SINH LÝ GUYTON Điện thế màng và điện thế hoạt động

CHƯƠNG : H u m i t bào c a th đ u có n th hai bên màng t bào M t s t bào t bào th n kinh t bào cơ, s hình thành nh ng xung đ ng n hóa thay đ i m t cách nhanh chóng màng, nh ng xung đ ng truy n tín hi u d c theo màng M t s t bào khác t bào n, đ i th c bào, t bào lơng có nh ng bi n đ i n th màng có ch c khác Chương ôn l i nh ng ch c a vi c hình thành n th màng lúc ngh n th ho t đ ng c a t bào th n kinh CƠ S V T LÍ C A ĐI N TH MÀNG S khu ch tán c a ion dương natri t o n th màng trái d u v i v i trư ng h p ion kali hình 5- 1A, t c ngồi màng âm, màng dương Trong vài mili giây , n th tăng v t đ ngăn không cho ion na khu ch tán thêm vào n a Lúc này, s i th n kinh đ ng v t có vú n th kho ng 61mV, n tích dương bên màng Như v y, c hình 5.1, th y r ng dư i u ki n thích h p s chênh l ch n ng đ ion qua màng bán th m ch n l c, t o nên n th màng Ph n sau c a chương này, ch nhi u s thay đ i n th màng quan sát đư c su t trình truy n xung đ ng th n kinh cơ, k t qu c a s x y nhanh chóng c a n th khu ch tán ĐI N TH MÀNG ĐƯ C T O RA B I N NG Đ CÁC ION SBASIC khác PHYSICS OF bên màng bán th m có ch n l c Trong hình 5- 1A, m t s i th n kinh, bên màng có n ng đ ion k r t cao, màng n ng đ kali th p Gi s lúc màng tr nên r t th m m t lo i ion kali mà khơng th m ion khác Vì chênh l ch n ng đ cao gi a ngồi t bào, có m t xu hư ng ion kali khu ch tán qua màng bán th m, v y kali mang theo n tích dương ngồi màng, đ l i n tích âm bên trong( ion âm không khu ch tán qua màng ion kali) Trong th i gian mili giây, chênh lêch n th gi a màng t bào g i n th khu ch tán, n th đ t t i m c ngăn không cho kali màng t bào n a, n ng đ kali bên v n cao bên s i th n kinh đ ng v t có vú, s chênh l ch n th kho ng 94 mV, âm bên màng Trong hình 5- 1B, ch hi u ng tương t hình 5.1 A Nhưng lúc ion natri v i n ng đ cao bên n ng đ th p bên màng t bào Nh ng ion mang n tích dương Th i m màng có tính th m cao vs ion Na mà ko cho ion khác th m qua Phương trình Nernst mơ t tương quan gi a n th khu ch tán hi u n ng đ ion Đi n th gi a hai bên màng, đ t giá tr v a đ đ ngăn s khu ch tán th c m t ion qua màng g i n th Nernst đ i v i ion đó, m t thu t ng đư c gi i thi u chương DIFFUSION POTENTIALS Nerve fiber (Anions)– Nerve fiber – + – + + – – + (Anions)– – + (Anions) + – + + – – + + – + + – – + + – + + – K+ Na+ K+ Na+ – + + – + + – – + + – + + – – + + – + + – (–94 mV) (+61 mV) + – + – + + – + + – – + + + – – + (Anions)– A – – – – – – – – – – B Figure 5­1 A, Establishment of a diffusion potential across a nerve fiber membrane, caused by diffusion of potassium ions from inside the cell to outside through a membrane that is selectively permeable only to potassium B, Establishment of a diffusion potential when the nerve fiber membrane is permeable only to sodium ions Note that nal membrane potential is negative when potassium ions the inter diffuse and positive when sodium ions diffuse because of opposite concentration gradients of these two ions 61 UNIT II Đi n th màng n th ho t đ ng Ph n II: Sinh lí màng t bào, th n kinh Giá tr c a n th N đư c quy t đ nh b i t l n ng đ ion đ c bi t hai bên màng, t l n ng đ ion l n xu th khu ch tán ion m nh n th N cao đ ngăn c n s khu ch tán th c ti p t c x y n a Phương trình sau g i phương trình N, có th đư c dùng đ tính tốn n th N cho b t kì ion có hóa tr u ki n nhi t đ th bình thư ng 98,6 đ F( 37 đ C 61 ×log n ng đ bên C) EMF(millivolts) = ± z n ng đ bên ( EMF: l c n đ ng, z: n tích c a ion vd: +1 đ i v i K+ Khi dùng phương trình này, ta ln th a nh n r ng n th màng t bào bao gi b ng 0, n th N n th bên màng t bào D u c a n th (+) n u ion khu ch tán t màng t bào ion âm, d u c a n th âm ta có ion dương khu ch tán Vì v y v i ví d n ng đ ion dương K+ bên cao g p 10 l n bên ngồi , log c a 10 1, n th N s đư c tính 61mV bên màng Phương trình Goldman đư c dùng đ tính n th khu ch tán màng th m nhi u ion khác nhau: Khi màng th m nhi u ion khác n th khu ch tán ph thu c y u t : (1) d u c a n tích ion, (2) tính th m P c a màng