Two Types of Voltage-Dependent Ion Currents

The results shown in Figure 3.1 demonstrate that the ion permeability of neuronal membranes is voltage-sensitive, but the experiments do not identify how many types of permeability exist, or which ions are involved. As discussed in Chapter 2 (see Figure 2.6), varying the potential across a membrane makes it possible to deduce the equilibrium potential for the ion fluxes through the membrane, and thus to identify the ions that are flowing. Because the voltage clamp method allows the membrane potential to be changed while measuring ion currents, it was a straightforward matter for Hodgkin and Huxley to determine ion permeability by examining how the properties of the initial inward and later outward currents changed as the membrane potential was varied (Figure 3.2). As already noted, no appreciable ion currents flow at membrane potentials more negative than the resting potential. At more positive potentials, however, the currents not only flow but change in magnitude. The early current has a U-shaped dependence on membrane potential, increasing over a range of depolarizations up to approximately 0 mV but decreasing as the potential is depolarized further. In contrast, the late current increases monotonically with increasingly positive membrane potentials. These different responses to membrane potential can be seen more clearly when the magnitudes of the two current components are plotted as a function of membrane potential, as in Figure 3.3.

دو نوع جریان یونی وابسته به ولتاژ

نتایج نشان داده شده در شکل 3.1 نشان می‌دهد که نفوذپذیری یونی غشاهای نورونی به ولتاژ حساس است، اما آزمایش‌ها مشخص نمی‌کنند که چند نوع نفوذپذیری وجود دارد یا کدام یون‌ها درگیر هستند. همانطور که در فصل 2 بحث شد (به شکل 2.6 مراجعه کنید)، تغییر پتانسیل در سراسر یک غشا، امکان استنباط پتانسیل تعادل برای شارهای یونی از طریق غشا و در نتیجه شناسایی یون‌های در حال جریان را فراهم می‌کند. از آنجا که روش گیره ولتاژ امکان تغییر پتانسیل غشا را در حین اندازه‌گیری جریان‌های یونی فراهم می‌کند، برای هاجکین و هاکسلی تعیین نفوذپذیری یون با بررسی چگونگی تغییر خواص جریان‌های اولیه به سمت داخل و جریان‌های بعدی به سمت خارج با تغییر پتانسیل غشا، کار ساده‌ای بود (شکل 3.2). همانطور که قبلاً اشاره شد، هیچ جریان یونی قابل توجهی در پتانسیل‌های غشایی منفی‌تر از پتانسیل استراحت جریان نمی‌یابد. با این حال، در پتانسیل‌های مثبت‌تر، جریان‌ها نه تنها جریان می‌یابند، بلکه از نظر بزرگی نیز تغییر می‌کنند. جریان اولیه وابستگی U شکل به پتانسیل غشا دارد و در طیف وسیعی از دپلاریزاسیون‌ها تا تقریباً 0 میلی‌ولت افزایش می‌یابد، اما با دپلاریزاسیون بیشتر پتانسیل، کاهش می‌یابد. در مقابل، جریان تأخیری با پتانسیل‌های غشایی مثبت‌تر، به طور یکنواخت افزایش می‌یابد. این پاسخ‌های متفاوت به پتانسیل غشا را می‌توان زمانی که بزرگی دو مؤلفه جریان به عنوان تابعی از پتانسیل غشا رسم می‌شوند، مانند شکل 3.3، واضح‌تر مشاهده کرد.

FIGURE 3.2 Currents produced by membrane depolarizations to several different potentials. The early current first increases, then decreases in magnitude as depolarization increases; note that this current reverses its polarity at potentials more positive than about +55 mV. The later outward current increases monotonically with increasing depolarization. (After Hodgkin et al., 1952.)

شکل ۳.۲ جریان‌های تولید شده توسط دپلاریزاسیون‌های غشایی در چندین پتانسیل مختلف. جریان اولیه ابتدا افزایش می‌یابد، سپس با افزایش دپلاریزاسیون، اندازه آن کاهش می‌یابد؛ توجه داشته باشید که این جریان در پتانسیل‌های مثبت‌تر از حدود ۵۵+ میلی‌ولت، قطبیت خود را معکوس می‌کند. جریان خروجی بعدی با افزایش دپلاریزاسیون به صورت یکنواخت افزایش می‌یابد. (به نقل از هاجکین و همکاران، ۱۹۵۲.)

