115年:醫學一(2)

在單一次的動作電位(action potential)期間,相對不反應期(relative refractory period)通常是指:

A剛開始進行再極化(repolarization)時
B電位門控型鈉離子通道(voltage-gated Na⁺ channel)主要呈現不活化(inactivated)狀態
C電位門控型鉀離子通道(voltage-gated K⁺ channel)部分仍維持在開啟狀態
D給予引發本次動作電位出現的相同刺激強度即可誘發產生新的動作電位

詳細解析

本題觀念

動作電位(action potential)發生後,神經細胞膜有一段時間對再刺激的敏感度會改變,依嚴重程度分成絕對不反應期(absolute refractory period)與相對不反應期(relative refractory period)。絕對不反應期時,不論刺激多強都無法再引發新的動作電位;相對不反應期則是敏感度尚未完全恢復,需要比原本更強的刺激才能誘發新的動作電位。本題要問的正是相對不反應期在離子通道層次的具體定義,掌握鈉離子通道(Na⁺ channel)與鉀離子通道(K⁺ channel)在這兩個時期各自的狀態變化,是解題的關鍵。

選項分析

  • A. ❌ 再極化(repolarization,膜電位從正電位回復到負電位的過程)在動作電位很早期就已經開始,此時大部分電位門控型鈉離子通道仍處於不活化(inactivated,通道關閉且暫時無法再開啟)狀態,屬於絕對不反應期的範圍,並非相對不反應期的定義特徵,故本敘述錯誤。
  • B. ❌ 電位門控型鈉離子通道主要呈現不活化狀態,正是絕對不反應期的核心機轉——此時無論給予多強的刺激都無法誘發新的動作電位。相對不反應期則是鈉離子通道已經「部分」由不活化狀態恢復過來,本敘述描述的其實是絕對不反應期,並非相對不反應期,故錯誤。
  • C. ✅ 相對不反應期的核心機轉,就是電位門控型鉀離子通道尚未完全關閉、仍有部分維持開啟,鉀離子(K⁺)持續外流,使膜電位比正常靜止膜電位更負(接近或處於過極化狀態)。這時神經元雖然已能被再次興奮,但需要比原本更強的刺激才能重新達到閾值,這正是題目要問的定義,為正確選項。
  • D. ❌ 在相對不反應期中,由於部分鈉離子通道尚未恢復、加上鉀離子通道持續開啟造成膜電位偏負,必須施加「大於」原本引發這次動作電位的刺激強度,才能誘發出新的動作電位,而不是相同強度即可,故本敘述錯誤。

答案解析

本題答案為 C。動作電位發生後,鈉離子通道會先短暫進入不活化狀態,此時無論刺激多強都無法再興奮,稱為絕對不反應期;接著鈉離子通道逐漸恢復,但同一時間電位門控型鉀離子通道仍未完全關閉,鉀離子持續外流讓膜電位維持在較負的狀態,神經元的興奮閾值因此暫時升高,這段期間就是相對不反應期,需要比平常更強的刺激才能誘發新的動作電位。這也是為什麼選項D「相同刺激強度」的說法不成立的原因。

核心知識點

複習動作電位的不反應期時,建議把兩個時期各自對應的離子通道狀態記清楚:絕對不反應期=鈉離子通道不活化(怎麼刺激都沒用);相對不反應期=鈉離子通道部分恢復+鉀離子通道仍部分開啟(需要更強刺激才有用)。這個機轉也說明了神經細胞為什麼會有「不反應期」限制動作電位的最高發放頻率,是神經生理學考題中常見的核心概念。

參考資料

  1. Kenhub: Refractory periods: Subphases and roles. https://www.kenhub.com/en/library/physiology/refractory-periods
  2. PhysiologyWeb: Neuronal Action Potential Refractory Periods. https://www.physiologyweb.com/lecture_notes/neuronal_action_potential/neuronal_action_potential_refractory_periods.html
  3. Wikidoc: Refractory period. https://www.wikidoc.org/index.php/Refractory_period
  4. TeachMePhysiology: Action Potential. https://teachmephysiology.com/nervous-system/synapses/action-potential/
  5. Iu Pressbooks Human Physiology: Refractory Periods. https://iu.pressbooks.pub/humanphys/chapter/refractory-periods/