đ i v i m i ion (3) n ng đ ion( C) tương ng bên trong( i) bên ngồi màng (o) v y phương trình sau g i Phương trình Goldman hay phương trình Phương trình Goldman- hoagkin Katz đưa cách tính n th bên màng t bào có ion dương hóa tr m t Na+ K+ m t ion âm hóa tr m t ClEMF (millivolts ) = −61 × log CNa+ PNa+ + CK+ PK+ + CCIo− PCI− i i CNao+ PNa+ + CKo+ PK+ + CCIi− PCI− Nh ng m đáng ý c a Phương trình Goldman : th nh t: ion Na, K Cl đ u r t quan tr ng vi c t o n th màng dây th n kinh t bào nơ ron h th n kinh trung ương S chênh l ch n ng đ ion qua màng s giúp xác đ nh n th màng Th 2: m c đ quan tr ng c a m i ion vi c t o n th t l v i tính th m c a ion qua màng Ví d n u màng không th m K+ Cl - , n th màng ch ph thu c chênh l ch n ng đ na s b ng tr s phương trình Nernst đ i v i ion Na, 62 — + I KC +++++++++++ –––––––––– +++++ ––––– Silver–silver chloride electrode – – – – – – – – – (–90 – – – – – – – + + + + + + + + + mV) + + + + + + + + Figure 5­2 Measurement of the membrane potential of the nerve fiber using a microelectrode Th 3: n u n ng đ ion dương bên màng cao bên màng s t o n th âm bên màng Lí c a hi u ng nhi u ion dương s khu ch tán ngoài, s khu ch tán s mang theo di n tích dương bên ngồi đ l i ion âm không l t màng, l i t o n th âm màng Hi u ng ngư c l i x y có m t s chênh l ch n ng đ ion âm Ví d ch nh l ch n ng đ ion clo bên màng t o âm bên màng s khu ch tán m c ion clo mang n tích âm vào bên trong, khơng có s khu ch tán ion dương ngồi Th 4: tính th m c a kênh na k bi n đ i c c nhanh có xung đ ng th n kinh, tính th m c a ion kênh clo bi n đ i ch m, tính th m na k có ý nghĩa ch y u đ i v i s truy n đ t tín hi u dây th n kinh, ch đ s đư c nh c đ n ph n l i c a chương ĐO ĐI N TH MÀNG Phương pháp đo n th màng đơn gi n v m t lí thuy t l i khó áp d ng th c t kích thư c c a ph n l n s i r t nh Hình 5.2 ch m t pi pét nh c m vào m t dung d ch n gi i pipet đâm xuyên qua màng t bào vào bên c a s i M t n c c khác đư c g i n c c trung tính, đư c đ t v trí d ch ngo i bào, s chênh l ch n th bên màng đư c đo b i m t máy vơn k thích h p Máy vơn k m t thi t b n tinh vi có th đo đư c n th nh m c dù tr kháng r t cao v i dòng n tích di chuy n qua đ u c a micro pipet - có đư ng kính lumen nh micro met n tr 1000 m ôm Đ ghi l i nhanh s bi n đ i n th màng trình lan truy n xung đ ng th n kinh, vi n c c đư c k t n i v i m t nghi m dao đ ng s đư c gi i thích chương sau Chương 5: Đi n th Nerve fiber Electrical potential (millivolts) –90 Figure 5­3 Distribution of positively and negatively charged ions in the extracellular fluid surrounding a nerve fiber and in the fluid inside Note the alignment of negative charges along the inside the fiber surface of the membrane and positive charges along the outside surface The lower panel displays the abrupt changes in membrane potential that occur at the membranes on the two sides of the fiber Ph n dư i c a hình 5.3 ch n th đư c đo m i m bên ho c g n màng t bào s i th n kinh, b t đ u bên trái c a hình sang bên ph i, n u n th đo đư c bên màng t bào th n kinh b ng khơng n th c a d ch ngo i bào Sau n th đo đư c qua vôn k thay đ i theo t ng khu v c c a t bào( đư c g i l p n th lư ng c c), n th gi m đ t ng t xu ng -90mV Chuy n đ n trung tâm c a dây th n kinh, n th trì m c n đ nh -90mV quay ngư c l i m c nó qua màng phía đ i di n dây th n kinh Đ t o m t n th âm bên màng, ion dương ch đ phát tri n l p n th lư ng c c màng ph i đư c v n chuy n phía ngồi T t c nh ng ion trì bên s i th n kinh có th dương ho c âm đư c ch ph n c a hình 5.3 Vì v y, s v n chuy n c a m t lư ng r t nh ion qua màng có th thi t l p nên n th ngh -90mv bên s i th n kinh, u có nghĩa ch kho ng 1/3000000 t i 1/ 100 000 000 lư ng n th dương bên màng s i th n kinh đư c v n chuy n ra, m t s lư ng nh ngang b ng v i lư ng ion dương di chuy n t bên vào bên s i th n kinh có th đ o ngư c n th t -90mv l n r t nhi u t i +35mv th i gian 1/10000 giây S thay đ i v trí nhanh chóng c a ion theo cách t o tín hi u th n kinh đư c th o lu n nh ng ph n ti p theo c a chương ĐI N