एक्शन पोटेंशियल के चरण और हॉजकिन-हक्सले सिद्धांत

एक्शन पोटेंशियल वोल्टेज परिवर्तनों का एक रूढ़िबद्ध अनुक्रम है जिसे एक उत्तेजनीय झिल्ली उत्पन्न करती है जब विध्रुवण थ्रेशोल्ड को पार कर जाता है। यह एक तीव्र विध्रुवणकारी अपस्ट्रोक, शून्य से ऊपर एक ओवरशूट, एक पुनर्ध्रुवणकारी डाउनस्ट्रोक, और अक्सर एक क्षणिक अतिध्रुवण के माध्यम से आगे बढ़ता है, इससे पहले कि यह आराम की स्थिति में लौट आए। हॉजकिन-हक्सले सिद्धांत इस अनुक्रम को वोल्टेज- और समय-निर्भर सोडियम और पोटेशियम चालकता के उत्पाद के रूप में मात्रात्मक रूप से समझाता है।

Definition

एक्शन पोटेंशियल झिल्ली क्षमता का एक क्षणिक, पुनर्योजी उत्क्रमण है जिसमें एक विध्रुवणकारी अपस्ट्रोक, एक ओवरशूट, एक पुनर्ध्रुवणकारी चरण और एक पश्च-अतिध्रुवण शामिल है; हॉजकिन-हक्सले सिद्धांत इन चरणों को गेटिंग चर द्वारा वर्णित वोल्टेज-निर्भर सोडियम और पोटेशियम चालकता के परिणाम के रूप में मॉडल करता है।

Scope

यह विषय एक्शन पोटेंशियल के क्रमिक चरणों और हॉजकिन-हक्सले ढांचे का वर्णन करता है जो उन्हें स्पष्ट करता है। इसमें प्रत्येक चरण का आयनिक आधार, चालकता को नियंत्रित करने वाले गेटिंग चर, और मॉडल आवेग को कैसे पुनरुत्पादित और भविष्यवाणी करता है, शामिल है। यह इसे मूलभूत शरीर विज्ञान और इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी के रूप में मानता है, न कि नैदानिक मार्गदर्शन के रूप में।

Core questions

• एक्शन पोटेंशियल के अपस्ट्रोक, पुनर्ध्रुवण और पश्च-अतिध्रुवण को कौन सी आयनिक धाराएं उत्पन्न करती हैं?
• हॉजकिन-हक्सले गेटिंग चर (m, h, n) सोडियम और पोटेशियम चालकता के समय-क्रम को कैसे कैप्चर करते हैं?
• अपस्ट्रोक के दौरान झिल्ली शून्य से ऊपर क्यों निकल जाती है और सोडियम संतुलन क्षमता के करीब क्यों पहुंच जाती है?

Key concepts

• विध्रुवणकारी अपस्ट्रोक
• ओवरशूट
• पुनर्ध्रुवण
• पश्च-अतिध्रुवण
• सोडियम और पोटेशियम चालकता
• गेटिंग चर (m, h, n)
• संतुलन (नेर्नस्ट) क्षमताएं

Key theories

हॉजकिन-हक्सले मॉडल

एक मात्रात्मक विवरण जिसमें झिल्ली धारा सोडियम, पोटेशियम और रिसाव घटकों का योग है, जिसमें चालकता वोल्टेज- और समय-निर्भर गेटिंग चर द्वारा नियंत्रित होती है; समीकरण एक्शन पोटेंशियल, इसकी थ्रेशोल्ड और इसके चालन को पुनरुत्पादित करते हैं।

सोडियम परिकल्पना

यह प्रस्ताव कि एक्शन पोटेंशियल का बढ़ता चरण और ओवरशूट सोडियम के लिए झिल्ली पारगम्यता में क्षणिक वृद्धि से उत्पन्न होता है, जो क्षमता को सोडियम संतुलन क्षमता की ओर ले जाता है।

