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理由で解く 生理学
Q0601 神経
出典：鍼灸 第16回(2008) 問題39
問題
活動電位発生時に脱分極を起こす主な要因となるイオンはどれか。
選択肢
1
塩素イオン
2
重炭酸イオン
3
ナトリウムイオン
4
カリウムイオン
解答
正解3（ナトリウムイオン）
解説
✗ 1. 誤り
塩素イオン
塩素イオン（Cl-）は抑制性シナプス後電位（IPSP）の発生に関与し、Cl-チャネルを通じた細胞内への流入により過分極を起こす。脱分極の主因ではない。
✗ 2. 誤り
重炭酸イオン
重炭酸イオン（HCO3-）は主に酸塩基平衡の維持に関与するイオンであり、活動電位の脱分極には直接関与しない。
✓ 3. 正しい
ナトリウムイオン
活動電位の脱分極相では、電位依存性Na+チャネルが開口してナトリウムイオン（Na+）が細胞外から細胞内へ急速に流入する。Na+は細胞外液に多く細胞内液に少ないため、濃度勾配と電気的勾配の両方に従って流入し、膜電位が静止電位（約-70〜-90mV）から正の方向（+30〜+40mV程度）へ急速に変化する。このうち膜電位が0mVを超えてプラスになる部分をオーバーシュートという。
✗ 4. 誤り
カリウムイオン
カリウムイオン（K+）は活動電位の再分極相で細胞外へ流出し、膜電位を静止電位に向かって戻す役割を担う。脱分極の主因ではない。
🔗 関連図（かずひろ解剖学 図解ライブラリ）
活動電位の発生▶ この図の説明を読む
この図の解説
神経細胞の膜電位が変化して活動電位が生じる過程を、①静止電位(-70mV)・②脱分極・③再分極の3段階に分けて描いた図。各段階で電位計の針の位置と、K⁺チャネル・Na⁺-K⁺ポンプ・Na⁺チャネルの開閉、イオンの動きを対応させて見ると流れがつかめる。上部の凡例で3種類の膜タンパクの色を確認してから本体を読むとよい。
学習の要点
- 静止時はNa⁺-K⁺ポンプがATPを使ってNa⁺を細胞外へ・K⁺を細胞内へ汲み出すため、細胞外はNa⁺が多く細胞内はK⁺が多い。膜の内側はマイナスに荷電し-70mVとなる。
- 脱分極は『刺激で閾値に達する→Na⁺チャネルが開く→Na⁺が細胞内へ流入』の順。電位は0を超えて+側まで振れる（オーバーシュート）ことに注目。
- 再分極ではNa⁺チャネルが閉じ、遅れてK⁺チャネルが開いてK⁺が細胞外へ流出することで、電位が再び-70mVへ戻る。
- 覚え方: 脱分極=Na⁺流入(内向き)、再分極=K⁺流出(外向き)。関わるイオンの向きをセットで暗記すると混同しにくい。
- よくある誤解: 1回の活動電位で細胞内外のイオン濃度が大きく入れ替わるわけではなく、動くのはごく一部。濃度勾配を保つ主役はNa⁺-K⁺ポンプ。
比較表
| 段階 | チャネル・ポンプの動き | イオンの動き | 電位 |
|---|---|---|---|
| ①静止電位 | Na⁺-K⁺ポンプがATPでNa⁺を細胞外・K⁺を細胞内へ | 細胞外にNa⁺多、細胞内にK⁺多 | -70mV（内側マイナス） |
| ②脱分極 | 閾値に達しNa⁺チャネルが開く | Na⁺が細胞内へ流入 | 0を超えて+側へ（オーバーシュート） |
| ③再分極 | Na⁺チャネルが閉じ、遅れてK⁺チャネルが開く | K⁺が細胞外へ流出 | 再び-70mVへ戻る |
確認問題（その場で確認・記録には残りません）
静止電位が-70mVに保たれる仕組みは？
答えを見る
答え: Na⁺-K⁺ポンプがATPを使いNa⁺を細胞外・K⁺を細胞内へ汲み出し、膜の内側がマイナスに荷電する。
脱分極と再分極で動くイオンとその向きは？
答えを見る
答え: 脱分極＝Na⁺流入（内向き）、再分極＝K⁺流出（外向き）。
1回の活動電位で細胞内外のイオン濃度は大きく入れ替わるか？
答えを見る
答え: 入れ替わらない。動くのはごく一部で、濃度勾配を保つ主役はNa⁺-K⁺ポンプ。
※ 確認問題はその場の理解確認用で、復習スケジュール(FSRS)には記録されません。