TH NGH C A S I TH N KINH Đi n th ngh c a nh ng dây th n kinh l n chúng khơng truy n tín hi u th n kinh kho ng -90mV ATP Selectivity filter 3Na+ 2K+ + + Na -K pump ADP Na+ K+ UNIT II ho t đ ng Outside 3Na+ 2K+ –+–+–+–+–+–+–+– +–++––+–+––++–+ –+–+–+–+–+–+–+– +–++––+–+––++–+ –+–+–+–+–+–+–+– +–++––+–+––++–+ –+–+–+–+–+–+–+– +–++––+–+––++–+ –+–+–+–+–+–+–+– +–++––+–+––++–+ màng n th K+ K+ "leak" channels Figure 5­4 Functional characteristics of the Na+-K+ pump and of the K+ “leak” channels ADP, adenosine diphosphate; ATP, adenosine triphosphate The K+ leak channels also leak Na+ ions into the cell slightly but are much more permeable to K+ Ví d , n th bên dây th n kinh âm 90mV so v i bên nh ng ph n ti p theo, tính ch t v n chuy n c a màng t bào th n kinh v i ion natri, kali nh ng y u t xác đ nh m c n th ngh s đư c gi i thích V n chuy n ch đ ng ion natri, kali qua màng- Bơm Natri-Kali Nh c l i t chương r ng: t t c t bào th đ u có m t bơm Natri-Kali r t m nh liên t c v n chuy n natri kali vào t bào, đư c minh hoa hình 5.4 Chú ý r ng m t bơm n tích nhi u n tích dương đư c bơm vào trong( na cho k vào) đ l i m t s hao h t n tích dương bên gây n th âm phía màng t bào The Na+-K+ pump also causes large concentration gradients for sodium and potassium across the resting nerve membrane These gradients are as follows: Na( bên ngoài) 142 mEq/l Na( bên trong) 14 mEq/l K(bên ngoài) mEq/l K(( bên trong) 140 mEq/l Các t l tương ng c a ion bên màng là: Na trog/ngồi: 0,1 K trong/ngồi: 35 S rị r kali qua màng t bào th n kinh Phía bên ph i hình 5.4 ch kênh protein ( đơi g i kênh kali ho c kênh rò r kali ) màng t bào th n kinh mà qua k có th b rị r c t bào 63 Ph n II: Sinh lí màng t bào, th n kinh bào ngh C u trúc c a kênh k đư c mơ t chương 4, (hình 4.4) Nh ng kênh k có th rị r m t lư ng nh na, đáng ý tính th m màng đ i v i k cao na kho ng 100 l n S chênh l ch tính th m s đư c th o lu n sau chìa khóa đ xác đ nh n th màng lúc ngh NGU N G C C A ĐI N TH NGH Hình 5.5 ch nh ng y u t quan tr ng thi t l p nên n th màng, là: K+ mEq/L K+ 140 mEq/L (–94 mV) (–94 mV) A Na+ K+ 142 mEq/L mEq/L Na+ 14 mEq/L 140 mEq/L (+61 mV) (–94 mV) K+ (–86 mV) B + – + – Diffusion Na+ + – pump + – 142 mEq/L + – + – + – Na+ 14 mEq/L Diffusion + – pump + – mEq/L + – + – + – + – – (Anions) + – K+ C K+ 140 mEq/L (–90 mV) (Anions)– – – – – – – – – – – – – – – – – – – – + + + + + + + + + + + + + + + + + + + Figure 5­5 Establishment of resting membrane potentials in nerve fibers under three conditions: A, when the membrane potential is caused entirely by potassium diffusion alone; B, when the membrane potential is caused by diffusion of both sodium and potassium ions; and C, when the membrane potential is caused by diffusion of both sodium and potassium ions plus pumping of both these ions by the Na+-K+ pump 64 S đóng góp góp c a s khu ch tán kali: hình 5.5 a, gi đ nh r ng ch có s v n chuy n c a ion kali đư c khu ch tán qua màng, đư c ch ng minh b i s m kênh kali bên màng t bào Vì t l n ng đ kali màng r t cao, t i 35:1, theo phương trình Nerst , khu ch tán kali t o n th -61 mV x log35 = -94mV Vì v y n u kali ion nh t t o n th ngh n th ngh bên s i th n kinh s -94mV đư c ch hình v S đóng góp c a khu ch tán ion natri: Hình 5-5b ch ph n đóng góp thêm cho n th màng khu ch tán natri, gây b i s khu ch tán natri qua s rò r kênh Na+-K+ T l n ng đ v i natri bên màng 0,1, tính n th bên màng theo phương trình N +61mV Hơn n a đư c ch hình 5-5b n th khu ch tán kali -94mV V y chúng s tác đ ng l n th nào? Và n th t ng h p gì? Câu h i s đư c tr l i b i phương trình Goldman đư c mơ t t trư c B ng tr c giác, có th th y r ng n u màng có tính th m cao v i kali ch có tính th m th p v i natri s r t h p lí n u s đóng góp c a kali cho vi c hình thành n th màng nhi u natri t bào th n kinh bình thư ng, s khu ch tán c a kali g p 100 l n natri Dùng t s vào phương trình Goldman n th bên màng -86mV, g n v i n th khu ch tán kali đư c ch hình S đóng góp c a bơm Na+-K+ Trong hình 5-5C, bơm Na+-K+ đư c ch đ cung c p thêm s