FIGURE 3.3 Relationship between current amplitude and membrane potential. Experiments such as the one shown in Figure 3.2 indicate that the late outward current increases steeply with increasing depolarization, whereas the early inward current first increases in magnitude but then decreases and reverses to outward current at about +55 mV (the sodium equilibrium potential). (After Hodgkin et al., 1952.)

شکل ۳.۳ رابطه بین دامنه جریان و پتانسیل غشا. آزمایش‌هایی مانند آنچه در شکل ۳.۲ نشان داده شده است نشان می‌دهد که جریان خروجی دیرهنگام با افزایش دپلاریزاسیون به شدت افزایش می‌یابد، در حالی که جریان ورودی زودهنگام ابتدا از نظر اندازه افزایش می‌یابد اما سپس کاهش می‌یابد و در حدود ۵۵+ میلی‌ولت (پتانسیل تعادل سدیم) به جریان خروجی معکوس می‌شود. (برگرفته از هاجکین و همکاران، ۱۹۵۲)

The voltage sensitivity of the early current gives an important clue about the nature of the ions carrying the current—namely, that no current flows when the membrane potential is clamped at +52 mV. For the squid neurons studied by Hodgkin and Huxley, the external Na⁺ concentration is 440 mM, and the internal Na⁺ concentration is 50 mM (see Table 2.1). For this concentration gradient, the Nernst equation predicts that the equilibrium potential for Na⁺ should be +55 mV. Recall further from Chapter 2 that at the Na⁺ equilibrium potential there is no net flux of Na⁺ across the membrane, even if the membrane is highly permeable to Na⁺. Thus, the experimental observation that no early current flows at the membrane potential where Na⁺ cannot flow is a strong indication that the current is carried by entry of Na⁺ into the axon.

حساسیت ولتاژ جریان اولیه سرنخ مهمی در مورد ماهیت یون‌های حامل جریان می‌دهد – یعنی اینکه وقتی پتانسیل غشا در 52+ میلی‌ولت ثابت نگه داشته می‌شود، هیچ جریانی جریان نمی‌یابد. برای نورون‌های ماهی مرکب مورد مطالعه هاجکین و هاکسلی، غلظت ⁺Na خارجی 440 میلی‌مولار و غلظت ⁺Na داخلی 50 میلی‌مولار است (به جدول 2.1 مراجعه کنید). برای این گرادیان غلظت، معادله نرنست پیش‌بینی می‌کند که پتانسیل تعادل برای ⁺Na باید 55+ میلی‌ولت باشد. از فصل 2 به یاد بیاورید که در پتانسیل تعادل Na+، هیچ شار خالصی از ⁺Na در سراسر غشا وجود ندارد، حتی اگر غشا نسبت به ⁺Na بسیار نفوذپذیر باشد. بنابراین، مشاهده تجربی مبنی بر اینکه هیچ جریان اولیه‌ای در پتانسیل غشا که ⁺Na نمی‌تواند جریان یابد، جریان ندارد، نشانه محکمی است که جریان با ورود ⁺Na به آکسون انجام می‌شود.

An even more demanding way to test whether Na⁺ carries the early current is to examine the behavior of this current after removing external Na⁺. Removing Na⁺ outside the axon makes ENa negative; if the permeability to Na⁺ is increased under these conditions, current should flow outward as Na⁺ leaves the neuron, due to the reversed electrochemical gradient. Hodgkin and Huxley performed this experiment, and found that removing external Na⁺caused the early current to reverse its polarity and become an outward current at a membrane potential that gave rise to an inward current when external Na⁺ was present (Figure 3.4). This result demonstrates convincingly that the early inward current measured when Na⁺ is present in the external medium must be due to Na⁺ entering the neuron.