活動電位に伴う電位の変化-過分極と脱分極▶ この図の説明を読む
この図の解説
このグラフは神経細胞の膜電位(縦軸 mV)が時間(横軸 ms)とともに変化する様子を示す。まず3本の基準線に注目したい。破線で引かれた-70mVの静止電位、-55mVの閾値、そして0mVである。左側では、興奮性シナプス後電位(EPSP)が膜電位を静止電位から閾値の方へ押し上げ、青い線で描かれた抑制性シナプス後電位(IPSP)は逆に膜電位を下へ引き下げている。膜電位が-55mVの閾値に達するとNaチャネルが開いて急激な脱分極が起こり、膜電位は0を超えてプラス側へ跳ね上がる(オーバーシュート、頂点は+40近く)。0を超えたあたりでKチャネルが開いてNaチャネルが閉じ、Naの流入が止まりKの流出が続くことで再分極する。その後いったん静止電位より深くマイナス側へ振れる後過分極を経て、-70mVの静止電位に戻る。
学習の要点
- 静止電位-70mVから膜電位が上昇し、閾値-55mVを超えると活動電位が発火して+40近くまでオーバーシュートする。
- 覚え方のコツ: 上がる相=脱分極=Na流入、下がる相=再分極=K流出。「ナトリウム入って上へ、カリウム出て下へ」で対にして覚える。
- 関連知識: 神経終末のシナプス小胞から放出された神経伝達物質が受容体に結合してNaチャネルを開くとEPSPが生じ、膜電位が閾値へ近づく。
- よくある間違い: 再分極と過分極の混同。再分極はプラスの頂点から-70mVへ戻る過程、過分極(後過分極)は-70mVよりさらにマイナス側へ深く振れること。
- 臨床応用: GABAなどの抑制性伝達物質は膜を過分極させて発火閾値までの幅を広げ、神経を興奮しにくくする。鎮静薬や抗けいれん薬の作用を理解する土台になる。
比較表
| 相 | 膜電位の動き | 主なイオンの動き |
|---|---|---|
| 静止電位 | -70mVで一定 | Na-Kポンプが勾配を維持 |
| 脱分極 | 閾値-55mVを超え+40へ上昇 | Naチャネルが開きNaが細胞内へ流入 |
| 再分極 | 頂点から下降 | Naチャネルが閉じKチャネルが開きKが流出 |
| 後過分極 | 一時的に-70mVより深くマイナスへ | Kの流出が続きすぎる |
確認問題（その場で確認・記録には残りません）
グラフ中で破線として引かれている-70mVの水準は何を表すか。
✓ 正解！✗ 不正解（緑が正解）
図の「急激な脱分極」で膜電位がプラス側へ跳ね上がる。この立ち上がりの主因となるイオンの動きはどれか。
✓ 正解！✗ 不正解（緑が正解）
図の再分極は、主にカリウムイオンが細胞外へ流出することで起こる。(○か×か)
✓ 正解！✗ 不正解（緑が正解）
膜電位が（ ）に達するとNaチャネルが開き、活動電位が発生する。図ではこの水準は-55mVに引かれている。空欄に入る語を答えよ。
答えを見る
答え: 閾値
図の内容として誤っているものはどれか。
✓ 正解！✗ 不正解（緑が正解）
図の抑制性シナプス後電位(IPSP)は、膜電位を静止電位からどちらの向きへ変化させるか。
✓ 正解！✗ 不正解（緑が正解）
※ 確認問題はその場の理解確認用で、復習スケジュール(FSRS)には記録されません。
ポイント
- 覚え方のコツ: 「脱＝ナ（Na+が入る→脱分極）」「再＝カ（K+が出る→再分極）」。「ナトリウムが"なだれ込む"→脱分極」と連想する。
- 関連知識: Na+-K+ポンプ（Na+-K+-ATPase）は3つのNa+を細胞外へ、2つのK+を細胞内へ能動輸送し、イオンの濃度勾配と静止電位を維持する。心筋の活動電位ではCa2+の流入によるプラトー相が特徴的である。
- よくある間違い: K+を脱分極の原因と混同すること。K+は「再分極」に関与する。また、静止電位の維持にはK+の漏出が主に寄与している。
- 教科書では「b.活動電位」の範囲に該当する。
解説画像
鍼灸 第16回(2008) 問題39｜活動電位発生時に脱分極を起こす主な要因となるイオンはどれか。
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