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靜息電位產生的基本原因是離子的跨膜擴散，和鈉- 鉀泵的特點也有關係。細胞膜內K濃度高於細胞外。安靜狀態下膜對K通透性大， K順濃度差向膜外擴散，膜內的蛋白質負離子不能通過膜而被阻止在膜內，結果引起膜外正電荷增多，電位變正；膜內負電荷相對增多，電位變負，產生膜內外電位差。這個電位差阻止K進一步外流，當促使K外流濃度差和阻止K外流的電位差這兩種相互對抗的力量相等時，K外流停止。膜內外電位差便維持在一個穩定的狀態，即靜息電位。

插入膜內的是尖端直徑<1μm的玻璃管微電極，管內充以KCl溶液，膜外為參考電極，兩電極連接到電位儀測定極間電位差。靜息電位都表現為膜內比膜外電位低，即膜內帶負電而膜外帶正電。這種內負外正的狀態，稱為極化狀態。靜息電位是一種穩定的直流電位，但各種細胞的數值不同。哺乳動物的神經細胞的靜息電位為-70mV（即膜內比膜外電位低70mV），骨骼肌細胞為-90mV，人的紅細胞為-10mV。

靜息電位的產生與細胞膜內外離子的分佈和運動有關。正常時細胞內的K+濃度和有機負離子A濃度比膜外高，而細胞外的Na濃度和Cl濃度比膜內高。在這種情況下，K和A-有向膜外擴散的趨勢，而Na和Cl有向膜內擴散的趨勢。但細胞膜在安靜時，對K的通透性較大，對Na和Cl的通透性很小，而對A幾乎不通透。因此，K順著濃度梯度經膜擴散到膜外使膜外具有較多的正電荷，有機負離子A由於不能透過膜而留在膜內使膜內具有較多的負電荷。這就造成了膜外變正、膜內變負的極化狀態。由K擴散到膜外造成的外正內負的電位差，將成為阻止K外移的力量，而隨著K外移的增加，阻止K外移的電位差也增大。當促使K外移的濃度差和阻止K外移的電位差這兩種力量達到平衡時，經膜的K+凈通量為零，即K外流和內流的量相等。此時，膜兩側的電位差就穩定於某一數值不變，此電位差稱為K的平衡電位，也就是靜息電位。其具體數值可按Nernst公式計算。

計算所得的K平衡電位值與實際測得的靜息電位值很接近，提示靜息電位主要是由K+向膜外擴散而造成的。如果人工改變細胞膜外K的濃度，當濃度增高時測得的靜息電位值減小，當濃度降低時測得的靜息電位值增大，其變化與根據Nernst公式計算所得的預期值基本一致。但是，實際測得的靜息電位值總是比計算所得的K平衡電位值小，這是由於膜對Na和Cl也有很小的通透性，它們的經膜擴散（主要指Na的內移），可以抵銷一部分由K外移造成的電位差數值。