đóng góp vào n th ngh Hình ch ng minh vi c bơm liên t c ion natri bên ngồi màng x y có ion kali đư c bơm vào bên Vi c bơm nhi u ion natri kali gây vi c m t n tích dương bên màng t bào, t o thêm m t m c n th âm( kho ng -4mV) phía bên màng so v i ch khu ch tán đơn thu n Như v y, đư c ch hình 5-5 C, n th màng đư c t o b i t t c y u t tác đ ng vào th i m -90mV Tóm t i, s khu ch tán đơn thu n kali natri s t o n th màng kho ng -86mV, đư c t o thành h u h t b i s khu ch tán kali Thêm vào -4mV đư c t o ho t đ ng bơm liên t c c a bơm Na+-K+., t o nên n th màng -90mV Chương 5: Đi n th màng n th ho t đ ng Resting Stage The resting stage is the resting KÊNH CÓ CÁNH C NG ĐI N TH NATRI VÀ KALI ĐI N TH TH N KINH HO T Đ NG C A T BÀO Đi n th ho t đ ng di chuy n d c theo màng nơron truy n đ t tín hi u th n kinh M i n th ho t đ ng b t đ u t s thay đ i đ t ng t n th âm c a màng thành n th dương k t thúc v i m t t c đ thay đ i nhanh chóng tương đương đ tr l i n th âm Đ t o nh ng tín hi u th n kinh, n th ho t đ ng di chuy n d c theo t bào s i th n kinh cho t i m k t thúc c a Ph n c a hình 5-6 ch s thay đ i x y màng su t trình xu t hi n n th ho t đ ng v i s v n chuy n n tích dương vào bên màng vào lúc b t đ u sau tr l i n tích dương ngồi vào lúc k t thúc Ph n dư i c a hình v ch s thay đ i ti p theo c a n th màng ch m t vài ph n v n giây, ch ng minh s xu t hi n bùng n c a n th ho t đ ng s quay l i tr ng thái ban đ u nhanh tương đương membrane potential before the action potential — + begins The membrane is said to be “polarized” during this stage I KC ++++ –––– –––– ++++ +++++ ––––– –––– ++++ ++++ –––– –––––– ++++++ Silver–silver chloride electrode Overshoot +35 Millivolts o rizati Repola n De p olarizat io n –90 Resting Y u t c n thi t gây nên trình kh c c tái c c c a màng t bào th n kinh su t trình n th ho t đ ng kênh có cánh c ng n th natri- đóng vai trị quan tr ng vi c tăng nhanh chóng ho t đông tái c c c a màng t bào kênh có cánh c ng n th đư c thêm vào v i bơm Na+-K+ kênh rị r kali Ho t hóa kh ho t kênh có cánh c ng n th natri Ph n c a hình 5-7 ch kênh có cánh c ng n th natri giai đo n riêng bi t Kênh có c ng: m t bên đư c g i c ng ho t hóa m t c ng bên g i c ng b t ho t Phía trái c a hình v th hi n giai đo n hai c ng màng ngh , n th màng -90mV giai đo n c ng ho t hóa b đóng l i, ngăn c n b t kì dịng natri vào bên s i th n kinh qua kênh natri 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Milliseconds Figure 5­6 Typical action potential recorded by the method shown in the upper panel of the figure 65 UNIT II Nh ng giai đo n liên ti p c a n th ho t đ ng Giai đo n ngh : Giai đo n ngh n th màng trư c n th ho t đ ng xu t hi n Ngư i ta nói màng tr ng thái kh c c hóa su t giai đo n b i n th màng -90mV ch ng minh u Giai đo n kh c c: Vào th i m này, màng đ t nhiên r t th m v i ion natri, cho phép m t lư ng l n natri ùa vào bên s i tr c nơ ron Tr ng thái c c hóa -90mV l p t c b m t b i dịng natri mang n tích dương t o nên s chuy n nhanh chóng n th sang phía n th dương Hi n tư ng g i kh c c nh ng s i th n kinh l n, nhi u natri di chuy n vào bên gây n th màng tăng đà qua m c t i m t giá tr dương m t s t bào th n kinh nh , nh ng nơron c a t bào th n kinh trung ương, n th ch đo đư c g n t i m c không, ch không v t đà lên tr s dương Giai đo n tái c c: Ngay kho nh kh c ng n vài ph n v n giây sau màng tăng v t tính th m v i natri, kênh natri b t đ u đóng kênh kali m r ng bình thư ng Sau ion kali khu ch tán nhanh chóng ngồi tái t o l i tr ng thái c c hóa lúc ngh , đo đư c g i giai đo n tái c c Đ gi i thích đ y đ v y u t gây trình kh c c tái c c, s mô t nh ng đ c m c a lo i kênh v n chuy n qua màng t bào th n kinh: c ng n th natri kênh kali ĐI N TH HO T Đ NG C A T BÀO TH N KINH Ph n II: Sinh lí màng t Activation gate Na+ bào, th n kinh Na+ Selectivity filter Amplifier Na+ Electrode in fluid Inactivation gate Resting (−90 mV) Voltage electrode Activated (−90 to +35 mV) Inactivated (+35 to −90 mV, delayed) Current electrode Figure 5­8 The “voltage clamp” method