19、动作电位产生的霍奇金 - 赫胥黎模型解读

动作电位产生的霍奇金 - 赫胥黎模型解读

1. 激活与失活状态

激活和失活状态在离子电流的产生中起着关键作用,大多数先进的离子模型都是基于这些状态来构建的。下面我们分别探讨钾离子电流和钠离子电流的相关情况。

1.1 钾离子电流 (I_K)

霍奇金和赫胥黎将钾离子电流建模为:
[I_K = G_K n^4 (V - E_K)]
其中,最大电导 (G_K = 36 mS/cm^2),相对于轴突静息电位,钾离子电池 (E_K = - 12 mV)。(n) 描述了一个虚构的激活粒子的状态,是一个介于 0 和 1 之间的无量纲数。在现代生理学的约定中,当 (V > E_K) 时,(I_K) 作为外向电流始终为正。

我们可以这样理解 (n):找到一个激活粒子处于允许或开放状态的概率为 (n),处于非允许或关闭状态(此时无电流通过电导)的概率为 (1 - n)。要使通道开放,四个门控粒子必须同时处于开放状态,所以 (n) 也可以看作是处于允许状态的粒子比例,只有当四个粒子都处于允许状态时,钾离子电流才能流动。

如果假设单个粒子只有这两种状态,且状态之间的转换遵循一级动力学,我们可以得到以下反应方案:
[ \frac{dn}{dt} = \alpha_n (1 - n) - \beta_n n ]
其中,(\alpha_n) 是一个电压依赖的速率常数(单位为 (1/sec)),表示从关闭状态到开放状态的转换次数;(\beta_n) 表示从开放状态到关闭状态的转换次数(单位为 (1/sec))。从数学角度看,这个方案对应一个一阶微分方程。

为了更方便地描述,我们可以用电压依赖的时间常数 (

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