細胞膜の電気回路モデル

🧠 脂質二重層lipid bilayer 脂質二重層（lipid bilayer）lipid bilayer（脂質二重層） は電荷を隔てるコンデンサ capacitorコンデンサ（capacitor） capacitor（コンデンサ）$C_m$として振る舞う。 イオンチャネルはコンダクタンス conductance コンダクタンス（conductance） conductance（コンダクタンス） をもつ抵抗器$R_m$として表せる。

膜のRC等価回路

膜容量Cmは電荷分離 charge separation 電荷分離（charge separation） charge separation（電荷分離） を、各イオン枝のコンダクタンス conductance コンダクタンス（conductance） conductance（コンダクタンス） g_iと電池E_iはチャネル電流を表す。膜電流は容量性電流とイオン電流 ionic current イオン電流（ionic current） ionic current（イオン電流） の和としてキルヒホッフ則（Kirchhoff’s law）で記述できる。

細胞膜の電気回路モデルを表す式

$R_m$は膜抵抗、$C_m$は膜容量で、積$\tau$の単位は秒になる。

容量性電流とイオン電流

平衡電位equilibrium potential 平衡電位（equilibrium potential）equilibrium potential（平衡電位） は各イオン枝の起電力源 electromotive force source 起電力源（electromotive force source） electromotive force source（起電力源） に相当する。

flowchart TD
  A["膜のRC等価回路"] --> B
  B["容量性電流と<span class='jp-term jp-term-diagram' title='ionic current'>イオン電流</span>"] --> C
  C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='equilibrium potential'>平衡電位</span>は各イオン枝の<span class='jp-term jp-term-diagram' title='electromotive force source'>起電力源</span>に相当する"] --> D
  D["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='lumped parameter'>集中定数</span>モデルの範囲"]

集中定数モデルの範囲

静止膜を等価回路で表すと、脂質二重層lipid bilayer 脂質二重層（lipid bilayer）lipid bilayer（脂質二重層） はコンデンサ capacitorコンデンサ（capacitor） capacitor（コンデンサ）$C_m$、各イオンチャネルは抵抗またはコンダクタンス conductanceコンダクタンス（conductance） conductance（コンダクタンス）、平衡電位equilibrium potential 平衡電位（equilibrium potential）equilibrium potential（平衡電位） は各枝の起電力源 electromotive force source 起電力源（electromotive force source） electromotive force source（起電力源） に相当する。このRC回路の充放電が膜電位応答の時間経過 time course時間経過（time course） time course（時間経過）を決める。

RC回路は膜電位応答の速さと電流分配を説明する。等価回路は空間的に一様な膜片の集中定数 lumped parameter 集中定数（lumped parameter） lumped parameter（集中定数） 近似であり、長い軸索では軸方向抵抗を含むケーブルモデルが必要になる。

まとめ

膜の受動応答と活動電位は、膜抵抗・容量と時間・空間に依存するイオン透過性の変化から理解する。¹²

• 脂質二重層lipid bilayer 脂質二重層（lipid bilayer）lipid bilayer（脂質二重層） は電荷を隔てるコンデンサ capacitorコンデンサ（capacitor） capacitor（コンデンサ）$C_m$として振る舞う。イオンチャネルはコンダクタンス conductance コンダクタンス（conductance） conductance（コンダクタンス） をもつ抵抗器$R_m$として表せる。
• 平衡電位equilibrium potential 平衡電位（equilibrium potential）equilibrium potential（平衡電位） は各イオン枝の起電力源 electromotive force source 起電力源（electromotive force source） electromotive force source（起電力源） に相当する。
• RC回路は膜電位応答の速さと電流分配を説明する。