for studying flow of ions through specific channels Kênh có cánh c ng n th kali s ho t hóa Inside Resting (−90 mV) K+ K+ Slow activation (+35 to −90 mV) Figure 5­7 Characteristics of the voltage-gated sodium (top) and potassium (bottom) channels, showing successive activation and inactivation of the sodium channels and delayed activation of the potassium channels when the membrane potential is changed from the normal resting negative value to a positive value Ho t hóa kênh natri: Khi n th màng tr nên âm giai đo n ngh , tăng d n t -90mV v phía 0, lên t i tr s kho ng -70 đ n -50mV n th t o m t s bi n đ i đ t ng t hình dáng c ng ho t hóa, cánh c ng chuy n sang v trí m c a, ion natri ùa qua kênh vào t bào tính th m c a natri v i màng tăng lên g p 500-5000 l n Kh ho t kênh natri : Ph n hình 5-7 ch giai đo n c a kênh natri S tăng n th làm m c ng ho t hóa đ ng th i làm đóng c ng kh ho t C ng kh ho t đư c đóng vịng vài ph n v n giây sau c ng ho t hóa đư c m Có u m c ng ho t hóa nhanh đóng c ng kh ho t t t Vì v y sau kênh natri đư c m trì vài ph n v n giây, c ng kh ho t đóng l i ion natri khơng th tràn vào bên màng t bào m này, n th màng b t đ u tr l i tr ng thái lúc ngh Đây g i trình tái c c M t đ c m đáng ý c a trình ho t đ ng kh ho t kênh natri c ng kh ho t không m tr l i cho t i n th màng quay tr v ho c g n t i m c n th ngh ban đ u Do khơng th có kênh natri m tr l i mà khơng có s tái c c c a s i th n kinh 66 Ph n dư i hình 5-7 ch kênh có cánh c ng n th kali giai đo n : lúc ngh ( trái) hư ng v k t thúc n th ho t đ ng( ph i) Trong su t giai đo n ngh , c ng kênh kali b đóng, ion kali b ngăn ch n qua kênh bên ngoài,khi n th màng tăng d n t -90mV v phía 0, lên t i tr s kho ng -70 đ n -50mV n th đo t o m t s bi n đ i đ t ng t hình dáng c ng ho t hóa, cánh c ng chuy n sang v trí m c a,cho phép ion kali ùa qua kênh ngồi t bào Tuy nhiên có m t chút ch m tr vi c m kênh kali, h u chúng ch m kênh natri b t đ u đóng l i s kh ho t hóa Vì v y vi c gi m lư ng natri vào t bào v i t c đ c a trình tái c c d n đ n vi c thi t l p l i n th màng th i gian vài ph n v n giây Phương pháp” k p n th ’ nghiên c u nh hư ng c a n áp lên vi c m đóng cánh c ng n th V i nghiên c u ban đ u d n đ n s hi u bi t v kênh natri kali,các nhà khoa h c Hodgkin Huxley đư c nh n gi i Nobel B n ch t c a nh ng nghiên c u đư c trình bày hình 5-8 5-9 Hình 5-8 cho th y phương pháp k p n áp, dùng đ đo dịng ch y c a ion thông qua kênh khác Trong vi c s d ng thi t b này, hai n c c đư c đưa vào s i th n kinh M t nh ng n c c đư c s d ng đ đo n th màng, c c l i đư c s d ng đ đo dòng n vào ho c kh i s i th n kinh Thi t b đư c s d ng theo cách sau: Các nhà khoa h c quy t đ nh mà n áp đ thi t l p bên s i th n kinh Sau đó, ph n n t c a thi t b đư c u ch nh đ có n áp mong mu n, t đ ng tiêm n tích dương hay âm thơng qua n c c hi n b t c t l c n thi t đ gi n áp đo b ng n c c n áp m c đ thi t l p b i nhà u hành Khi n th màng đư c tăng đ t ng t tăng b i k p n th t -90 mV đ n s không, cánh c ng n th natri kali m ion natri kali b t đ u đ qua kênh –90 mV n +10 mV Membrane potential Action potential 100 iva t io Time (milliseconds) –90 mV Figure 5­9 Typical changes in conductance of sodium and potassium ion channels when the membrane potential is suddenly increased fr om the normal resting value of −90 millivolts to a positive value of +10 millivolts for milliseconds This figure shows that the sodium channels open (activate) and then close (inactivate) before the end of the milliseconds, whereas the potassium channels only open (activate), and the rate of opening is much slower than that of the sodium channels Đ cân b ng v i nh hư ng c a dòng ion mong mu n thi t l p n th n i bào, dòng n đư c tiêm t đ ng thông qua n c c c a k p n th đ trì n áp n i bào n đ nh c n thi t m c không Đ đ t đư c m c này, lư ng tiêm vào ph i b ng chi u đ i ngư c v i dịng ch y thơng qua kênh màng Đ đo dòng ch y hi n t i di n t i m i th i m th nào, n c c đư c n i v i m t nghi m dao đ ng ghi l i dòng ch y hi n t i, ch ng minh hình