心室細胞在生理狀態下之靜止膜電位約為多少？

本題觀念：

本題考查的是心肌細胞的動作電位（Cardiac Action Potential），特別是針對快反應細胞（Fast-response cells）（如心室肌、心房肌、浦金氏纖維）的生理特性。

心肌細胞根據電生理特性可分為兩類：

1. 快反應細胞（Fast-response cells）：具有穩定的靜止膜電位，約為 -90 mV。包括心室肌細胞。
2. 慢反應細胞（Slow-response cells）：無穩定的靜止膜電位，具有自動去極化能力（Pacemaker activity）。包括竇房結（SA node）和房室結（AV node），其最大舒張電位（Maximum Diastolic Potential）約為 -60 mV。

選項分析

• A. +90 毫伏特：錯誤。

  • 靜止膜電位是指細胞未受刺激時，膜內相對於膜外的電位差。在生理狀態下，細胞膜內帶負電，膜外帶正電，因此數值應為負值。+90 mV 遠高於甚至動作電位的最高點（Overshoot），不符合生理常數。

• B. -40 毫伏特：錯誤。

  • -40 mV 雖然是負值，但這數值通常對應於慢反應細胞（如竇房結）的閾值電位（Threshold Potential），或者是 L 型鈣離子通道開啟的電位。
  • 對於心室肌細胞而言，若靜止膜電位升高至 -40 mV，代表細胞處於極度去極化狀態（例如嚴重缺血或高血鉀），這會導致鈉離子通道去活化（Inactivation），使細胞無法產生興奮，並非正常的生理靜止狀態。

• C. -90 毫伏特：正確。

  • 心室肌細胞在舒張期（Phase 4）具有穩定的靜止膜電位。
  • 此電位主要由細胞膜對**鉀離子（$K^+$）**的高通透性決定。細胞內的 $K^+$ 濃度遠高於細胞外，$K^+$ 透過內整流鉀離子通道（Inward Rectifier Potassium Channels, $I_{K1}$）外流，使得膜電位趨近於鉀離子的平衡電位（Equlibrium Potential of $K^+$, $E_K$ 約為 -94 mV）。
  • 同時，鈉-鉀幫浦（$Na^+/K^+$ ATPase）將 3 個 $Na^+$ 打出，2 個 $K^+$ 打入，也貢獻了部分負電位，最終穩定維持在約 -85 至 -90 mV。

• D. +40 毫伏特：錯誤。

  • +40 mV 通常接近心室肌細胞動作電位去極化期（Phase 0）的頂峰電位（Peak Potential / Overshoot）。
  • 在快速去極化後，鈉離子通道快速湧入導致電位衝到正值（約 +20 到 +40 mV），隨後才進入再極化過程。這不是靜止狀態的電位。

答案解析

心室肌細胞屬於快反應細胞，其靜止膜電位主要取決於鉀離子的平衡電位。在正常的生理電解質濃度下，心室肌細胞的靜止膜電位極度負極化，維持在 -90 mV 左右。這確保了鈉離子通道處於備用狀態（Closed but available for activation），以利於下一次的快速去極化。

因此，正確答案為 (C) -90 毫伏特。

核心知識點

考生應熟記心臟電生理的關鍵數值與機制：

1. 心室肌細胞（快反應）：

   • 靜止膜電位 (Phase 4)：約 -90 mV。
   • 機制：高 $K^+$ 通透性 ($I_{K1}$ 通道) + $Na^+/K^+$ Pump。
   • 閾值電位：約 -70 mV（快鈉通道開啟）。
   • 動作電位峰值：約 +20 ~ +40 mV。

2. 竇房結細胞（慢反應/節律點）：

   • 無穩定靜止電位。
   • 最大舒張電位 (MDP)：約 -60 mV。
   • 自動去極化 (Phase 4)：由 Funny current ($I_f$) 主導。

參考資料

1. Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology, 14th Edition. Chapter 9: Cardiac Muscle; The Heart as a Pump.
   • "The resting membrane potential of normal cardiac muscle is about -85 to -95 millivolts..."
2. Ganong's Review of Medical Physiology, 26th Edition. Section III: Cardiovascular Physiology.
   • Confirming ventricular myocyte RMP is close to the potassium equilibrium potential.
3. CV Physiology - Membrane Potentials
   • "The resting potential for a ventricular myocyte is about -90 mV..."