动作电位各时相与霍奇金-赫胥黎理论

动作电位是可兴奋膜在去极化超过阈值后产生的一系列刻板的电压变化。它经历一个快速去极化上升支、一个超过零电位的超射、一个复极化下降支，通常还有一个短暂的超极化，然后才恢复静息状态。霍奇金-赫胥黎理论将这一序列定量解释为电压和时间依赖性钠离子和钾离子电导的产物。

Definition

动作电位是膜电位的一种短暂的、可再生的逆转，包括去极化上升支、超射、复极化相和后超极化；霍奇金-赫胥黎理论将这些时相建模为由门控变量描述的电压依赖性钠离子和钾离子电导的结果。

Scope

本主题描述了动作电位的连续时相以及解释这些时相的霍奇金-赫胥黎框架。它涵盖了每个时相的离子基础、控制电导的门控变量，以及该模型如何重现和预测神经冲动。这被视为基础生理学和电生理学内容，而非临床指导。

Core questions

• 哪些离子电流产生动作电位的上升支、复极化和后超极化？
• 霍奇金-赫胥黎门控变量（m、h、n）如何捕捉钠离子和钾离子电导的时间进程？
• 为什么膜在上升支期间会超过零电位并接近钠离子平衡电位？

Key concepts

• 去极化上升支
• 超射
• 复极化
• 后超极化
• 钠离子和钾离子电导
• 门控变量（m、h、n）
• 平衡（能斯特）电位

Key theories

霍奇金-赫胥黎模型

一种定量描述，其中膜电流是钠离子、钾离子和漏电流成分的总和，电导由电压和时间依赖性门控变量控制；这些方程重现了动作电位、其阈值及其传导。

钠离子假说

该假说认为动作电位的上升相和超射是由膜对钠离子通透性的瞬时增加产生的，从而使电位趋向钠离子平衡电位。

Mechanisms

当去极化达到阈值时，电压门控钠通道迅速打开；由此产生的钠离子内流是再生的，进一步使膜去极化，使其趋向钠离子平衡电位，并产生陡峭的上升支和超射。霍奇金和卡茨首次表明上升支依赖于细胞外钠离子。随后，钠通道失活，而电压门控钾通道打开得更慢，因此钾离子外流使膜复极化；持续的钾离子电导可使电位短暂低于静息电位，产生后超极化。霍奇金和赫胥黎通过实验分离了这些电流，并用门控变量表示每种电导，这些变量的电压和时间依赖性重现了整个时相序列和传播的神经冲动。

Clinical relevance

理解动作电位每个时相的离子基础是解释兴奋性以及钠离子或钾离子电流改变如何影响放电的基础。本条目是关于正常机制的描述性参考资料，并非个体临床决策的依据。

Evidence & guidelines

时相结构及其离子基础源于霍奇金-赫胥黎对枪乌贼巨轴突的电压钳研究以及后来对哺乳动物神经元动作电位的综述；这些是机制研究而非临床指南。

History

继霍奇金和卡茨在1949年证明超射依赖于细胞外钠离子之后，霍奇金和赫胥黎利用电压钳技术对枪乌贼巨轴突进行了研究，分离了钠离子和钾离子电流，并于1952年将其表达为一个方程组。该模型重现了动作电位的形状、阈值、不应期和传导速度，至今仍是计算神经生理学的基础。

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

是什么导致了动作电位的上升支？

钠离子通过快速开放的电压门控钠通道再生性内流，这使得膜电位趋向钠离子平衡电位。

为什么会有后超极化？

电压门控钾通道在膜复极化后仍保持开放，持续的钾离子外流可在通道关闭前短暂地将电位推至低于静息水平。