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Hodgkin–Huxley动作电位模型

news 2026/4/15 9:22:58

Hodgkin 和 Huxley (1952)构建了关于神经元动作电位产生过程的数学模型。动作电位的产生来源于膜电位快速变化，引起钠离子电压门控打开，钠离子内流进一步提高膜电位，产生去极化；然后钠离子通道失活，电压门控钾离子通道开启导致钾离子外流，降低膜电位从而产生复极化乃至超极化，之后钠钾泵活性增强，排出钠离子并回收钾离子，使得膜电位恢复静息电位

这一过程可以由如下一组方程来描述：

I是外部输入电流。V是膜电位，VK，VNa和Vl表示是钾离子，钠离子和漏电流（其它离子跨膜运输电流）的离子平衡电位。离子平衡电位就是电场驱动力和化学驱动力（离子浓度差）抵消时的膜电位。只有不等于这个膜电位才能产生驱动离子流动的状态。注意在教科书中，V，VK，VNa和Vl都是要减去静息电位的。也就是V其实是从零开始变化。

钾离子的离子平衡电位很低，因为膜内钾离子浓度更高，有向膜外的扩散的力，需要向内的电场力进行平衡。当膜电位上升，同时钾离子通道开启，钾离子就会外流。

钠离子的离子平衡电位很高，因为膜内钠离子浓度更低，有向膜内扩散的力，需要向外的电场力进行平衡。当钠离子通道开启后，钠离子就会进入膜内，直到膜电位到达钠离子平衡电位。

C_M是膜电容，C_M*dV/dt是膜电容充放电的电流。动作电位过程可以理解为给“细胞外液-细胞膜（磷脂双分子层，绝缘）-细胞质”构成的电容器充放电的过程。去极化就是充电，复极化就是放电。把静息电位作为基线，膜电位上升，也就是膜内增加正电荷就是充电，膜电位下降减少正电荷就是放电。

g_ion是所有离子通道都打开的最大电导（电导就是电阻的导数，g = 1/R），g_l是漏电流的最大电导。n和m分别是钾离子通道和钠离子通道单个亚单位开放的概率，钾通道有4个亚单位，钠通道有3个亚单位，亚单位全部打开整个离子通道才开放。h是钠离子通道的失活门开放概率。h只有na离子有。h会在绝对不应期保持为0，然后再往上升，对应na离子通道在绝对不应期是绝对关闭即失活，然后可以通过相对高的刺激强度而打开，也即相对不应期，再之后就可以基于正常的刺激强度而打开。从神经元整体来说，这个概率就是某个位置上的离子通道亚单位开放的比例（个人理解）。α是离子通道从失活到激活的速率常数，β是离子通道从激活到失活的速率常数。