静磁场作用下细胞膜电位的机理研究

摘要

随着各种电器的普及，磁场的生物效应话题备受关注。尤其以人体中神经系统受磁场作用反应较为敏感。而电效应是神经系统的一种特有的效应，神经系统通过一系列电活动传递信息。其中离子通道则是生物电活动的基础，具有产生和传导电信号的重要的生理功能。在离子通道开放和关闭的过程中，会引起离子通道电流的变化，进而会引起膜电位的变化。大部分研究磁场的生物效应都选取了低频磁场作为研究条件。虽然有部分研究表明静磁场的生物效应很显著，但研究较少，且具体影响机制未可知。所以本文以这两点相结合为切入点展开研究。
　　首先，基于经典的三层介电细胞模型，运用能斯特方程推出得到静磁场与各离子通道电流的关系。其次，耦合到H-H模型观察静磁场对于动作电位的影响。结果显示静磁场影响了细胞膜各离子通道的电导值，并影响了细胞的膜电位。并基于H-H模型，观察分析离子电导与膜电位对于动作发放的影响。并发现电导值对于动作电位的上升支，下降支，动作电位峰值，静息电位都有影响。为了全面分析静磁场对于细胞的影响，本文还根据双态通道模型对静磁场作用下细胞膜通道影响进行分析，研究发现静磁场影响膜电流的实质是通过影响通道离子的转换概率而导致的，并结合H-H模型仿真分析现存实验结果，发现结果与试验相仿。即所有关于离子通道的变化都能通过设置H-H模型的转换概率初始值给仿真出来。
　　结果表明静磁场对于动作电位的发放影响主要是通过影响相应的离子通道转换概率，具体表现为膜电流的变化。此过程运用能斯特方程和双态通道模型从力学角度去构建数学模型，符合离子扩散守恒，具有一定的理论说服性，为实验研究提供了理论支撑。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景介绍

1．2 研究现状

1．3 课题的主要任务

第二章 细胞电生理与静磁场理论基础

2．1 细胞电生理基础

2．1．1 细胞结构

2．1．2 离子通道

2．1．3 静息电位

2．1．4 动作电位

2．1．5 神经传导信息编码

2．1．6 膜片钳全细胞记录

2．2 细胞的Hodgkin-Huxley经典模型

2．2．1 Hodgkin-Huxley模型

2．2．2 H-H模型的推导

2．2．3 Hodgkin-Huxley模型的求解

2．2．4 H-H模型的仿真工具-MATLAB

2．3 静磁场作用细胞的物理基础

2．3．1 能斯特方程

2．3．2 静磁场基础

2．4 本章小结

第三章 静磁场对细胞膜电位影响过程的仿真

3．1 细胞模型坐标系的建立

3．2 静磁场对细胞模型的作用方式

3．3 静磁场对细胞模型作用过程的分析

3．4 采用H-H模型分析静磁场对细胞膜电位的影响

3．5 本章小结

第四章 静磁场对细胞膜电位影响的H-H模型仿真

4．1 膜电位对于动作电位发放的影响

4．1．1 正值膜电位对于动作电位的影响

4．1．2 负值膜电位对于动作电位的影响

4．2 离子通道电导对于动作电位发放的影响

4．3 本章小结

第五章 静磁场对细胞膜电位影响的理论验证

5．1 双态通道理论

5．2 双态通道模型与H-H模型的关系推导

5．3 静磁场对细胞膜电位影响的理论验证

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