神經細胞基本生理學

振興醫院神經內科主任 林堅熙

 
前言
  我們之所以能認知、瞭解環境、接受訊息、對週遭環境做適當反應,靠的是我們的神經系統。 而能迅速處理,正是因為神經系統能夠快速傳遞訊息到身體內相當距離外的部位;為了達成這項目標, 神經細胞必須主動產生電子訊號,我們稱之為動作電位。 動作電位就可沿著神經細胞的神經纖維傳送到另一個神經細胞或它的標的物, 這種動作電位可從神經細胞的一端,以每秒100米的速率傳送到神經細胞纖維的另一端。

動作電位
  我們的神經細胞具有一種特殊的細胞膜,這種細胞膜可控制離子的進出, 也因此神經細胞具有特殊的性質──自身可產生及傳送電子訊號,是可興奮的細胞。 神經細胞由於離子於細胞膜內外有不平均的分佈,所以產生細胞膜電位。通常神經細胞在處於休息狀態 (即未興奮狀態)的電位叫做休息電位(Resting membrane patential),大約是-70mv。 細胞的休息電位取決於離子於細胞內外分佈情況,即離子對細胞膜通透性如何。 正常狀態細胞外含鈉離子與鈣離子較細胞內多,而鉀離子含量卻是在細胞內多;且在休息狀態, 以細胞膜的離子通透性來說,鉀離子比鈉離子或鈣離子更容易通透細胞膜, 因此鉀離子成了休息狀態細胞電位的決定者。所以說當上述兩項因素 (細胞內外離子濃度不同及離子對細胞膜的通透性)的改變,會造成細胞膜電位的改變,產生電子訊號, 這種電子訊號可用來傳遞消息。

動作電位的產生,首先是神經細胞受到刺激,細胞膜電位改變,使原先細胞膜內的電位是負的70mv, 突然間朝向正的電位改變(去極化);此等細胞膜內的電位由負的變成正的,然後經由短暫時間, 細胞膜電位由正的又朝向原先的負電位變回(再極化),這種快速改變細胞膜電位,就是所謂的動作電位。 動作電位具有下列六個特質:

  1. 動作電位是由去極化引發。引發動作電位通常是細胞膜電位的減少;這種細胞膜電位的減少就是去極化,神經細胞的去極化可以是外界刺激,例如敲膝反射,或是另一神經反射的刺激。
  2. 要引發一個動作電位,必須去極化的程度達到所謂的刺激閾;這就是說如果刺激的去極化很少,則無法引發動作電位。以神經細胞來說,假定它的休息狀態時細胞膜電位是負的70mv,則刺激去極化電位的改變至少要10∼20mv,所以當它受到刺激,細胞膜電位去極化便讓它的電位減少到負的50或60mv,則動作電位一觸即發,否則不會有動作電位產生。
  3. 動作電位要就整個發生,否則就一點也沒有發生。神經細胞受到刺激,若刺激強度超過所謂刺激閾,則動作電位就產生,且其振幅達到一定水準,只要刺激超過刺激閾,此時刺激再大,神經細胞動作電為的振幅都一樣。
  4. 動作電位在整條神經上傳遞的過程中,並不會因傳送過程而振幅變小。
  5. 動作電位在當被引發時,細胞膜的電位從細胞膜內的負電位,逐漸減弱,接近零電位,然後快速衝過零電位而變成正電位,到達最高點,然後又快速降下,由正電位又變回負電位。
  6. 當神經細胞發生動作電位後,它會有一段很短暫的時間稱做絕對不反應期;在此期間神經細胞不管接受多大的刺激,它就是不再立即發生動作電位。一般來說,這個絕對不反應期的時間大約是1毫秒。這個絕對不反應期的時間證明,亦是傳統太極拳發勁剋敵要求在0.3秒內的理論基礎。