c a nghi m dao đ ng hình 5-8 Cu i cùng, nhà khoa h c u ch nh n ng đ c a ion đ khác so v i m c bình thư ng c bên bên s i th n kinh l p l p l i nghiên c u Thí nghi m có th đư c th c hi n d dàng s d ng s i dây th n kinh l n l y t m t s v t không xương s ng, đ c bi t s i th n kinh m c ng kh ng l , mà m t s trư ng h p đư ng kính l n t i mm Khi natri ion nh t th m vào dung d ch bên bên s i tr c m c, k p n th ch đo dòng ch y thông qua kênh natri Tương t v i kênh kali M t phương pháp khác đ nghiên c u dòng ion qua m t lo i kênh riêng bi t đ ch n m t lo i kênh t i m t th i m Ví d , kênh natri có th b ch n b i m t ch t đ c g i tetrodotoxin đư c g n vào bên c a màng t bào, nơi v trí c a ho t hóa natri Ngư c l i, ion tetraetylammoni ch n kênh kali đư c g n vào bên s i th n kinh Hình 5-9 cho th y thay đ i n hình đ d n c a cánh c ng n th kênh natri kali th màng đ t nhiên thay đ i thông qua vi c s d ng k p n th t -90 mV đ n 10 mV mili giây sau đó, tr l i -90 mV Lưu ý s m đ t ng t c a kênh natri (giai đo n kích ho t) m t ph n nh c a m t ph n nghìn giây sau n th màng tăng lên đ n giá tr dương Tuy nhiên, m t ph n nghìn giây ti p ho c lâu hơn, kênh natri t đ ng đóng l i (giai đo n b t ho t) –20 –40 –60 –80 –100 10 Positive afterpotential 0.1 0.01 Ratio of conductances 0.001 100 10 K+ 0.1 Na+ 0.01 0.005 0.5 1.0 Milliseconds 1.5 Figure 5­10 Changes in sodium and potassium conductance during the course of the action potential Sodium conductance increases several thousand–fold during the early stages of the action potential, whereas potassium conductance increases only about 30-fold during the latter stages of the action potential and for a short period thereafter (These curves were constructed from theory presented in papers by Hodgkin and Huxley but transposed from squid axon to apply to the membrane potentials of large mammalian nerve fibers.) Lưu ý vi c m (kích ho t) c a kênh kali t t đ t đ n tr ng thái m đ y đ ch sau kênh natri g n đóng hồn tồn Hơn n a, m t kênh kali m , chúng v n m cho toàn b th i gian n th màng ho t đ ng khơng đóng l i cho đ n n th màng đư c gi m tr l i m t giá tr âm TÓM T T CÁC S HO T Đ NG KI N GÂY RA ĐI N TH Hình 5-10 tóm t t s ki n liên ti p x y sau n th ho t đ ng Ph n đáy c a hình v cho th y nh ng thay đ i đ d n n c a màng cho ion natri kali Trong giai đo n ngh , trư c n th ho t đ ng b t đ u, tính th m v i ion kali cao 50 đ n 100 l n v i ion natri S chênh l ch rò r c a ion kali l n nhi u so v i ion natri qua kênh rò r Tuy nhiên, vào lúc b t đ u c a n th ho t đ ng, kênh natri l p t c tr nên kích ho t cho phép tăng đ n 5000 l n tính d n Quá trình ng ng ho t đ ng sau đóng kênh natri m t ph n nh c a m t ph n nghìn giây S kh i đ u c a n th ho t đ ng làm cho c ng n th c a kênh kali m ch m m t ph n nh c a m t ph n nghìn giây sau kênh natri m 67 UNIT II ct Na+ conductance K+ conductance 10 Conductance (mmho/cm2) Activation 20 +60 +40 +20 Overshoot K+ channel a In Conductance (mmho/cm2) Na+ channel 30 Membrane potential (mV) Chương 5: Đi n th màng n th ho t đ ng Potentials Ph n II: Sinh lí màng t bào, th n kinh Vào cu i n th ho t đ ng, n th màng âm tr l i gây kênh kali đ đóng quay l i tình tr ng ban đ u c a chúng, m t l n n a, ch sau m t ph n nghìn giây b sung ho c ch m tr Ph n gi a c a Hình 5-10 cho th y t l tính d n natri kali t i m i th i m n th ho t đ ng, phía mơ t n th ho t đ ng c a Trong ph n đ u c a n th ho t đ ng, t l d n natri kali tăng 1000 l n Do đó, nhi u ion natri ch y vào bên s i th n kinh ion kali bên Đây nh ng gây n th màng tr nên dương m kh i đ u n th ho t đ ng Sau đó, kênh natri b t đ u đóng c a kênh kali b t đ u m , t l d n truy n thay đ i nhi u vi c tăng đ d n kali cao đ d n natri th p S thay đ i cho phép hao h t r t nhanh chóng m t ion kali bên ngồi, h u khơng dịng ch y c a ion natri vào bên Do đó, n th ho t đ ng nhanh chóng tr l i m c ban đ u c a Khi kênh m đ đáp ng v i m t kích thích làm phân c c màng t bào, ion canxi tràn vào bên t bào M t ch c quan tr ng c a cánh c ng n th canxi góp ph n vào giai đo n kh c