Messung der elektrischen Aktivität biologischer Zellen mit - FG ...

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Elektrophysiologische Vorgänge an Zellmembranen 13 Membranspannung Abb. 4: Aktionspotentiale verschiedener Zellen im Warmblütergewebe (schematisch). Ordinate: intrazelluläres Potential, Abszisse: Zeit nach Beginn des Aktionspotentials. [1]
1.3.Elektrisches Membranmodell Modell von Hudgkin und Huxley Elektrophysiologische Vorgänge an Zellmembranen 14 Elektrisches Membranmodell Die elektrischen Eigenschaften der Zellmembran wurden von Hodgkin und Huxley [6] beschrieben. Als Grundlage dient das Ersatzschaltbild in Abb. 5 für ein Flächenelement der Zellmenbran. Die Ströme der Natrium- und Kaliumionen durch die Ionenkanäle werden jeweils durch eine Reihenschaltung von einer Spannungsquelle mit einem spannungsabhängigen flächenspezifischen Leitwert g Na bzw. g K dargestellt. Die Ströme der restlichen Ionen werden als Leckstrom zusammengefaßt und fließen durch einen spannungsunabhängigen flächenspezifischen Widerstand mit dem Leitwert g L . Die Kapazität der Zellmembran wird durch eine dazu parallel geschaltete flächenspezifische Kapazität c M berücksichtigt. Der Stromanteil, der durch den aktiven Ionentransport der Pump-Proteine verursacht wird, ist nicht berücksichtigt. g k g Na g L V 0 K V 0 Na V 0 L Abb. 5: Ersatzschaltbild einer Zelle nach Hodgkin und Huxley Die Reihenschaltung eines Leitwerts und einer Spannungsquelle zur Modellierung eines Ionenkanals kann wie folgt begründet werden: Bei einer Membranspannung V M fließt eine Stromdichte j elek i durch die Membrankanäle für die Ionensorte i mit der spezifischen Leitfähigkeit g i . i jelek i jdiff i Entgegen diesem Strom fließt ein Diffusionsstrom jdiff , der durch das Konzentrationsgefälle der Ionen über die Membran verursacht und durch die Spannungsquelle dargestellt wird. Entspricht die Membranspannung dem Nernst-Potential , ist der Nettostrom über die Membran gleich Null. Durch die Kombination beider Anteile gilt für die Gesamtstromdichte ji i V0 durch die Ionenkanäle für die Ionensorte i die Gl.(11). Das Nernst-Potential für die einzelnen Ionensorten wird jeweils durch die Spannungsquelle dargestellt. j i = g i ⋅ VM Werden alle Ionenkanäle betrachtet, so addieren sich die Stromdichten der einzelnen Ionensorten j i zu einer Gesamtstromdichte j M . j M = g i i ⋅ V0 g i = ( VM – Vo) j i i i ∑ ∑ g i = = ( VM – Vo) i i j M (t) c M j C (t) j G (t) innen V M (t) außen (9) (10) (11) (12)
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