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115年:護理基礎醫學(1)

神經細胞於靜止膜電位階段，細胞膜對鈉離子與鉀離子的通透性為何？

A對鈉離子的通透性遠大於鉀離子
B對鉀離子的通透性遠大於鈉離子
C對鈉離子與鉀離子通透性相等
D對鈉離子與鉀離子皆不可通透

詳細解析

本題觀念：

靜止膜電位 (Resting Membrane Potential, RMP)

神經細胞在未受到刺激時（靜止狀態），細胞膜內外存在電位差，稱為靜止膜電位（通常約為 -70 mV）。此電位的形成主要取決於兩個因素：

  1. 離子濃度分布不均：細胞內高鉀 (K+K^+)、細胞外高鈉 (Na+Na^+)。
  2. 細胞膜對離子的選擇性通透性 (Selective Permeability)：這是本題的核心。在靜止狀態下，細胞膜上的「滲漏通道 (Leak channels)」扮演關鍵角色。

選項分析

  • A. 對鈉離子的通透性遠大於鉀離子

    • 錯誤。這是在動作電位 (Action Potential) 的「去極化 (Depolarization)」階段才會發生的現象。當神經受到刺激達到閾值時，電壓閘控鈉離子通道 (Voltage-gated Na+Na^+ channels) 會大量開啟，使 Na+Na^+ 快速流入細胞，導致膜電位上升。但在靜止狀態下，鈉離子的通透性極低。

  • B. 對鉀離子的通透性遠大於鈉離子

    • 正確。在靜止狀態下，細胞膜上的 K+K^+ 滲漏通道 (Potassium leak channels) 處於開啟狀態且數量遠多於鈉離子滲漏通道。
    • 根據 Goldmann-Hodgkin-Katz 方程式，膜電位會傾向於通透性最高的離子之平衡電位。
    • 生理數據顯示，靜止時細胞膜對 K+K^+ 的通透性約為 Na+Na^+ 的 25~100 倍。因此，K+K^+ 會順著濃度梯度向外擴散 (efflux)，帶走正電荷，使細胞內電位維持在負值（接近 K+K^+ 的平衡電位 -90 mV，但因少量 Na+Na^+ 內流而拉升至 -70 mV）。

  • C. 對鈉離子與鉀離子通透性相等

    • 錯誤。若通透性相等，膜電位將會介於鈉平衡電位 (+60 mV) 與鉀平衡電位 (-90 mV) 的中間值（約 -15 mV），這不符合神經細胞靜止膜電位 (-70 mV) 的生理事實。

  • D. 對鈉離子與鉀離子皆不可通透

    • 錯誤。細胞膜並非完全絕緣體。如果是「不可通透」，則離子無法移動，無法產生擴散電位。事實上，靜止膜電位是一種動態平衡，依賴離子透過滲漏通道不斷微量移動，並由 鈉-鉀幫浦 (Na+Na^+-K+K^+ pump) 主動運輸（消耗 ATP，打出 3 個 Na+Na^+，打入 2 個 K+K^+）來維持離子濃度梯度。

答案解析

正確答案為 (B)。

在神經細胞的靜止膜電位階段，細胞膜對 鉀離子 (K+K^+) 的通透性最高。這是因為膜上存在大量的非閘控鉀離子滲漏通道 (Leak K+K^+ channels)，允許 K+K^+ 自由流出細胞。相比之下，鈉離子 (Na+Na^+) 的滲漏通道極少，通透性極低。正是這種 「對 K+K^+ 的高通透性」 加上 「細胞內高 K+K^+ 濃度」，使得鉀離子外流成為決定靜止膜電位的主要力量，導致膜電位呈現內負外正的狀態。

核心知識點

考生應掌握以下神經生理學關鍵：

  1. 通透性比較：靜止時 PK≫PNaP_K \gg P_{Na} (鉀通透性遠大於鈉)。
  2. 主要離子通道：靜止電位主要由 K+K^+ 滲漏通道 決定；動作電位主要由 電壓閘控 Na+Na^+ 通道 (去極化) 與 電壓閘控 K+K^+ 通道 (再極化) 決定。
  3. 鈉鉀幫浦 (Na+Na^+-K+K^+ Pump)：屬於主動運輸，負責維持濃度梯度（非直接產生電位，貢獻約 -4 mV 的電位差），口訣為「3 Na Out, 2 K In」。
  4. 平衡電位 (Nernst Potential)：
    • K+K^+ 平衡電位 ≈−90\approx -90 mV (靜止膜電位 -70 mV 接近此值，證明 K+K^+ 通透性主導)。
    • Na+Na^+ 平衡電位 ≈+60\approx +60 mV。

臨床重要性

  • 高血鉀症 (Hyperkalemia)：若細胞外 K+K^+ 濃度異常升高，會減少 K+K^+ 向外擴散的濃度梯度，導致靜止膜電位變為「較不負」（去極化），使神經與心肌細胞變得過度興奮，可能引發致死性心律不整。
  • 低血鉀症 (Hypokalemia)：細胞外 K+K^+ 濃度過低，促進 K+K^+ 外流，使膜電位「更負」（過極化），導致神經肌肉無力、反射減弱。

參考資料

  1. Physiology, Resting Potential - StatPearls - NCBI Bookshelf. Available at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK538300/
  2. The Membrane at Rest - Introduction to Neurobiology. Available at: https://open.oregonstate.education/aandp/chapter/12-4-the-membrane-potential/
  3. 靜止膜電位與動作電位 - 高點醫護網. Available at: https://doctor.get.com.tw/m/Journal/detail.aspx?no=405629
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