21、动作电位产生与传播机制解析

动作电位产生与传播机制解析

1. 动作电位传导特性及非线性波传播

1.1 动作电位传导特性

降低某些电导类似于局部麻醉剂（如利多卡因或普鲁卡因）阻断动作电位的传播。当 $\eta$ 降至 1 以下时，动作电位的传播速度和峰值幅度都会降低。当 $\eta < 0.26$ 时，无法形成均匀的波解，“动作电位”会随距离衰减。

1.2 非线性波传播

动作电位沿轴突的传导是一种非线性传播波。在线性色散介质（如被动电缆）中，与特定电压扰动相关的不同傅里叶分量会以不同速度传播，导致扰动失去原有形状。而传播的尖峰等现象常被数学家视为非线性扩散的结果。

Scott（1975）将这类现象大致分为两类：
- 能量守恒系统 ：这类系统中的波被称为孤子，基于能量守恒。孤子是由非线性效应（使波聚集）和色散效应（使脉冲分散）相互平衡产生的。孤子可以在一定速度范围内传播，并且可以相互无干扰地穿过。在海浪和高速光纤中都观察到了孤子现象。
- 能量释放与消耗平衡系统 ：动作电位属于这类传播波，类似于普通燃烧的蜡烛。蜡烛中热量的扩散使蜡释放并燃烧提供热量。若 $P$ 是维持火焰所需的功率（焦耳/秒），$E$ 是蜡烛单位长度储存的化学能（焦耳/米），火焰以固定速度 $u$ 向下移动，速度由介质特性决定，与初始条件无关。如果在轴突两端同时引发动作电位，它们会相互靠近并在相遇时进入彼此的不应期而相互抵消，因此动作电位不是孤子。

1.3 相关特性总结表格

类型