Является ли «истощение» мембраны Ходжкина-Хаксли при постоянной стимуляции реальным явлением?

Я играл с симуляцией модели Ходжкина-Хаксли, используя их исходные параметры для гигантского аксона кальмара.

При подаче постоянного тока стимуляции на модель в состоянии покоя запускается бесконечная последовательность потенциалов действия, что кажется разумным. Однако, если ток превышает пороговое значение, эти ПД очень быстро отмирают, так как и мембранный потенциал, и ионная проводимость достигают стационарного состояния.

Как называется это явление? Это реальное явление или просто артефакт модели Ходжкина-Хаксли?

введите описание изображения здесь

Просто для моей собственной способности воспроизвести ваши результаты, вы использовали один из онлайн-симуляторов или написали свой собственный код?
@jonsca: Он основан на одном из университетских курсов. Я не должен публиковать его публично, но могу отправить вам код Matlab по электронной почте (tim@gurka.se). Это наивный решатель DE, который напрямую аппроксимирует дифференциалы с временными шагами 1e-3 мс.

Ответы (2)

Это явление называется блоком деполяризации, и оно возникает в реальных мембранах в экспериментах по фиксации тока.

Ключевой механизм заключается в том, что мембрана не может реполяризоваться в достаточной степени, чтобы облегчить инактивацию натриевых каналов. Модель Ходжкина-Хаксли отражает это в «инвертированной» зависимости напряжения h-ворота (ворота инактивации натрия) — инактивация больше при более высоких напряжениях. Это означает, что натриевые каналы не могут снова открыться или запустить другой потенциал действия, пока мембрана не будет реполяризована. Канонически необходимость уменьшить инактивацию натриевых каналов является причиной постгиперполяризационной фазы потенциала действия, когда снижение ПД временно становится более отрицательным, чем потенциал покоя.

Актуальность блока деполяризации в физиологических условиях in vivo изучена недостаточно. Маловероятно, что блок деполяризации возникает в хорошо функционирующих нейронах в физиологических условиях. Однако не исключено, что это происходит при патологических состояниях.

(Возможно, у меня в голове должен быть четкий ответ на этот вопрос, но, поскольку я его не знаю, я собираюсь его пустить на самотек. Вероятно, это просто возможность выставить себя полным дураком. Пожалуйста, относитесь ко всему, что следует с крайним подозрением.)

Я думаю, что это фактически артефакт модели. Это может быть не так в самом строгом смысле — возможно, такое поведение можно было бы вызвать в реальных экспериментальных препаратах — но это потребовало бы управления ими совершенно нефизиологическими способами. Я не знаю, что это было сделано, но я уверен, что это просто мое невежество - я был бы удивлен, если бы никто не пытался.

Но с физиологической точки зрения: откуда в реальной клетке может взяться такой большой постоянный ток? Куда пойдут обвинения? Как это будет поддерживаться при реалистичных граничных условиях?

Хотя возможно, что такой эффект может проявляться в живых системах очень кратковременно, кажется маловероятным, что когда-либо может быть достигнуто истинное устойчивое состояние такого рода.

Спасибо за ваш вклад. Однако меня интересует, что произойдет с настоящей мембраной, а не вероятность того, что ситуация может произойти естественным путем.
@Tim В этом случае вам, вероятно, нужно более конкретно рассказать об эксперименте, который вы предлагаете. Ваш вопрос, кажется, сводится к тому, насколько полно модель HH описывает поведение фактической мембраны аксона, распространяющей AP. (Есть вспомогательный вопрос о том, насколько хорошо ваш сим реализует модель, но давайте пока отложим его.) Не проводя эксперимент, я могу только догадываться. Моя интуиция подсказывает, что можно привести настоящую мембрану в устойчивое состояние, если вы достаточно агрессивны в этом отношении, но это не продемонстрирует ничего значимого.
Вопрос скорее в том, насколько хорошо модель описывает реальность в одном конкретном аспекте. Способ проверки — зажать гигантский аксон кальмара, как это сделали Ходжкин и Хаксли, подать постоянный ток достаточной амплитуды и измерить мембранный потенциал.
Я не считаю невероятным, что это может быть известная проблема с моделью или известное поведение реальной мембраны.
@Tim В этом эксперименте я в целом придерживаюсь своего предположения. При подаче достаточного тока вы можете подавить колебательное поведение населения канала. Однако было бы интересно посмотреть, насколько точно реальный ток, необходимый для этого, соответствовал предсказанию модели.
С моей точки зрения, вопрос о том, требует ли это явление нефизиологического воздействия на клетку, не имеет отношения к этому вопросу. Это не артефакт модели. Фактически модель предсказывает поведение реального нейрона.
Является ли «истощение» мембраны Ходжкина-Хаксли при постоянной стимуляции реальным явлением?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v