गोल्डमैन-हॉजकिन-काट्ज़ समीकरण और प्रेरक बल

गोल्डमैन-हॉजकिन-काट्ज़ (GHK) समीकरण स्थिर-अवस्था झिल्ली वोल्टेज की भविष्यवाणी करता है जब एक से अधिक आयन पारगम्य होते हैं, प्रत्येक आयन के योगदान को उसकी पारगम्यता से भारित करते हुए। विद्युत रासायनिक प्रेरक बल के विचार के साथ, यह बताता है कि विश्राम क्षमता कहाँ स्थिर होती है और किसी भी दिए गए वोल्टेज पर प्रत्येक आयन कितनी दृढ़ता से गति करने की प्रवृत्ति रखता है।

Definition

GHK वोल्टेज समीकरण स्थिर-अवस्था झिल्ली क्षमता को पारगम्य आयनों की पारगम्यता और अंदर/बाहर सांद्रता के एक फलन के रूप में व्यक्त करता है; एक आयन का विद्युत रासायनिक प्रेरक बल वास्तविक झिल्ली वोल्टेज और उस आयन की संतुलन क्षमता के बीच का अंतर है, जो उसके शुद्ध प्रवाह की दिशा और परिमाण निर्धारित करता है।

Scope

यह विषय स्थिर-क्षेत्र वोल्टेज समीकरण को शामिल करता है जो पोटेशियम, सोडियम और क्लोराइड के योगदान को एक एकल अनुमानित झिल्ली क्षमता में जोड़ता है, और प्रेरक बल की संबंधित अवधारणा को, जो झिल्ली वोल्टेज और एक आयन की संतुलन क्षमता के बीच का अंतर है। यह पारगम्यता विषय में वर्णित एकल-आयन संतुलन क्षमताओं पर आधारित है और बहु-आयन स्थिर अवस्था की व्याख्या करता है।

Core questions

• जब कई आयन एक साथ पारगम्य होते हैं तो विश्राम क्षमता कैसे निर्धारित होती है?
• GHK समीकरण का आधार क्या धारणा (स्थिर क्षेत्र) है?
• एक आयन का प्रेरक बल क्या है, और यह उसकी संतुलन क्षमता से कैसे संबंधित है?

Key concepts

• स्थिर-क्षेत्र धारणा
• पारगम्यता-भारित झिल्ली क्षमता
• K+, Na+, Cl- की सापेक्ष पारगम्यता
• विद्युत रासायनिक प्रेरक बल
• उत्क्रमण क्षमता
• स्थिर-अवस्था बनाम संतुलन वोल्टेज

Key theories

झिल्ली क्षमता का स्थिर-क्षेत्र (GHK) सिद्धांत

झिल्ली के पार विद्युत क्षेत्र को स्थिर मानते हुए, गोल्डमैन ने पारगम्य आयनों के पारगम्यता-भारित संतुलन के रूप में स्थिर-अवस्था वोल्टेज के लिए एक अभिव्यक्ति व्युत्पन्न की; हॉजकिन और काट्ज़ ने इसे तंत्रिका पर लागू किया, विश्राम क्षमता और सापेक्ष पारगम्यता बदलने पर इसके बदलाव की व्याख्या की।

Mechanisms

जब कई आयन झिल्ली को पार कर सकते हैं, तो कोई एकल संतुलन क्षमता प्राप्त नहीं होती है; इसके बजाय झिल्ली एक स्थिर-अवस्था वोल्टेज पर स्थिर होती है जहाँ अंदर और बाहर के आवेश प्रवाह संतुलित होते हैं। गोल्डमैन (1943) द्वारा झिल्ली के भीतर एक स्थिर विद्युत क्षेत्र की धारणा के तहत व्युत्पन्न GHK समीकरण, इस वोल्टेज को प्रत्येक आयन की पारगम्यता को प्रत्येक तरफ उसकी सांद्रता से गुणा करने के एक लघुगणकीय फलन के रूप में देता है। क्योंकि विश्राम पोटेशियम पारगम्यता सोडियम पारगम्यता से बहुत अधिक होती है, अनुमानित क्षमता पोटेशियम संतुलन क्षमता के करीब होती है, जब सापेक्ष सोडियम पारगम्यता बढ़ती है तो सोडियम की ओर स्थानांतरित होती है। किसी भी आयन पर प्रेरक बल वर्तमान झिल्ली वोल्टेज और उस आयन की संतुलन क्षमता के बीच का अंतर है: अंतर जितना बड़ा होगा, आयन पर शुद्ध धक्का उतना ही मजबूत होगा, और जब वोल्टेज संतुलन क्षमता को पार करता है तो शुद्ध प्रवाह दिशा उलट देता है। हॉजकिन और काट्ज़ (1949) ने बाहरी सोडियम को भिन्न करके झिल्ली वोल्टेज के अनुमानित मानों को ट्रैक करने के लिए रूपरेखा की पुष्टि की।

Clinical relevance

GHK ढाँचा बताता है कि सापेक्ष आयन पारगम्यता या बाह्यकोशिकीय सांद्रता को बदलने से विश्राम क्षमता और उत्तेजना क्यों बदल जाती है, जो यह समझने का वैचारिक आधार है कि इलेक्ट्रोलाइट गड़बड़ी और चैनल-संशोधित एजेंट उत्तेजनीय ऊतक को कैसे प्रभावित करते हैं। यह प्रविष्टि यांत्रिक संदर्भ सामग्री है और कोई उपचार मार्गदर्शन नहीं देती है।

Evidence & guidelines

यह समीकरण प्रत्यक्ष झिल्ली-क्षमता माप द्वारा मान्य एक सैद्धांतिक परिणाम है और शरीर विज्ञान और जैवभौतिकी ग्रंथों में मानक सामग्री है; यह दिशानिर्देश सामग्री के बजाय संदर्भ सामग्री है।

History

डेविड गोल्डमैन ने 1943 में झिल्ली के जैवभौतिकी पर काम करते हुए स्थिर-क्षेत्र व्युत्पत्ति प्रकाशित की। हॉजकिन और काट्ज़ ने इसे 1949 में स्क्विड एक्सॉन पर अपनाया और लागू किया, और संयुक्त परिणाम गोल्डमैन-हॉजकिन-काट्ज़ समीकरण के रूप में जाना जाने लगा, जो झिल्ली शरीर विज्ञान का एक आधारशिला है।

Key figures

• David E. Goldman
• Alan Hodgkin
• Bernard Katz

Seminal works

• goldman-1943
• hodgkin-katz-1949

Frequently asked questions

GHK समीकरण नर्नस्ट समीकरण से कैसे भिन्न है?

नर्नस्ट समीकरण एक एकल आयन की संतुलन क्षमता देता है, जबकि GHK समीकरण स्थिर-अवस्था झिल्ली वोल्टेज देता है जब कई आयन पारगम्य होते हैं, प्रत्येक को उसकी पारगम्यता से भारित करते हुए।

एक आयन पर प्रेरक बल क्या है?

यह झिल्ली वोल्टेज और आयन की संतुलन क्षमता के बीच का अंतर है; यह अंतर निर्धारित करता है कि आयन कितनी दृढ़ता से और किस दिशा में गति करने की प्रवृत्ति रखता है, और जब वोल्टेज संतुलन क्षमता के बराबर होता है तो शुद्ध प्रवाह उलट जाता है।