c c a n th ho t đ ng m t s t bào Tuy nhiên s ho t hóa c a kênh canxi ch m, ch m g p 10-20 l n kênh natri Vì lý này, kênh canxi đư c g i kênh ch m, trái ngư c v i kênh natri đư c g i kênh nhanh Do đó, vi c m c a kênh canxi cung c p m t s kh c c b n v ng hơn, kênh natri đóng m t vai trò quan tr ng th ho t đ ng ban đ u Các kênh canxi r t nhi u c hai tim trơn Trong th c t , m t s lo i trơn, kênh natri nhanh h u m t; Vì v y, n th ho t đ ng đư c t o g n hồn tồn b ng cách kích ho t kênh calci ch m Tăng th m c a kênh natri có m t s thâm h t ion canxi N ng đ c a ion canxi d ch ngo i bào có m t nh hư ng sâu s c đ n m c n th mà t i kênh natri tr nên kích ho t Khi có s thâm h t c a ion canxi, kênh natri b kích ho t (m ) b ng m t s gia tăng nh n th màng t giá tr bình thư ng c a nó, m t giá tr r t âm Do đó, s i th n kinh tr nên r t d b kích đ ng, đơi l p l i kích thích nhi u l n mà khơng có s kích thích m c trì giai đo n ngh Trong th c t , n ng đ ion canxi c n gi m ch có 50 ph n trăm dư i m c bình thư ng trư c t phát xung x y m t s dây th n kinh ngo i biên, thư ng gây co liên t c g i “tetany.” Co tetany gây ch t ngư i co c ng hơ h p Cách ion canxi có th nh hư ng đ n kênh natri sau: Nh ng ion xu t hi n liên k t v i b m t bên c a phân t protein kênh na Các n tích dương c a ion canxi l n lư t thay đ i tr ng thái n c a protein kênh natri, làm thay đ i m c n th c n thi t đ m c ng natri Vai trò c a ion khác n th ho t đ ng Như v y cho đ n th i m này, ch xem xét vai trò c a ion natri kali vi c t o n th ho t đ ng Ít nh t hai lo i ion khác ph i đư c xem xét: anion âm ion canxi Ion mang n tích âm bên s i tr c dây th n kinh Bên s i th n kinh r t nhi u ion mang n tích âm mà khơng th qua kênh màng Chúng bao g m anion c a phân t protein nhi u h p ch t h u phosphate, h p ch t sulfate, vv B i ion không th kh i bên s i th n kinh, b t k s thâm h t c a ion dương bên màng đ l i m t s dư th a c a anion âm khơng th m Do đó, ion âm không th m ch u trách nhi m cho n tích âm bên s i dây th n kinh có s thâm h t dịng n tích dương c a ion kali ion dương khác Ion Canxi: Các màng c a g n t t c t bào c a th có m t bơm canxi tương t bơm natri, canxi v i (ho c thay th ) natri m t s t bào gây h u h t n th ho t đ ng Gi ng bơm natri, bơm canxi v n chuy n ion canxi t n i bào ngo i bào qua màng t bào (ho c vào m ng lư i n i ch t c a t bào), t o m t s chênh l ch n ng đ ion canxi kho ng 10.000 l n Quá trình đ l i n ng đ ion canxi bên n i bào kho ng 10-7 mol, trái ngư c v i m t n ng đ bên kho ng 10-3 mol Ngồi ra, có nh ng cánh c ng n th c a kênh kênh canxi B i n ng đ ion canxi d ch ngo i bào nhi u 10.000 l n d ch n i bào, có m t gradient khu ch tán l n cho dòng ion canxi th đ ng vào t bào Các kênh có tính th m nh v i ion natri ion canxi, đ th m c a chúng v i canxi l n na kho ng 1000 l n u ki n sinh lý bình thư ng 68 S PHÁT SINH ĐI N TH HO T Đ NG Tính đ n th i m này, gi i thích s thay đ i tính th m natri kali qua màng t bào, s phát tri n c a n th ho t đ ng, khơng gi i thích s phát sinh n th ho t đ ng M t vòng feedback dương m kênh natri: Đ u tiên, mi n màng c a s i th n kinh v n cịn ngun v n, khơng có n th ho t đ ng x y dây th n kinh bình thư ng Tuy nhiên, n u có m t y u t làm tăng đơi chút n th màng t -90mV hư ng t i m c b ng không, n th tăng cao s gây vi c m m t s kênh natri có c ng n th Đi u cho phép dòng ch y nhanh chóng vào c a ion natri, gây m t s gia tăng n a n th màng, d n đ n vi c m cánh c ng n th cho phép nhi u dòng natri vào t bào dây th n kinh Chương 5: Đi n th Ngư ng t o n th ho t đ ng M t th ho t đ ng s không x y cho đ n s gia tăng n th màng đ l n đ t o feedback dương đư c mô t đo n Đi u x y s lư ng c a ion natri vào dây th n kinh tr nên l n so v i s lư ng ion kali M t s gia tăng đ t ng t n th màng c a 15-30 mV c n thi t Do đó, m t s gia tăng đ t ng t th màng m t s i dây th n kinh l n t -90 mV lên đ n kho ng -65 mV thư ng gây s phát tri n bùng n c a n th ho t đ ng M c -65 mV đư c cho ngư ng kích thích S LAN TRUY N ĐI N TH HO T Đ NG Trong đo n trư c, th o lu n v n th ho t