Question 1

能斯特方程与Goldman-Hodgkin-Katz（GHK）方程有何区别？

Accepted Answer

能斯特方程 E_ion = (RT/zF)×ln([ion]_out/[ion]_in) 给出单一离子可穿透膜时的平衡电位。实际细胞膜中多种离子同时透过，因此需要用各离子通透性（P）加权的Goldman-Hodgkin-Katz（GHK）方程计算静息膜电位。神经元的静息膜电位（约−70 mV）由K⁺通透性主导（P_K >> P_Na），接近K⁺的能斯特电位（约−90 mV）。

Question 2

动作电位各阶段（去极化、复极化、超极化）的机制是什么？

Accepted Answer

当膜电位超过阈值（约−55 mV）时，电压门控Na⁺通道迅速开放，Na⁺大量内流，导致去极化（升至约+40 mV）。随后Na⁺通道失活，延迟整流K⁺通道开放，K⁺外流引起复极化。K⁺通道关闭前发生超极化（下冲），Na/K泵恢复静息电位。根据全或无定律，低于阈值的刺激不产生动作电位。

Question 3

Na/K泵的作用是什么？

Accepted Answer

Na/K-ATPase泵消耗ATP，每个周期将3个Na⁺泵出细胞、2个K⁺泵入细胞，从而维持胞内高K⁺、低Na⁺的浓度梯度。每次动作电位实际的离子转移量极少（等于充电膜电容所需电荷量），需数万次动作电位后才会产生明显浓度变化，但长期维持梯度离不开此泵。

Question 4

本工具在生物医学与神经工程中有哪些应用？

Accepted Answer

主要应用：①深部脑刺激（DBS）和人工耳蜗刺激参数设计中的阈值电流评估 ②心肌细胞建模与心律失常研究（心脏电生理） ③膜片钳实验数据的预分析与模型验证 ④神经接口（BCI）信号处理设计。GHK模型与LTSpice等电路仿真软件中的等效电路（电导模型）直接对应。

膜电位、能斯特方程与动作电位模拟器

理论公式