یک راه حتی دشوارتر برای آزمایش اینکه آیا ⁺Na جریان اولیه را حمل می‌کند یا خیر، بررسی رفتار این جریان پس از حذف ⁺Na خارجی است. حذف Na+ از آکسون، ENa را منفی می‌کند؛ اگر نفوذپذیری به ⁺Na تحت این شرایط افزایش یابد، جریان باید به دلیل گرادیان الکتروشیمیایی معکوس، هنگام خروج ⁺Na از نورون به سمت بیرون جریان یابد. هاجکین و هاکسلی این آزمایش را انجام دادند و دریافتند که حذف ⁺Na خارجی باعث می‌شود جریان اولیه قطبیت خود را معکوس کند و به یک جریان بیرونی در پتانسیل غشایی تبدیل شود که در صورت وجود ⁺Na خارجی، جریان درونی ایجاد می‌کند (شکل 3.4). این نتیجه به طور قانع‌کننده‌ای نشان می‌دهد که جریان درونی اولیه اندازه‌گیری شده هنگام حضور ⁺Na در محیط خارجی باید به دلیل ورود Na+ به نورون باشد.

In the experiment shown in Figure 3.4, removal of external Na⁺ has little effect on the outward current that flows after the neuron has been kept at a depolarized membrane voltage for several milliseconds. This further result shows that the late outward current must be due to the flow of an ion other than Na⁺. Several lines of evidence presented by Hodgkin, Huxley, and others showed that this outward current is caused by K⁺ exiting the neuron. Perhaps the most compelling demonstration of K⁺ involvement is that the amount of K⁺ efflux from the neuron (measured by loading the neuron with radioactive K⁺) is closely correlated with the magnitude of the late outward current.

در آزمایش نشان داده شده در شکل 3.4، حذف ⁺Na خارجی تأثیر کمی بر جریان بیرونی که پس از نگه داشتن نورون در ولتاژ غشایی دپلاریزه شده برای چند میلی‌ثانیه جریان می‌یابد، دارد. این نتیجه بیشتر نشان می‌دهد که جریان بیرونی دیرهنگام باید به دلیل جریان یونی غیر از ⁺Na باشد. شواهد متعددی که توسط هاجکین، هاکسلی و دیگران ارائه شده است، نشان می‌دهد که این جریان رو به بیرون ناشی از خروج ⁺K از نورون است. شاید قانع‌کننده‌ترین اثبات دخالت ⁺K این باشد که میزان خروج ⁺K از نورون (که با بارگذاری نورون با ⁺K رادیواکتیو اندازه‌گیری می‌شود) با بزرگی جریان رو به بیرون دیرهنگام همبستگی نزدیکی دارد.

FIGURE 3.4 Dependence of the early current on sodium. (A) In the presence of normal external concentrations of Na+, depolarization of a squid axon to 0 mV (top) produces an inward initial current. (B) Removal of external Na+ causes this initial inward current to become outward, an effect that is reversed (C) by restoration of external Na+. (After Hodgkin and Huxley, 1952a.)

شکل ۳.۴ وابستگی جریان اولیه به سدیم. (الف) در حضور غلظت‌های طبیعی خارجی ⁺Na، دپلاریزاسیون آکسون ماهی مرکب تا ۰ میلی‌ولت (بالا) یک جریان اولیه رو به داخل ایجاد می‌کند. (ب) حذف ⁺Na خارجی باعث می‌شود که این جریان اولیه رو به داخل به سمت خارج تبدیل شود، اثری که با بازیابی ⁺Na خارجی معکوس می‌شود (ج). (به نقل از هاجکین و هاکسلی، ۱۹۵۲a.)

Taken together, these experiments show that changing the membrane potential to a level more positive than the resting potential produces two effects: an early influx of Na⁺ into the neuron, followed by a delayed efflux of K⁺. The early influx of Na⁺ produces a transient inward current, whereas the delayed efflux of K⁺ produces a sustained outward current. The differences in the time course and ion selectivity of the two fluxes suggest that two different ion permeability mechanisms are activated by changes in membrane potential. Confirmation that there are indeed two distinct mechanisms has come from pharmacological studies of drugs that specifically affect these two currents (Figure 3.5). Tetrodotoxin, an alkaloid neurotoxin found in certain puffer fish, tropical frogs, and salamanders, blocks the Na⁺ current without affecting the K⁺ current. Conversely, tetraethylammonium ions block K⁺ currents without affecting Na⁺ currents. The differential sensitivity of Na⁺ and K⁺ currents to these drugs provides strong additional evidence that Na⁺and K⁺ flow through independent permeability pathways. As discussed in Chapter 4, it is now known that these pathways are ion channels that are selectively permeable to either Na⁺ or K⁺. In fact, tetrodotoxin, tetraethylammonium, and other drugs that interact with specific types of ion channels have been extraordinarily useful tools in characterizing these channel proteins (see Box 4B).

