一、膜電位的電生理本質
1️⃣ 膜電位的定義
- 膜電位（Membrane potential）為細胞膜內外因電荷分布不對稱所形成的電位差。
- 此電位差源自離子跨膜移動與不可移動電荷的累積。
- 所有可興奮細胞的功能皆建立於膜電位存在的前提之上。
2️⃣ 電位的測量與符號意義
- 細胞外液視為電位參考點（0 mV）。
- 細胞內液電位以相對值表示。
- 負值代表細胞內相對於細胞外帶負電。
二、離子分布的精細結構與功能意義
1️⃣ 鈉離子（Sodium ion, Na⁺）
- 細胞外濃度極高，細胞內濃度極低。
- 具高度向內擴散趨勢。
- 為動作電位去極化的主要驅動離子。
2️⃣ 鉀離子（Potassium ion, K⁺）
- 細胞內濃度極高，細胞外濃度極低。
- 透過漏通道持續外流。
- 為靜止膜電位與再極化的核心離子。
3️⃣ 氯離子（Chloride ion, Cl⁻）
- 細胞外濃度高。
- 移動方向常與膜電位狀態相關。
- 在抑制性突觸電位中具有穩定膜電位的效果。
4️⃣ 蛋白質陰離子（Protein anions, A⁻）
- 只存在於細胞內。
- 無法穿越細胞膜。
- 提供穩定且長期的負電來源。
三、電化學梯度的雙重驅動
1️⃣ 濃度梯度（Chemical gradient）
- 離子由高濃度區域向低濃度區域移動的驅動力。
2️⃣ 電位梯度（Electrical gradient）
- 離子因電荷性質而受電場吸引或排斥。
3️⃣ 綜合效應
- 離子實際移動方向取決於兩種力量的總和。
- 任一力量的改變皆會影響膜電位穩定性。
四、擴散電位的形成與穩定
1️⃣ 擴散電位（Diffusion potential）
- 離子沿電化學梯度通過選擇性通透膜所產生的電位差。
2️⃣ 鉀離子擴散電位
- K⁺ 外流造成細胞內負電增加。
- 電位梯度逐步抑制持續外流。
- 最終達到電化學平衡狀態。
3️⃣ 鈉離子擴散電位
- Na⁺ 內流傾向強烈。
- 因膜通透性低，其影響被鉀離子效應主導。
五、能斯特平衡電位的意義
1️⃣ 能斯特平衡電位（Nernst potential）
- 為阻止特定離子淨移動所需的膜電位。
2️⃣ 各離子平衡電位
- E_K ≈ −94 mV：反映鉀離子外流驅動力極強。
- E_Na ≈ +61 mV：反映鈉離子內流潛能極高。
- E_Cl ≈ −70 mV：接近靜止膜電位，具穩定效果。
3️⃣ 生理層面意義
- 離子平衡電位與實際膜電位差距，代表該離子仍具移動驅動力。
六、靜止膜電位的完整維持機制
1️⃣ 靜止膜電位（Resting membrane potential）
- 細胞在未受刺激狀態下的穩定電位。
- 神經與骨骼肌約為 −70 mV。
2️⃣ 鉀離子漏通道的持續作用
- K⁺ 不斷外流。
- 細胞內電位逐漸趨近 E_K。
3️⃣ 鈉離子微量內流
- 提供微幅去極化力量。
- 避免膜電位完全接近鉀平衡電位。
4️⃣ 鈉鉀幫浦的長期調控
- 維持 Na⁺ 與 K⁺ 濃度梯度。
- 防止離子分布崩潰。
- 對膜電位提供輕度負向貢獻。
七、高曼－霍奇金－卡茲方程式的整合角色
1️⃣ 多離子整合
- 同時納入 Na⁺、K⁺、Cl⁻ 的濃度與通透性。
2️⃣ 功能意義
- 解釋靜止膜電位介於 E_K 與 E_Na 之間的原因。
- 顯示通透性比濃度本身更具決定性。
八、局部電位的形成與調控
1️⃣ 局部電位（Local potential）
- 限制於局部膜區域的電位變化。
2️⃣ 去極化性局部電位
- 使膜電位趨近閾值。
- 增加動作電位發生機率。
3️⃣ 過極化性局部電位
- 使膜電位遠離閾值。
- 抑制神經興奮性。
4️⃣ 時間與空間加成
- 多次刺激可累積效果。
- 多來源刺激可整合影響。
九、動作電位的基本特性
1️⃣ 動作電位（Action potential）
- 快速、短暫、可自我傳導的膜電位變化。
2️⃣ 全或無特性
- 閾值以下僅產生局部電位。
- 超過閾值即產生完整動作電位。
十、電壓閘控離子通道的精細機制
1️⃣ 電壓閘控鈉通道
- 啟動閘感應膜電位變化。
- 失活閘限制通道開啟時間。
- 決定動作電位上升速度。
2️⃣ 電壓閘控鉀通道
- 啟動速度較慢。
- 負責膜電位回復與穩定。
十一、動作電位各階段的離子流向
1️⃣ 去極化期
- Na⁺ 快速內流。
- 膜電位迅速上升。
2️⃣ 峰值期
- Na⁺ 失活。
- 去極化停止。
3️⃣ 再極化期
- K⁺ 外流增加。
- 膜電位下降。
4️⃣ 過度極化期
- K⁺ 外流持續。
- 提供短暫抑制效果。
十二、不應期的生理意義
1️⃣ 絕對不應期
- 確保動作電位不重疊。
- 限制最高放電頻率。
2️⃣ 相對不應期
- 調節神經放電節律。
- 影響刺激強度需求。
十三、動作電位傳導的物理基礎
1️⃣ 局部電流傳播
- 去極化區域影響鄰近膜區。
2️⃣ 髓鞘的絕緣功能
- 減少電流漏失。
- 提高傳導效率。
3️⃣ 郎飛氏結的角色
- 高密度 Na⁺ 通道集中區。
- 支援跳躍式傳導。
十四、傳導速度的決定因素
- 軸突直徑增加可降低內阻。
- 髓鞘增厚可提高膜電阻。
- 電阻與電容比例影響傳遞速度。
十五、電生理狀態與臨床關聯
1️⃣ 高血鉀狀態
- 靜止膜電位上升。
- 初期興奮性升高。
2️⃣ 低血鉀狀態
- 靜止膜電位下降。
- 動作電位產生困難。
3️⃣ 鈉通道阻斷
- 動作電位無法形成。
- 神經傳導中斷。
