Các pha của điện thế hoạt động và Thuyết Hodgkin-Huxley

Điện thế hoạt động là một chuỗi thay đổi điện thế có tính chất rập khuôn mà một màng có khả năng kích thích tạo ra khi sự khử cực vượt ngưỡng. Nó diễn ra qua một giai đoạn tăng nhanh khử cực, một pha vượt mức trên 0, một giai đoạn tái phân cực giảm xuống, và thường là một giai đoạn tăng phân cực tạm thời, trước khi trở về trạng thái nghỉ. Thuyết Hodgkin-Huxley giải thích định lượng chuỗi này như là kết quả của độ dẫn điện của natri và kali phụ thuộc vào điện áp và thời gian.

Definition

Điện thế hoạt động là sự đảo ngược tạm thời, có tính tái tạo của điện thế màng bao gồm một pha tăng khử cực, một pha vượt mức, một pha tái phân cực, và một pha tăng phân cực sau; thuyết Hodgkin-Huxley mô hình hóa các pha này là kết quả của độ dẫn điện của natri và kali phụ thuộc điện áp được mô tả bởi các biến cổng.

Scope

Chủ đề này mô tả các pha kế tiếp của điện thế hoạt động và khuôn khổ Hodgkin-Huxley giải thích chúng. Nó bao gồm cơ sở ion của mỗi pha, các biến cổng điều khiển độ dẫn điện, và cách mô hình tái tạo và dự đoán xung thần kinh. Nó coi đây là sinh lý học và điện sinh lý học cơ bản, không phải là hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Dòng ion nào tạo ra pha tăng, tái phân cực và tăng phân cực sau của điện thế hoạt động?
• Các biến cổng Hodgkin-Huxley (m, h, n) nắm bắt diễn biến thời gian của độ dẫn điện natri và kali như thế nào?
• Tại sao màng vượt quá 0 và tiếp cận điện thế cân bằng natri trong pha tăng?

Key concepts

• Pha tăng khử cực
• Pha vượt mức
• Tái phân cực
• Tăng phân cực sau
• Độ dẫn điện của natri và kali
• Các biến cổng (m, h, n)
• Điện thế cân bằng (Nernst)

Key theories

Mô hình Hodgkin-Huxley

Một mô tả định lượng trong đó dòng điện màng là tổng của các thành phần natri, kali và rò rỉ, với độ dẫn điện được điều khiển bởi các biến cổng phụ thuộc vào điện áp và thời gian; các phương trình tái tạo điện thế hoạt động, ngưỡng của nó và sự dẫn truyền của nó.

Giả thuyết natri

Đề xuất rằng pha tăng và pha vượt mức của điện thế hoạt động được tạo ra bởi sự tăng tạm thời tính thấm của màng đối với natri, đẩy điện thế về phía điện thế cân bằng natri.

Mechanisms

Khi sự khử cực đạt ngưỡng, các kênh natri cổng điện áp mở nhanh chóng; dòng natri đi vào tạo ra tính tái tạo, khử cực màng hơn nữa về phía điện thế cân bằng của natri và tạo ra pha tăng dốc và pha vượt mức. Hodgkin và Katz lần đầu tiên chỉ ra rằng pha tăng phụ thuộc vào natri ngoại bào. Các kênh natri sau đó bất hoạt trong khi các kênh kali cổng điện áp mở chậm hơn, do đó dòng kali đi ra tái phân cực màng; độ dẫn điện kali tiếp tục có thể đẩy điện thế tạm thời xuống dưới mức nghỉ, tạo ra pha tăng phân cực sau. Hodgkin và Huxley đã tách các dòng điện này một cách thực nghiệm và biểu diễn mỗi độ dẫn điện bằng các biến cổng mà sự phụ thuộc vào điện áp và thời gian của chúng đã tái tạo toàn bộ chuỗi pha và xung lan truyền.

Clinical relevance

Hiểu biết về cơ sở ion của mỗi pha điện thế hoạt động là nền tảng để giải thích tính kích thích và cách các dòng natri hoặc kali bị thay đổi làm thay đổi sự phóng điện. Mục này là tài liệu tham khảo mô tả về cơ chế bình thường và không phải là cơ sở cho các quyết định lâm sàng cá nhân.

Evidence & guidelines

Cấu trúc pha và cơ sở ion của nó bắt nguồn từ các nghiên cứu kẹp điện áp của Hodgkin-Huxley trên sợi trục khổng lồ của mực và từ các đánh giá sau này về điện thế hoạt động trong các neuron động vật có vú; đây là các nghiên cứu cơ chế chứ không phải là hướng dẫn lâm sàng.

History

Sau khi Hodgkin và Katz chứng minh vào năm 1949 rằng pha vượt mức phụ thuộc vào natri ngoại bào, Hodgkin và Huxley đã sử dụng kỹ thuật kẹp điện áp trên sợi trục khổng lồ của mực để tách các dòng natri và kali và, vào năm 1952, để biểu diễn chúng dưới dạng một hệ phương trình. Mô hình đó đã tái tạo hình dạng, ngưỡng, tính trơ và tốc độ dẫn truyền của điện thế hoạt động, và vẫn là nền tảng của điện sinh lý học tính toán.

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

Điều gì gây ra pha tăng của điện thế hoạt động?

Dòng ion natri đi vào có tính tái tạo qua các kênh natri cổng điện áp mở nhanh chóng, điều này đẩy điện thế màng về phía điện thế cân bằng natri.

Tại sao có pha tăng phân cực sau?

Các kênh kali cổng điện áp vẫn mở sau khi màng đã tái phân cực, và dòng kali đi ra tiếp tục có thể đẩy điện thế xuống dưới mức nghỉ trong thời gian ngắn trước khi các kênh đóng lại.