روی هم رفته، این آزمایش‌ها نشان می‌دهند که تغییر پتانسیل غشا به سطحی مثبت‌تر از پتانسیل استراحت، دو اثر ایجاد می‌کند: هجوم زودهنگام Na+ به نورون و به دنبال آن خروج تأخیری ⁺K. ورود زودهنگام ⁺Na یک جریان گذرای درونی ایجاد می‌کند، در حالی که خروج تأخیری ⁺K یک جریان پایدار بیرونی ایجاد می‌کند. تفاوت در سیر زمانی و گزینش‌پذیری یونی دو جریان نشان می‌دهد که دو مکانیسم نفوذپذیری یونی مختلف با تغییرات در پتانسیل غشا فعال می‌شوند. تأیید وجود دو مکانیسم متمایز، از مطالعات دارویی داروهایی که به طور خاص بر این دو جریان تأثیر می‌گذارند، حاصل شده است (شکل 3.5). تترودوتوکسین، یک نوروتوکسین آلکالوئیدی که در برخی ماهی‌های بادکنکی، قورباغه‌های گرمسیری و سمندرها یافت می‌شود، جریان ⁺Na را بدون تأثیر بر جریان ⁺K مسدود می‌کند. برعکس، یون‌های تترااتیل‌آمونیوم جریان‌های ⁺K را بدون تأثیر بر جریان‌های ⁺Na مسدود می‌کنند. حساسیت متفاوت جریان‌های ⁺Na و ⁺K به این داروها، شواهد قوی دیگری را ارائه می‌دهد که ⁺Na و ⁺K از طریق مسیرهای نفوذپذیری مستقل جریان می‌یابند. همانطور که در فصل ۴ بحث شد، اکنون مشخص شده است که این مسیرها، کانال‌های یونی هستند که به طور انتخابی به ⁺Na یا ⁺K نفوذپذیرند. در واقع، تترودوتوکسین، تترااتیل آمونیوم و سایر داروهایی که با انواع خاصی از کانال‌های یونی تعامل دارند، ابزارهای فوق‌العاده مفیدی در توصیف این پروتئین‌های کانال بوده‌اند (به کادر ۴B مراجعه کنید).

FIGURE 3.5 Pharmacological separation of Na⁺ and K⁺ currents into sodium and potassium components. Panel (1) shows the current that flows when the membrane potential of a squid axon is depolarized to 0 mV in control conditions. (2) Treatment with tetrodotoxin causes the early Na⁺ current to disappear but spares the late K⁺ current. (3) Addition of tetraethylammonium blocks the K⁺ current without affecting the Na⁺ current. (After Moore et al., 1967 and Armstrong and Binstock, 1965.)

شکل ۳.۵ جداسازی دارویی جریان‌های ⁺Na و ⁺K به اجزای سدیم و پتاسیم. پنل (1) جریانی را نشان می‌دهد که هنگام دپلاریزه شدن پتانسیل غشای آکسون یک ماهی مرکب به 0 میلی‌ولت در شرایط کنترل، جریان می‌یابد. (2) درمان با تترودوتوکسین باعث ناپدید شدن جریان اولیه ⁺Na می‌شود اما جریان انتهایی ⁺K را حفظ می‌کند. (3) افزودن تترااتیل‌آمونیوم جریان ⁺K را بدون تأثیر بر جریان ⁺Na مسدود می‌کند. (بعد از مور و همکاران، 1967 و آرمسترانگ و بینستوک، 1965.)

