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Ist die „Erschöpfung“ der Hodgkin-Huxley-Membran bei konstanter Stimulation ein echtes Phänomen?

Ist die „Erschöpfung“ der Hodgkin-Huxley-Membran bei konstanter Stimulation ein echtes Phänomen?


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Ich spielte mit einer Simulation des Hodgkin-Huxley-Modells mit ihren ursprünglichen Parametern für das Tintenfisch-Riesenaxon herum.

Durch Anlegen eines konstanten Reizstroms an das Modell im Ruhezustand wird eine unendliche Folge von Aktionspotentialen ausgelöst, was sinnvoll erscheint. Wenn der Strom jedoch einen Schwellenwert überschreitet, sterben diese APs sehr schnell ab, da sowohl das Membranpotential als auch die Ionenleitfähigkeiten einen stationären Zustand erreichen.

Wie heißt dieses Phänomen? Ist es ein echtes Phänomen oder nur ein Artefakt des Hodgkin-Huxley-Modells?


Dieses Phänomen heißt Depolarisationsblock und es tritt in realen Membranen in Current-Clamp-Experimenten auf.

Der Schlüsselmechanismus besteht darin, dass die Membran nicht ausreichend repolarisiert werden konnte, um die Inaktivierung von Natriumkanälen zu lindern. Das Hodgkin-Huxley-Modell spiegelt dies in der "invertierten" Spannungsabhängigkeit des h-Gates (Natrium-Inaktivierungs-Gate) wider - die Inaktivierung ist bei höheren Spannungen größer. Dies bedeutet, dass sich Natriumkanäle nicht wieder öffnen oder ein weiteres Aktionspotential auslösen können, bis die Membran repolarisiert ist. Kanonisch ist die Notwendigkeit, die Inaktivierung von Natriumkanälen zu lindern, der Grund für die Nachhyperpolarisationsphase eines Aktionspotentials, in der der AP-Abwärtshub vorübergehend negativer wird als das Ruhepotential.

Die Bedeutung des Depolarisationsblocks in in vivo physiologische Bedingungen sind nicht gut untersucht. Es ist nicht wahrscheinlich, dass unter physiologischen Bedingungen eine Depolarisationsblockade in gut erzogenen Neuronen auftritt. Es ist jedoch möglich, dass es während pathologischer Zustände auftritt.


(Ich sollte wahrscheinlich eine klare Antwort darauf haben, aber da ich es nicht tue, werde ich es beflügeln. Dies ist wahrscheinlich nur eine Gelegenheit, mich völlig zum Narren zu machen. Bitte behandeln Sie alles, was das ist folgt mit äußerstem Misstrauen.)

Ich denke das ist effektiv ein Artefakt des Modells. Das mag im engeren Sinne nicht wahr sein – es ist möglich, dass ein solches Verhalten in echten experimentellen Präparaten erzeugt werden könnte – aber es würde erfordern, sie auf drastisch unphysiologische Weise zu steuern. Ich bin mir nicht bewusst, dass dies getan wurde, aber ich bin sicher, das ist nur meine Unwissenheit – ich wäre überrascht, wenn es niemand versucht hätte.

Aber physiologisch gesehen: woher würde ein so großer konstanter Strom in einer realen Zelle kommen? Wo würden die Gebühren landen? Wie wäre das bei realistischen Randbedingungen zu halten?

Während es möglich ist, dass ein solcher Effekt in lebenden Systemen sehr vorübergehend ins Spiel kommt, erscheint es unwahrscheinlich, dass jemals ein echter stationärer Zustand dieser Art erreicht werden könnte.