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离子通道主要包含钠离子通道、钾离子通道、钙离子通道等。在对这些离子通道进行电生理研究时,膜片钳技术是一种非常流行的技术。其中,人们在研究工作中用的最多的是全细胞模式,其优点在于操作相对方便,所测的目标电流或电压比较大,对所测细胞的伤害比较小等。本文所得到实验数据正是通过全细胞模式记录得到的。 在已知相关的离子通道和电生理知识以及必要的准备工作的基础之上,通过根据马尔科夫(Markov)原理改进的状态模型来构建和拟合 Wistar大鼠的背根神经节(DRG)细胞膜上的钠离子通道、钾离子通道、瞬时外向整流钾离子通道(Ito)以及超极化激活环核苷酸门控阳离子通道(HCN)。将这些通道都整合在一起,搭建起背根神经节细胞膜的动作电位的模型,并给出其所生成的动作电位曲线以进行相关数据的分析和讨论。建立起背根神经节细胞的动作电位模型之后,生成包含 HCN通道的动作电位曲线和不包含 HCN通道的动作电位曲线,并将两者进行对比。运用这两种情况下所生成的动作电位曲线从极负点恢复到静息电位的所用时间的变化,探讨HCN通道在背根神经节细胞膜的动作电位超极化部分中的贡献,最终在模型模拟的结果中给出了一个在动作电位过程中HCN通道所占比重的定量的分析数据。HCN通道在动作电位超极化恢复部分占相当大的比重,达到33.39%,说明这一通道在动作电位的信号发生过程中起重要作用,至此,从数学模型的角度对细胞动作电位形成的电生理机制做出了解释和分析。随后,利用生物实验中得到的多组实际实验数据对模拟的动作电位曲线进行检验和评估。另外,在电生理膜片钳实验的过程当中,发现了一些HCN通道对动作电位的发放阈值等方面的影响。 在整个的研究工作当中,通过建立数学模型并进行计算机模拟的方式,成功的解释了本文所研究的目标生理机制。之前的很多研究工作当中,在解释细胞的生理机制方面主要是通过实验室中众多的高成本且重复的实验工作完成的。在很多情况下,当前实验室的条件并不容许完成某些实验,或是实验的成本过高。因此可以利用这种计算机模拟的方式先做一个预测,使得今后的实验工作中有一个参考,来降低实验的成本和对未知结果的预见,甚至可能会取代具体一些实验。因此,对生物学的问题进行数学建模和计算机模拟的发展远景可见一斑。