Two Voltage-Dependent Membrane Conductances

The next goal Hodgkin and Huxley set for themselves was to describe Na⁺ and K⁺ permeability changes mathematically. To do this, they assumed that the ion currents are due to a change in membrane conductance, defined as the reciprocal of the membrane resistance. Membrane conductance is thus closely related, although not identical, to membrane permeability. When evaluating ion movements from an electrical standpoint, it is convenient to describe them in terms of ion conductances rather than ion permeabilities. For present purposes, permeability and conductance can be considered synonymous.

دو رسانایی غشایی وابسته به ولتاژ

هدف بعدی هاجکین و هاکسلی برای خود توصیف ریاضی تغییرات نفوذپذیری ⁺Na و ⁺K بود. برای انجام این کار، آنها فرض کردند که جریان‌های یونی به دلیل تغییر در رسانایی غشا هستند که به صورت معکوس مقاومت غشا تعریف می‌شود. بنابراین رسانایی غشا با نفوذپذیری غشا ارتباط نزدیکی دارد، اگرچه یکسان نیست. هنگام ارزیابی حرکات یون‌ها از دیدگاه الکتریکی، توصیف آنها بر اساس رسانایی یون‌ها به جای نفوذپذیری یون‌ها مناسب‌تر است. برای اهداف فعلی، نفوذپذیری و رسانایی را می‌توان مترادف در نظر گرفت.

If membrane conductance (g) obeys Ohm’s Law (which states that voltage is equal to the product of current and resistance), then the ion current that flows during an increase in membrane conductance is given by

اگر رسانایی غشا (g) از قانون اهم (که بیان می‌کند ولتاژ برابر با حاصلضرب جریان در مقاومت است) پیروی کند، جریان یونی که در طول افزایش رسانایی غشا جریان می‌یابد، به صورت زیر است:

where Iion is the ion current, Vm is the membrane potential, and Eion is the equilibrium potential for the ion flowing through the conductance, gion. The difference between Vm and Eion is the electrochemical driving force acting on the ion.

که در آن I _ion جریان یون، V _m پتانسیل غشا و E _ion پتانسیل تعادل برای یون جاری از میان رسانایی، g _ion، است. تفاوت بین V _m و E _ion نیروی محرکه الکتروشیمیایی است که بر یون اعمال می‌شود.

Hodgkin and Huxley used this simple relationship to calculate the dependence of Na⁺ and K⁺ conductances on time and membrane potential. They knew Vm, which was set by their voltage clamp device (Figure 3.6A), and they could determine ENa and EK from the ion concentrations on the two sides of the axonal membrane (see Table 2.1). The currents carried by Na⁺ and K⁺—that is, INa and IK—could be determined separately from recordings of the membrane currents resulting from depolarization (Figure 3.6B) by measuring the difference between currents recorded in the presence and absence of external Na⁺ (as shown in Figure 3.4). From these measurements, Hodgkin and Huxley were able to calculate gNa and gK (Figure 3.6C,D), from which they drew two fundamental conclusions. The first conclusion is that the Na⁺ and K⁺ conductances change over time. For example, both Na⁺ and K⁺ conductances require some time to activate, or turn on. In particular, the K⁺ conductance has a pronounced delay, requiring several milliseconds to reach its maximum (see Figure 3.6D), whereas the Na⁺ conductance reaches its maximum more rapidly (see Figure 3.6C). The more rapid activation of the Na⁺ conductance allows the resulting inward Na⁺ current to precede the delayed outward K⁺ current (see Figure 3.6B). Although the Na⁺ conductance rises rapidly, it quickly declines, even though the membrane potential is kept at a depolarized level. This fact shows that depolarization not only causes the Na⁺ conductance to activate, but also causes it to decrease over time, or inactivate. The K⁺ conductance of the squid axon does not inactivate in this way; thus, while the Na⁺ and K⁺ conductances share the property of time-dependent activation, only the Na⁺ conductance exhibits inactivation. (Inactivating K⁺ conductances have since been discovered in other types of nerve cells; see Chapter 4.) The time courses of the Na⁺ and K⁺ conductances are voltage-dependent, with the speed of both activation and inactivation increasing at more depolarized potentials. This accounts for the more rapid membrane currents measured at more depolarized potentials (see Figure 3.6B).

