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

Ich spielte mit einer Simulation des Hodgkin-Huxley-Modells herum, wobei ich ihre ursprünglichen Parameter für das Tintenfisch-Riesenaxon verwendete.

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?

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Nur für meine eigene Fähigkeit, Ihre Ergebnisse zu reproduzieren, haben Sie einen der Online-Simulatoren verwendet oder Ihren eigenen codiert?
@jonsca: Es basiert auf einem aus einem Universitätskurs. Ich sollte es nicht öffentlich teilen, könnte Ihnen aber den Matlab-Code per E-Mail schicken (tim@gurka.se). Es ist ein naiver DE-Löser, der die Differentiale in Zeitschritten von 1e-3 ms direkt approximiert.

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Dieses Phänomen wird als Depolarisationsblock bezeichnet und tritt in realen Membranen in Current-Clamp-Experimenten auf.

Der Schlüsselmechanismus besteht darin, dass die Membran nicht ausreichend repolarisiert wurde, um die Inaktivierung von Natriumkanälen zu lindern. Das Hodgkin-Huxley-Modell spiegelt dies in der "invertierten" Spannungsabhängigkeit des h-Gatters (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 gesehen 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 Relevanz des Depolarisationsblocks unter physiologischen Bedingungen in vivo ist nicht gut untersucht. Es ist unwahrscheinlich, dass eine Depolarisationsblockade in gut erzogenen Neuronen unter physiologischen Bedingungen auftritt. Es ist jedoch möglich, dass es während pathologischer Zustände auftritt.

(Wahrscheinlich sollte ich darauf eine Antwort parat haben, aber da ich keine habe, werde ich es tun. Dies ist wahrscheinlich nur eine Gelegenheit, mich völlig lächerlich zu machen. Bitte behandeln Sie alles so folgt mit äußerstem Argwohn.)

Ich denke, das ist effektiv ein Artefakt des Modells. Das mag im strengsten 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 anzutreiben. Mir ist nicht bewusst, dass dies getan wurde, aber ich bin mir sicher, dass das nur meine Unwissenheit ist – ich wäre überrascht, wenn es niemand versucht hätte.

Aber physiologisch gesehen: Woher sollte in einer echten Zelle ein so großer Konstantstrom kommen? Wohin würden die Gebühren gehen? Wie wäre das bei realistischen Randbedingungen durchzuhalten?

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

Danke für deinen Beitrag. Mich interessiert jedoch, was mit einer echten Membran passieren würde, nicht, ob die Situation wahrscheinlich natürlich auftritt.
@Tim In diesem Fall müssen Sie wahrscheinlich genauer auf das Experiment eingehen, das Sie vorschlagen. Ihre Frage scheint darauf hinauszulaufen, wie vollständig das HH-Modell das Verhalten einer tatsächlichen Axonmembran beschreibt, die APs vermehrt. (Es gibt eine zusätzliche Frage, wie gut Ihr Sim das Modell implementiert, aber lassen Sie uns das vorerst zurückstellen.) Da ich das Experiment nicht durchgeführt habe, kann ich nur raten. Meine Intuition ist, dass es möglich wäre, eine echte Membran in einen stationären Zustand zu bringen, wenn Sie ausreichend aggressiv damit umgehen, aber dass dies nichts Sinnvolles demonstrieren würde.
Die Frage ist vielmehr, wie gut das Modell die Realität in einem bestimmten Aspekt beschreibt. Eine Möglichkeit zur Überprüfung wäre, ein Tintenfisch-Riesenaxon wie Hodgkin und Huxley zu klemmen, einen konstanten Strom mit ausreichender Amplitude anzulegen und das Membranpotential zu messen.
Ich halte es nicht für unwahrscheinlich, dass dies ein bekanntes Problem mit dem Modell oder ein bekanntes Verhalten der realen Membran sein könnte.
@Tim Für dieses Experiment bleibe ich im Großen und Ganzen bei meiner Vermutung. Mit ausreichender Strominjektion könnten Sie das Schwingungsverhalten der Kanalpopulation überwältigen. Es wäre jedoch interessant zu sehen, wie genau der dafür benötigte reale Strom mit der Modellvorhersage übereinstimmt.
Aus meiner Sicht ist es für die Frage nicht relevant, ob dieses Phänomen einen nicht-physiologischen Input für die Zelle erfordert oder nicht. Dies ist kein Artefakt des Modells. Tatsächlich sagt das Modell das Verhalten eines echten Neurons voraus.
Ist die „Erschöpfung“ der Hodgkin-Huxley-Membran bei konstanter Stimulation ein reales Phänomen?
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