的离子电信号基础

无电荷的分子

溶液中的分子随机运动;它们运动的能量来源于热能．当渗透膜(允许分子通过的膜)将高浓度溶液和低浓度溶液分开时，就会发生反应扩散分子穿过膜，沿着它们的浓度梯度下降，也就是说，从高浓度的液体到低浓度的液体。单位时间内运动的分子数称为流量，或流量率。扩散继续，直到膜两侧的浓度相等。没有净通量的条件，然后建立一个相等的，随机扩散的分子在两个方向。这叫做平衡状态。

有孔的膜只允许特定大小的分子通过，称为膜半透膜．半透膜强加一种状况限制性扩散，其中扩散物质的通量速率由膜的渗透性控制，而膜的渗透性又由孔的大小决定，并有一个测量单位称为渗透系数。

水

的水分子，像其他分子一样，沿着浓度梯度扩散。如果一个刚性容器在半透膜的一侧含有水，在另一侧含有不渗透物质(一种不能穿过膜的物质)，水倾向于穿过膜，稀释物质并增加另一侧的静水压力，如图所示图．压力会把水从膜上推回去，与净通量相反。当建立的压力等于水在相反方向的扩散时，没有净通量发生平衡建立了。水(或任何溶剂)在膜上的迁移被称为渗透，建立平衡所必需的压力称为渗透压．水从低渗透压区流向高渗透压区。

上面的例子指的是有刚性容器壁的水。的神经元然而，它的细胞壁有些灵活，所以当水进入它时，细胞的体积就会增加或膨胀。二者之间有直接的渗透压关系等离子体膜以及平衡状态下细胞的最终体积，因此，如果细胞外部的渗透压减半，细胞的平衡体积将是原始体积的两倍。

离子

当氯化钾(KCl)被放入溶液中，这些元素分离成钾阳离子(K⁺)和氯离子(Cl⁻)．离子遵循与不带电分子相同的扩散原理。例如，如果高浓度的KCl溶液通过半透膜(只对阳离子通透)与较低浓度的KCl溶液分离，那么K⁺从较高浓度扩散穿过膜，遵循其浓度梯度到较低浓度区域。Cl⁻，被膜阻挡，留在后面。在这一点上，离子的扩散创造了与不带电分子和水分子的扩散完全不同的条件。阳离子向浓度较低的溶液移动，在膜上产生了电荷分离——也就是说，大量的正电荷离子将移动到浓度较低的KCl溶液一侧，而浓度较高的膜一侧将有更多的负电荷。这种电荷的分离——实际上是电势的不同——叫做潜在的差异它是神经系统中所有电事件的起点。当电位差出现在神经元的质膜中时，电位差就会把神经元转变成一个电解池在刺激下能够产生和的传输电脉冲。

使离子扩散过程复杂化的是相反电荷相互吸引的现象。这意味着，在上面的例子中，一些K⁺穿过膜的扩散被静电拉回它的浓度梯度，朝向氯⁻．这就造成了两种趋势相互对立的情况:(1)阳离子沿浓度梯度向下扩散的趋势;(2)静电电压力倾向于把阳离子拉回来。这两种力最终达到无净通量的状态，当它们沿膜的每个方向吸引的阳离子数量相等时。然后，系统进入电化学状态平衡．在平衡状态下，膜的一边可能仍然比另一边带更多的负电荷。电位差称为平衡的潜力。(它也被称为能斯特势，之后欧内斯特他是一位德国物理化学家，在19世纪末，他开发了计算电势的方程，在电势下，特定离子穿过薄膜的净通量不再存在。)

的电中性定律指出在任何单一的离子溶液中，负电荷的总和吸引着等量的正电荷。如果一种KCl溶液被一层膜分成两部分，那就是渗透这两个离子，那么等浓度的KCl通过膜保留化学平衡两边之间，而K的浓度相等⁺和Cl⁻两边都保持电中性。这种平衡可以通过在边1上加入大量的K来打破⁺以及同等电荷的非渗透性阴离子(即Cl以外的负离子)⁻它不能穿透细胞膜)。在这种情况下，一边的电中性被保留，因为加到那一边的正电荷之和等于加到那一边的负电荷之和。然而，边1和边2之间的化学平衡没有被保持，因为边1现在比边2有更大的离子浓度。因此,K⁺沿着浓度梯度扩散，穿过膜到2面，同时画出Cl⁻用它来保持电中性。扩散继续进行，直到达到新的电化学平衡状态;当K的比值⁺2的浓度与1的浓度之比等于Cl的浓度之比⁻从数学上讲，当达到平衡时

这就是所谓的唐南平衡后,弗雷德里克·乔治·多南他在1911年首次测量了在平衡状态下向分离溶液的一侧加入不渗透物质所引起的变化。

在新的平衡状态下，两边都是电中性的，因为加入到一边的不渗透阴离子与加入的K相等⁺，和K⁺扩散到2号面的氯离子被氯离子平衡了⁻静电牵引。但是整个溶液并没有达到渗透平衡，因为一边较多的离子倾向于从一边吸取水。渗透平衡可以通过向2侧加入离子来建立。的确，在神经元中，渗透平衡得以维持的部分原因是大量的钾⁺细胞内不渗透的阴离子与细胞外大量的盐相平衡。