Mechanisms

जब विध्रुवण थ्रेशोल्ड तक पहुँचता है, तो वोल्टेज-गेटेड सोडियम चैनल तेजी से खुलते हैं; परिणामस्वरूप सोडियम का अंतर्वाह पुनर्योजी होता है, जो झिल्ली को सोडियम संतुलन क्षमता की ओर और अधिक विध्रुवित करता है और तीव्र अपस्ट्रोक और ओवरशूट उत्पन्न करता है। हॉजकिन और काट्ज़ ने सबसे पहले दिखाया कि अपस्ट्रोक बाह्यकोशिकीय सोडियम पर निर्भर करता है। सोडियम चैनल तब निष्क्रिय हो जाते हैं जबकि वोल्टेज-गेटेड पोटेशियम चैनल अधिक धीरे-धीरे खुलते हैं, इसलिए पोटेशियम का बहिर्वाह झिल्ली को पुनर्ध्रुवित करता है; निरंतर पोटेशियम चालकता क्षमता को आराम से क्षणिक रूप से नीचे ले जा सकती है, जिससे पश्च-अतिध्रुवण होता है। हॉजकिन और हक्सले ने इन धाराओं को प्रयोगात्मक रूप से अलग किया और प्रत्येक चालकता को गेटिंग चर के साथ दर्शाया जिनकी वोल्टेज- और समय-निर्भरता ने पूरे चरण अनुक्रम और प्रचारित आवेग को पुनरुत्पादित किया।

Clinical relevance

एक्शन पोटेंशियल के प्रत्येक चरण के आयनिक आधार को समझना उत्तेजना की व्याख्या और कैसे परिवर्तित सोडियम या पोटेशियम धाराएं फायरिंग को बदलती हैं, को रेखांकित करता है। यह प्रविष्टि सामान्य तंत्र पर वर्णनात्मक संदर्भ सामग्री है और व्यक्तिगत नैदानिक निर्णयों का आधार नहीं है।

Evidence & guidelines

चरण संरचना और इसका आयनिक आधार स्क्विड विशाल एक्सॉन पर हॉजकिन-हक्सले वोल्टेज-क्लैंप अध्ययनों और स्तनधारी न्यूरॉन्स में एक्शन पोटेंशियल की बाद की समीक्षाओं से प्राप्त होता है; ये नैदानिक दिशानिर्देशों के बजाय यांत्रिक अध्ययन हैं।

History

हॉजकिन और काट्ज़ के 1949 के प्रदर्शन के बाद कि ओवरशूट बाह्यकोशिकीय सोडियम पर निर्भर करता है, हॉजकिन और हक्सले ने सोडियम और पोटेशियम धाराओं को अलग करने के लिए स्क्विड विशाल एक्सॉन पर वोल्टेज क्लैंप का उपयोग किया और, 1952 में, उन्हें समीकरणों की एक प्रणाली के रूप में व्यक्त किया। उस मॉडल ने एक्शन पोटेंशियल के आकार, थ्रेशोल्ड, अपवर्तकता और चालन वेग को पुनरुत्पादित किया, और कम्प्यूटेशनल न्यूरोफिजियोलॉजी की नींव बना हुआ है।

Key figures

• Alan Hodgkin
• Andrew Huxley
• Bernard Katz
• Bruce Bean

Seminal works

• hodgkin-huxley-1952
• hodgkin-katz-1949
• hodgkin-huxley-1952-currents

Frequently asked questions

एक्शन पोटेंशियल के अपस्ट्रोक का क्या कारण है?

तेजी से खुलने वाले वोल्टेज-गेटेड सोडियम चैनलों के माध्यम से सोडियम आयनों का एक पुनर्योजी अंतर्वाह, जो झिल्ली क्षमता को सोडियम संतुलन क्षमता की ओर ले जाता है।

पश्च-अतिध्रुवण क्यों होता है?

वोल्टेज-गेटेड पोटेशियम चैनल झिल्ली के पुनर्ध्रुवित होने के बाद भी खुले रहते हैं, और निरंतर पोटेशियम का बहिर्वाह चैनलों के बंद होने से पहले क्षमता को आराम के स्तर से नीचे क्षणिक रूप से ले जा सकता है।