每次你做某事，从迈出一步到拿起手机，你的大脑都会将电信号传输到身体的其他部位。这些信号称为动作电位。动作电位可以让你的肌肉精确地协调和移动。它们由大脑中称为神经元的细胞传递。

关键收获：行动潜力

• 动作电位可视为神经元细胞膜上电位的快速上升和随后的下降。
• 动作电位沿着神经元轴突的长度传播，轴突负责将信息传递给其他神经元。
• 动作电位是当达到某一电位时发生的“全有或全无”事件。

动作电位由神经元传递

动作电位由大脑中称为神经元的细胞传递。神经元负责协调和处理通过你的感官传入的有关世界的信息，向你体内的肌肉发送命令，并在其间传递所有电信号。

神经元由几个部分组成，使其能够在全身传递信息：

• 树突是神经元的分支部分，从附近的神经元接收信息。
• 神经元的胞体包含细胞核，细胞核包含细胞的遗传信息，并控制细胞的生长和繁殖。
• 轴突将电信号传导到远离细胞体的地方，将信息传递到其末端或轴突末端的其他神经元。

你可以把神经元想象成一台计算机，它通过树突接收输入（比如按下键盘上的字母键），然后通过轴突输出（看到字母在电脑屏幕上弹出）。在这两者之间，对信息进行处理，以使输入产生所需的输出。

动作电位的定义

动作电位，也称为“尖峰”或“脉冲”，发生在细胞膜上的电位迅速上升，然后下降，以响应事件。整个过程通常需要几毫秒。

细胞膜是包围细胞的双层蛋白质和脂质，保护细胞内的物质不受外界环境的影响，只允许某些物质进入，而不允许其他物质进入。

电势以伏特（V）为单位，测量具有做功潜能的电能量。所有细胞都在细胞膜上保持电位。

浓度梯度在动作电位中的作用

细胞膜上的电势是通过比较细胞内和细胞外的电势来测量的，这是因为细胞外和细胞内被称为离子的带电粒子的浓度或浓度梯度存在差异。这些浓度梯度反过来会导致电和化学失衡，从而驱动离子平衡失衡，而更多不同的失衡则为失衡的补救提供了更大的动力。为此，离子通常从膜的高浓度侧移动到低浓度侧。

对动作电位感兴趣的两种离子是钾离子（K+）和钠离子（Na+），它们可以在细胞内外找到。

• 细胞内的钾离子浓度高于细胞外的钾离子浓度。
• 相对于细胞内部，细胞外部的钠离子浓度更高，大约是细胞内部的10倍。

静息膜电位

当没有动作电位进行时（即细胞处于“静止状态”），神经元的电位处于静止膜电位，通常测量值约为-70 mV。这意味着电池内部的电势比外部低70 mV。需要注意的是，这指的是一种平衡状态——离子仍然会进出细胞，但其方式是将静止膜电位保持在一个相当恒定的值。

静息膜电位可以维持，因为细胞膜包含形成离子通道的蛋白质——允许离子流入和流出细胞的孔——以及可以将离子泵入和泵出细胞的钠/钾泵。

离子通道并不总是开放的；某些类型的渠道仅在特定条件下开放。因此，这些通道被称为“选通”通道。

泄漏通道随意打开和关闭，有助于维持细胞的静息膜电位。钠泄漏通道允许Na+缓慢进入细胞（因为Na+的浓度在细胞外部相对内部更高），而钾通道允许K+移出细胞（因为K+的浓度在细胞内部相对外部更高）。然而，钾的泄漏通道比钠的泄漏通道多得多，因此钾流出细胞的速度比钠进入细胞的速度快得多。因此，细胞外有更多的正电荷，导致静息膜电位为负。

钠/钾泵通过将钠运回细胞或将钾运进细胞来维持静息膜电位。然而，该泵每去除三个Na+离子就引入两个K+离子，从而保持负电位。

电压门控离子通道对动作电位非常重要。当细胞膜接近其静息膜电位时，这些通道大多保持关闭状态。然而，当电池的电位变得更正（更少负）时，这些离子通道将打开。

动作电位的阶段

动作电位是静息膜电位从负到正的暂时逆转。动作电位“尖峰”通常分为几个阶段：

1. 对信号（或刺激）的反应，如神经递质与其受体结合或用手指按键，一些Na+通道打开，允许Na+由于浓度梯度而流入细胞。膜电位去极化或变得更为正。
2. 一旦膜电位达到阈值，通常在-55 mV左右，动作电位继续。如果未达到该电位，则动作电位不会发生，细胞将回到其静息膜电位。达到阈值的要求就是动作电位被称为全有或全无事件的原因。
3. 达到阈值后，电压门控钠离子通道打开，钠离子涌入细胞。膜电位从负向正翻转，因为细胞内部比外部更为正。
4. 当膜电位达到+30 mV时——动作电位的峰值——电压门控钾通道打开，钾离子由于浓度梯度离开细胞。膜电位复极，或移回负静息膜电位。
5. 当K+离子导致膜电位比静息电位略负时，神经元暂时变得超极化。
6. 神经元进入一个不应期，在此期间钠/钾泵使神经元恢复到其静息膜电位。

动作电位的传播

动作电位沿着轴突的长度向轴突终末传递，轴突终末将信息传递给其他神经元。传播速度取决于轴突的直径，其中直径越大意味着传播速度越快，以及轴突的一部分是否覆盖有髓鞘，髓鞘是一种脂肪物质，作用类似于电线的覆盖物：它覆盖轴突并防止电流泄漏，让动作电位更快发生。

来源

• “12.4动作电位”，《解剖学与生理学》，Pressbooks，opentextbc.ca/anatomyandphysiology/chapter/12-4-The-Action-Potential/。
• 查拉德，卡雄。“动作电位”，超物理，HyperPhysics.phy-asr.gsu.edu/hbase/Biology/actpot.html。
• 埃格里、西拉和彼得·鲁本。《行动潜力：产生和传播》，ELS，John Wiley&Sons，Inc.，2012年4月16日，onlinelibrary.Wiley.com/doi/10.1002/9780470015902.a0000278.pub2。
• “神经元如何交流”，Lumen-Boundless Biology，Lumen Learning，courses.com/Boundless Biology/chapter/How Neurons Communication/。