هاجکین و هاکسلی از این رابطه ساده برای محاسبه وابستگی رسانایی ⁺Na و ⁺K به زمان و پتانسیل غشا استفاده کردند. آنها V _m را که توسط دستگاه گیره ولتاژ آنها تنظیم شده بود، می‌دانستند (شکل 3.6A)، و می‌توانستند E _Na و E _K را از غلظت یون‌ها در دو طرف غشای آکسون تعیین کنند (جدول 2.1 را ببینید). جریان‌های حمل شده توسط ⁺Na و ⁺K – یعنی I _Na و I _K – را می‌توان جداگانه از ثبت جریان‌های غشایی ناشی از دپلاریزاسیون (شکل 3.6B) با اندازه‌گیری تفاوت بین جریان‌های ثبت شده در حضور و عدم حضور ⁺Na خارجی (همانطور که در شکل 3.4 نشان داده شده است) تعیین کرد. از این اندازه‌گیری‌ها، هاجکین و هاکسلی توانستند g _Na و g _K را محاسبه کنند (شکل 3.6C، D)، که از آن دو نتیجه اساسی گرفتند. نتیجه اول این است که رسانایی ⁺Na و ⁺K با گذشت زمان تغییر می‌کنند. به عنوان مثال، هر دو رسانایی ⁺Na و ⁺K برای فعال شدن یا روشن شدن به مقداری زمان نیاز دارند. به طور خاص، رسانایی ⁺K تأخیر قابل توجهی دارد و برای رسیدن به حداکثر خود به چند میلی‌ثانیه نیاز دارد (شکل 3.6D را ببینید)، در حالی که رسانایی ⁺Na سریع‌تر به حداکثر خود می‌رسد (شکل 3.6C را ببینید). فعال‌سازی سریع‌تر رسانایی ⁺Na باعث می‌شود جریان ⁺Na داخلی حاصل، مقدم بر جریان ⁺K خارجی با تأخیر باشد (شکل 3.6B را ببینید). اگرچه رسانایی ⁺Na به سرعت افزایش می‌یابد، اما به سرعت کاهش می‌یابد، حتی با وجود اینکه پتانسیل غشا در سطح دپلاریزه نگه داشته می‌شود. این واقعیت نشان می‌دهد که دپلاریزاسیون نه تنها باعث فعال شدن رسانایی ⁺Na می‌شود، بلکه باعث کاهش آن در طول زمان یا غیرفعال شدن آن نیز می‌شود. رسانایی ⁺K آکسون ماهی مرکب به این شکل غیرفعال نمی‌شود. بنابراین، در حالی که رسانایی‌های ⁺Na و ⁺K خاصیت فعال‌سازی وابسته به زمان را دارند، تنها رسانایی ⁺Na غیرفعال شدن را نشان می‌دهد. (رسانایی‌های ⁺K غیرفعال از آن زمان در انواع دیگر سلول‌های عصبی کشف شده‌اند؛ به فصل 4 مراجعه کنید.) دوره‌های زمانی رسانایی‌های ⁺Na و ⁺K وابسته به ولتاژ هستند، به طوری که سرعت فعال‌سازی و غیرفعال شدن در پتانسیل‌های دپلاریزه‌تر افزایش می‌یابد. این امر دلیل جریان‌های غشایی سریع‌تر اندازه‌گیری شده در پتانسیل‌های دپلاریزه‌تر است (شکل 3.6B را ببینید).

FIGURE 3.6 Membrane conductance changes underlying the action potential are timeand voltagedependent. Depolarizations to various membrane potentials (A) elicit different membrane currents (B). Shown below are the conductances of Na⁺ (C) and K⁺ (D) calculated from these currents. Both peak Na+ conductance and steadystate K⁺ conductance increase as the membrane potential becomes more positive. In addition, the activation of both conductances, as well as the rate of inactivation of the Na⁺ conductance, occurs more rapidly with larger depolarizations. (After Hodgkin and Huxley, 1952b.)

