基于无髓神经模型传输间断的仿真实验探讨

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1、基于无髓神经模型传输间断的仿真实验探讨-->1引言1.1研究背景与意义神经调节在人体生理功能调节中起主导作用，人体内各系统和器官都是在神经系统的直接或间接调控下，协调地完成各自的生理功能，并对机体内外各种环境变化做出迅速而完善的调节，以适应复杂的变化从而维持整体的正常生命功能。人体神经系统是由数量巨大的神经元相互联结起来形成的极为复杂的网络系统，因此神经元是神经系统结构和功能的基本单元。神经元的主要功能是接受刺激和传递信息，通过传入神经接受来自体内外环境变化的刺激信息，并对这些信息加以分析、综合和储存，再经过

2、传出神经把指令传到所支配的器官和组织，产生调节和控制效应。神经纤维以动作电位的形式传递信息，兴奋以电位的形式从一个神经元传递到另一个神经元。神经纤维异常兴奋会造成许多功能障碍疾病，如大小便失禁、面瘫、耳聲、心脏病、疼痛等。因此，研宄无髓神经纤维受到电刺激时动作电位的传播规律及传导阻断情况有非常重要的科研意义和临床价值。通过研究神经纤维动作电位的传播，阻断不必要的神经兴奋，恢复必要的神经兴奋，来实现神经纤维的正常生理功能。此外，实现对神经纤维的选择性阻断，在神经电生理学研究和临床应用中具有重要的价值。近年来，国

3、内外学者运用电刺激实现有髓轴突的传导阻断，并把这种神经阻断方法用于临床。1.2研究进展为了研究神经纤维，就要对其建立模型，以便更好地研究神经纤维的生理特性。几十年来，对神经纤维模型的研宄取得了长足的进展。1952年，Hodgkiu和Huxley在枪乌贼巨大的轴突上进行了大量电压银实验，建立了H-H模型[3]。1964年，Frankenhaeuser和Huxley建立了膽餘有髓神经纤维的F-H模型[4]，FH模型基本上延续了H-H模型的思路，区别在于F-H模型引入了非特定离子的离子电流。又有学者分别建立了CRR

4、SS模型和SE模型6],这两个模型并没有改变H-H模型和F-H模型的思路，只修改了电学基本单元在模型中的位置。…………2神经纤维的功能和电位变化2.1神经纤维的功能神经纤维分布在人体所有器官和组织间隙中，它的主要功能传导兴奋。传导的速度很快，每秒2—120米，传导过程是以生物电的形式进行。神经纤维上传导的兴奋或动作电位称为神经冲动。神经纤维传导兴奋具有以下特征：①完整性。神经纤维只有在其结构和功能都完整时才能传导性奋。如果神经纤维受损伤或者被切断，或局部用麻醉、电刺激等时，神经传导将受阻；②绝缘性。一根神经纤

5、维干上含有许多神经纤维，但多条纤维同时传导兴奋时基本上互不干扰；③双向性。人为刺激神经纤维上任何一点，只要刺激强度足够大，引起的兴奋可沿纤维同时向两侧传播；④相对不知疲劳性。连续电刺激神经数小时甚至几十小时，神经纤维仍然能够保持其传导兴奋的能力，表现为不容易发生疲劳。2.2神经纤维的动作电位祌经在进化过程中获得了高度精确和快速产生与传递信号的能力，这使得祌经中的信号可以通过非常快的速度由一点传递到另一点，化学信号经血流动或者分子扩散传播的速度，以及信号跨膜和在细胞内传导的速度都是不能与之相比的。这种快速的信号

6、传播是通过电信号实现的，而这些电信号的产生与传播都是由细胞膜内、外两侧的电位变化引起的。…………3无髓神经模型和仿真理论基础.........113.1Hodgkin-Huxley模型的建立...........113.2Hodgkin-Huxley方程中的离子通道电导.........144电刺激下神经纤维传导阻断的仿真实验...........205电刺激结束后恢复情况的研究.............385.1恢复时间.........385.1.1不同直径神经纤维的恢复时间..............3

7、85电剌激结束后恢复情况的研究5.1恢复时间由于高频剌激会对神经纤维造成电化学损伤，使其活性降低，由第四章的最小阻断频率研宄中可知，为避免神经纤维的震荡或发散等情况，传导阻断的最小频率为5kHz。为此我们在5-lOkHz的电刺激下，对神经纤维（lum)电刺激并使其发生传导阻断情况，研究电刺激结束后神经纤维恢复剌激前状态的恢复时间。实验方法如下，在阻断电极处施加电刺激，刺激强度即该频率下的阻断阈，在实验开始7ms后施加测试电流，此时测试电极产生的动作电位向轴突两侧传递，在经过阻断电极位置时发现神经纤维阻断。然后

8、在测试电极位置第二次施加相同的测试电流，由此观察轴突的传导阻断情况，若轴突不阻断则记录最小时间，时间差即恢复时间。5.2恢复机制在剌激超过阈值强度后，即只要刺激达到足够的强度，再增加刺激强度并不能使动作电位幅度有所增加。此外，动作电位在受刺激部位产生后，还会沿着细胞膜向周围传播，并不只出现在受刺激的局部。动作电位传播的距离也不会由原始刺激强度的不用而有所不同，它会继续传播，使整个细胞膜都兴奋并产生一