一变化能激活膜上的Na⁺一K⁺泵，将细胞内多余的Na⁺泵出细胞，并将细胞外多余的K⁺泵入细胞，以恢复细胞内外的离子分布。

上述过程可用图解表示如下：

特别提示：

动作电位具有"全或无"现象，刺激达不到一定强度(一定阀值)，不能产生动作电位(无)，一旦产生，幅度就达到最大值(全)。幅度不随刺激强度的增加而增加。

二、组织液中钠离子、钾离子浓度改变对静息电位与动作电位的影响

1、增加细胞外液钾离子的浓度会使静息电位的绝对值减小

因为静息电位的产生是由于细胞内K+的外流,所以人工地轻度增加细胞外液钾离子浓度时,外流作用会减弱,致使静息电位稍有减弱而动作电位不变。

如果钾离子显著增高以致静息电位绝对值过度减小(膜内-55mv左右)时则钠离子通道失去活性，兴奋性反而完全丧失。

2、减少细胞外液钠离子浓度会使动作电位峰值降低

因为动作电位的形成与钠内流有关，如果膜外钠减少，内流的动力就减小，动作电位就会降低而静息电位不变。

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