شکل ۳.۶ تغییرات رسانایی غشایی که در پتانسیل عمل نقش دارند، وابسته به زمان و ولتاژ هستند. دپلاریزاسیون‌ها به پتانسیل‌های مختلف غشایی (A) جریان‌های غشایی متفاوتی را ایجاد می‌کنند (B). در زیر رسانایی‌های Na⁺ (C) و K⁺ (D) که از این جریان‌ها محاسبه شده‌اند، نشان داده شده است. با مثبت‌تر شدن پتانسیل غشا، هم رسانایی اوج ⁺Na و هم رسانایی حالت پایدار ⁺K افزایش می‌یابند. علاوه بر این، فعال شدن هر دو رسانایی، و همچنین سرعت غیرفعال شدن رسانایی ⁺Na، با دپلاریزاسیون‌های بزرگتر، سریع‌تر اتفاق می‌افتد. (به نقل از هاجکین و هاکسلی، 1952b.)

The second conclusion derived from Hodgkin and Huxley’s calculations is that both the Na⁺ and K⁺ conductances are voltage-dependent—that is, both conductances increase progressively as the neuron is depolarized. Figure 3.7 illustrates this by plotting the relationship between peak value of the conductances (from Figure 3.6C,D) against the membrane potential. Note the similar voltage dependence for each conductance; both conductances are quite small at negative potentials, maximal at very positive potentials, and exquisitely dependent on membrane voltage at intermediate potentials. The observation that these conductances are sensitive to changes in membrane potential shows that the mechanism underlying the conductances somehow “senses” the voltage across the membrane.

دومین نتیجه‌ای که از محاسبات هاجکین و هاکسلی به دست می‌آید این است که رسانایی‌های ⁺Na و ⁺K هر دو وابسته به ولتاژ هستند – یعنی، هر دو رسانایی با دپلاریزه شدن نورون به تدریج افزایش می‌یابند. شکل 3.7 این موضوع را با رسم رابطه بین مقدار پیک رسانایی‌ها (از شکل 3.6C، D) در برابر پتانسیل غشا نشان می‌دهد. به وابستگی ولتاژ مشابه برای هر رسانایی توجه کنید؛ هر دو رسانایی در پتانسیل‌های منفی بسیار کوچک، در پتانسیل‌های بسیار مثبت حداکثر و در پتانسیل‌های میانی به شدت وابسته به ولتاژ غشا هستند. مشاهده اینکه این رسانایی‌ها به تغییرات پتانسیل غشا حساس هستند، نشان می‌دهد که مکانیسم زیربنایی رسانایی‌ها به نحوی ولتاژ را در سراسر غشا “حس” می‌کند.

FIGURE 3.7  Depolarization increases Na⁺ and K⁺ conductances of the squid giant axon.The peak magnitude of Na⁺ conductance and  steady-state value of K⁺ conductance both increase steeply as the membrane potential is depolarized. (AfterHodgkin and Huxley, 1952b.)

شکل ۳.۷ دپلاریزاسیون، رسانایی ⁺Na و ⁺K آکسون غول‌پیکر ماهی مرکب را افزایش می‌دهد. با دپلاریزاسیون پتانسیل غشا، حداکثر مقدار رسانایی ⁺Na و مقدار حالت پایدار رسانایی ⁺K هر دو به شدت افزایش می‌یابند. (به نقل از هاجکین و هاکسلی، 1952b.)

All told, the voltage clamp experiments carried out by Hodgkin and Huxley showed that the ion currents that flow when the neuronal membrane is depolarized are due to three different time-dependent and voltage-sensitive processes: (1) activation of Na⁺ conductance, (2) activation of K⁺ conductance, and (3) inactivation of Na⁺ conductance.

روی هم رفته، آزمایش‌های ولتاژ کلمپ انجام شده توسط هاجکین و هاکسلی نشان داد که جریان‌های یونی که هنگام دپلاریزه شدن غشای نورونی جریان می‌یابند، ناشی از سه فرآیند مختلف وابسته به زمان و حساس به ولتاژ هستند: (1) فعال شدن رسانایی Na⁺، (2) فعال شدن رسانایی ⁺K و (3) غیرفعال شدن رسانایی ⁺Na.

Reconstruction of the Action Potential