基于无髓神经模型传导阻断的仿真实验研究

摘要

神经纤维通过电活动调节人体机能，而临床中，神经纤维异常兴奋会造成许多功能障碍疾病，研究神经纤维的兴奋传导规律，阻断不必要的神经兴奋，可以恢复某些受损神经的正常功能。因此，寻找适合的电刺激方法，研究神经纤维传导阻断的作用机制和影响因素具有重要的临床意义，可作为治疗手段治愈某些功能障碍疾病。学者们通过对神经纤维的大量研究，建立了许多数学模型进行电刺激下神经传纤维导阻断的仿真研究，并揭示了神经纤维电活动的某些复杂现象。通过神经模型进行研究已经成为神经纤维电位变化研究的最有效方法。
　　本文以无髓神经纤维为研究对象，基于无髓神经纤维的Hodgkin-Huxley(H-H)模型，研究了在高频双向电刺激下无髓神经纤维的阻断阈、影响因素和阻断机制，并提出电刺激结束后轴突恢复刺激前初始状态的恢复时间测量以及恢复机制。本文的主要工作有:
　　1)建立了基于H-H模型的无髓神经传导阻断系统，在高频双向电流刺激下得出不同直径神经纤维的阻断阈，并确定最小阻断频率为5kHz;
　　2)研究了无髓神经模型产生传导阻断的作用机制，即钾离子通道的激活，使其产生传导阻断现象。确定了温度和电极-神经纤维距离对阻断阈的影响;
　　3)对电刺激的开始和结束后神经纤维的状态进行了全面研究;
　　4)针对电刺激结束后神经纤维恢复刺激前的初始状态进行了创新的研究。确定不同直径神经纤维的恢复时间，以及离子通道和钠-钾泵的作用机制。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 研究背景与意义

1．2 研究进展

1．2．1 选择性刺激方式

1．2．2 神经纤维的兴奋规律

1．2．3 神经纤维传导阻断的应用

1．3 研究目的和论文规划

1．4 本章小结

2 神经纤维的功能和电位变化

2．1 神经纤维的功能

2．2 神经纤维的动作电位

2．2．1 静息电位和动作电位的产生

2．2．2 Nernst方程

2．2．3 神经纤维动作电位的传导

2．3 本章小结

3 无髓神经模型和仿真理论基础

3．1 Hodgkin-Huxley模型的建立

3．1．1 Hodgkin-Huxley模型的等效电路图

3．1．2 动作电位传导的数学模型

3．2 Hodgkin-Huxley方程中的离子通道电导

3．2．1 钠离子通道电导GNa

3．2．2 钾离子通道电导GK

3．3 Hodgkin-Huxley模型方程

3．3．1 模型的数学表达式

3．3．2 Hodgkin-Huxley方程

3．4 四阶龙格-库塔法求解模型

3．5 本章小结

4 电刺激下神经纤维传导阻断的仿真实验

4．1 电刺激形式

4．1．1 电刺激分类

4．1．2 最佳电刺激方式

4．2 仿真实验方法

4．3 无髓神经纤维传导阻断特性

4．3．1 神经纤维的传导阻断

4．3．2 不同直径神经纤维的阻断阈

4．3．3 最小阻断频率

4．3．4 温度和电极位置对阻断阈的影响

4．3．5 阻断机制

4．4 本章小结

5 电刺激结束后恢复情况的研究

5．1 恢复时间

5．1．1 不同直径神经纤维的恢复时间

5．1．2 初始时间对神经纤维恢复的影响

5．2 恢复机制

5．2．1 离子通道的作用

5．2．2 钠-钾泵引起的细胞膜内离子交换

5．2．3 钠-钾泵的作用机制

5．3 本章小结

6 总结和展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

作者简历

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