膜電位と細胞の興奮
膜電位
通常、細胞内はマイナス(負)の電位にある
細胞外液にはＮa+が多く、細胞内液にはＫ+が多い
細胞の内と外の電位の差のことを膜電位といいます。
すべての細胞は細胞膜をはさんで細胞の中と外とでイオン（電解質）の組成が異なっていて、この電荷を持つイオンの分布の差が電位の差をもたらしています。（右図）
細胞の内にも外にも陽イオン(+)と陰イオン(-)がありますが、細胞の中と外とではその分布は大きく異なっています。
右図のように、細胞外液でも細胞内液でも、陽イオンと陰イオンの濃度は同じです。
なのに、通常、細胞内はマイナスの電位になっています。
これは、細胞膜にあるカリウムチャネルが開いた状態で存在しているため、プラスの電荷を持つ陽イオンのＫ＋が細胞内から細胞外へ常時流出しているためです。
ちなみに、 Na＋は K＋とは逆に細胞外に多いのですが、Na＋だけが通れるナトリウムチャネルは普段閉じているので、Na＋はほとんど膜を通れません。
ナトリウムチャネルは、神経細胞や筋細胞に刺激が入ってきたときにだけ、チャネルを開いて、膜電位を大きく変化させて電気信号を作り出しています（活動電位）。
そのため、膜電位の発生にNa＋はほとんど寄与していません。
（実際にはNa＋やCl－も少し通れるので、それによって生じている膜電位の分だけ補正した値が、実際の膜電位。）
それぞれのイオンの役割は、こんな感じです。
↓
| Na＋ | ﾅﾄﾘｳﾑｲｵﾝ | 浸透圧の調節、細胞外液量・循環動態の維持 |
| K＋ | ｶﾘｳﾑｲｵﾝ | 神経や筋肉細胞の興奮・収縮 |
| Cl－ | 塩素ｲｵﾝ | 細胞外液の主な陰イオン（Na の対イオン） |
| HCO3－ | 重炭酸ｲｵﾝ | 血液のpHを正常 (pH7.4）に維持 |
| HPO42－ | ﾘﾝ酸水素ｲｵﾝ | 弱酸として働いて強塩基に緩衝作用がある |
| Mg2＋ | ﾏｸﾞﾈｼｳﾑｲｵﾝ | 酵素の活性化 |
| Ca2＋ | ｶﾙｼｳﾑｲｵﾝ | 骨、歯の形成、筋収縮 |
| P | ﾘﾝ | 骨、歯の形成、ATPの供給 |
| ﾀﾝﾊﾟｸ質 | 循環血液量の維持 |
静止電位
| ①細胞内にはＫ＋が多く、細胞外では少ない。 ↓ ②細胞膜には K＋だけが通れるカリウムチャネルが開いた状態で存在しているため、Ｋ＋は、濃度勾配に従って細胞外に向かって流出する。 ↓ ③プラスの電荷を持つ陽イオンのＫ＋が流出したため、細胞内は細胞外よりも電気的に負となる。 ↓ ④電気的勾配がＫ＋を細胞内に引きとめる力が発生する。 |
K＋を細胞外に引き出す力（濃度勾配）と、Ｋ＋を細胞内に引き戻す力（電気的勾配）がちょうど釣り合った状態（平衡状態）での電位を、静止電位（静止膜電位）といいいます。（これは、少しだけK＋が細胞外に出ている状態です）
陽イオンの移動により、膜の内側が外側に比べて陽イオンが少なくなるため、細胞内はマイナスを帯びて電位差が生じます。
| 神経細胞の静止電位 | -70mV～-60mV |
| 骨格筋や心筋での静止電位 | -90mV～-80mV |
細胞の興奮（活動電位）
| ①神経細胞や筋細胞は、細胞膜にあるイオンチャネルやポンプによって一定の静止膜電位(約-70mV)に保たれている。 ↓ ②細胞を電気的に刺激すると、電気的にマイナスになっていた膜電位が上昇し、プラスの方向に動く。(脱分極) ↓ ③膜の脱分極がある一定の電位(閾値)を超えた時、ナトリウムチャネルが開き、Na＋濃度の高い細胞外からNa＋濃度の低い細胞内へNa＋が流入する。 ↓ ④陽イオンの流入によって、膜電位は急激に脱分極（電位が上昇）し、瞬間的に細胞内は細胞外に対してプラスに帯電する。（オーバーシュート） ↓ ⑤細胞膜の内側の電位が上昇したため、それを元に戻そうとカリウムチャネルが開きＫ＋が細胞膜の外側へ出ていく。また同時に、ナトリウムチャネルが閉じる。(静止膜電位に戻る) |
上記①～⑤のような急激な脱分極と、それに続く急激な再分極を示す膜電位変化を、活動電位（インパルス）といいます。このような状態が細胞体から軸索まで伝わっていくことにより、情報が伝達されていきます。
※興奮の伝導については、神経系で勉強予定です(^.^)v
活動電位の大きさは一定で、閾値をこえる刺激であれば刺激をそれ以上強くしても、活動電位が大きくなることはありません。つまり、活動電位は、発生するかしないかのどちらかなのです。
これを、全か無の法則といいます。
活動電位の性質：全か無の法則
また、活動電位の持続時間は、1～5m秒くらいですが、活動電位が発生しているときには、細胞に刺激を与えても反応しません。これを、不応期といいます。
活動電位の発生している経過中は、細胞に刺激を与えても反応しない（不応期）
| 不応期 | 絶対不応期 | 再分極の途中まで（2m秒程度） | どんな刺激にも反応しない |
| 相対不応期 | 絶対不応期の後の数m秒 | 強い刺激にのみ反応する |