đ ng x y t i m t m màng Tuy nhiên, m t n th ho t đ ng t o b t k m t m m t màng thư ng kích thích ph n li n k c a màng t bào, d n đ n ho t đ ng lan truy n n th ho t đ ng d c theo màng Cơ ch đư c ch ng t hình 5-11 +++++++++++++++++++++++ ––––––––––––––––––––––– A ––––––––––––––––––––––– +++++++++++++++++++++++ ++++++++++++––+++++++++ ––––––––––––++––––––––– B ––––––––––––++––––––––– ++++++++++++––+++++++++ ++++++++++––––++++++++ ––––––––––++++–––––––– C ––––––––––++++–––––––– ++++++++++––––++++++++ ++––––––––––––––––––++ ––++++++++++++++++++–– D ––++++++++++++++++++–– ++––––––––––––––––––++ Figure 5­11 Propagation of action potentials in both directions along a conductive fiber ho t đ ng Hình 5-11A cho th y m t s i dây th n kinh u ki n ngh bình thư ng, hình 5-11B cho th y m t s i dây th n kinh đư c kích thích ph n gi a c a nó, ph n gi a đ t nhiên tăng tính th m v i natri Các mũi tên hi n th m t “m ch n t i ch ” gi a vùng kh c c ph n màng vùng li n k : n tích dương đư c mang vào bên nh khu ch tán na su t trình kh c c màng lan d c vài mm c phía c a lõi s i tr c th n kinh, n th dương c a ion na s i tr c s d c theo s i tr c xa t i đ n mm dây th n kinh l n có myelin làm phát sinh n th ho t đ ng vùng ti p giáp Vì v y kênh natri nh ng vùng m i l p t c đư c m , đư c ch hình 5-11C, D lan truy n n th ho t đ ng m t cách bùng n Nh ng khu v c m i đư c phân c c v n s n xu t m ch n t i ch nhi u dòng ch y xa d c theo màng, n ngày kh c c nhi u Như v y, trình kh c c di chuy n d c theo toàn b chi u dài dây th n kinh S lan truy n c a trình kh c c d c theo m t dây th n kinh ho c s i đư c g i m t xung đ ng th n kinh hay Hư ng lan truy n: Như th hi n hình 5-11, m t màng d b kích đ ng khơng có d u hi u c a s lan truy n, n th ho t đ ng di chuy n theo t t c hư ng t v trí kích thích, th m chí d c theo t t c nhánh c a dây th n kinh cho đ n toàn b màng phân c c Đ nh lu t t t c ho c không: Khi m t n th ho t đ ng đư c xu t hi n t i b t k m màng c a m t s i bình thư ng, trình kh c c qua toàn b màng n u u ki n đ u th a mãn, khơng đư c lan truy n n u t t c n u u ki n không Nguyên t c đư c g i nguyên t c t t c ho c khơng có gì, áp d ng cho t t c mơ có th kích thích Th nh tho ng, n th ho t đ ng đ t đ n m t m màng mà khơng t o đ n th đ kích thích khu v c k ti p c a màng Khi tình tr ng x y ra, s lan truy n c a trình kh c c d ng l i Do đó, đ ti p t c lan truy n m t xung đ ng x y ra, t s n th ho t đ ng ngư ng kích thích m i l n ph i l n Yêu c u “l n 1” đư c g i h s an toàn cho s lan truy n TÁI L P CHÊNH L CH N NG Đ ION NATRI VÀ KALI SAU KHI ĐI N TH HO T Đ NG K T THÚC V N Đ QUAN TR NG C A CHUY N HÓA NĂNG LƯ NG Vi c lan truy n n th ho t đ ng theo chi u dài m t s i dây th n kinh làm gi m nh s chênh l ch n ng đ natri kali bên bên ngồi màng b i ion natri khu ch tán vào bên trong trình kh c c kali khu ch tán bên ngồi q trình tái c c 69 UNIT II Q trình m t vịng feedback dương, m t feedback đ m nh, trình ti p t c cho đ n t t c c ng n th đư c kích ho t (m ) Sau đó, m t ph n nh c a m t ph n nghìn giây, n th màng tăng gây vi c đóng c a kênh natri m c a c a kênh kali, n th ho t đ ng nhanh chóng k t thúc màng n th Ph n II: Sinh lí màng t bào, th n kinh +60 Heat production +40 Millivolts +20 –20 –40 –60 –80 At rest 100 200 300 Impulses per second Figure 5­12 oduction Heat pr in a nerve fiber at rest and at progressively incr easing rates of stimulation Đ i v i m t n th ho t đ ng đơn l , tác đ ng ng n đ n n i mà không th đo lư ng Th t v y, t 100.000 đ n 50 tri u xung có th đư c truy n qua s i dây th n kinh l n trư c s khác bi t n ng đ đ t t i m ch m d t c a n th ho t đ ng M c dù v y, v i th i gian, tr nên c n thi t đ thi t l p l i s chênh l ch n ng đ natri kali màng, u đ t đư c b ng ho t đ ng c a bơm Na + -K + m t cách mơ t trư c đ thi t l p n th ngh Đó là, ion natri khu ch tán vào bên t bào trongsu t trình n th ho t đ ng ion kali v a khu ch tán ph i đư c tr l i tr ng thái ban đ u c a chúng nh bơm Na + -K + Vì bơm đòi h i lư ng đ ho t đ ng, trình “n p l i” c a s i th n kinh m t q trình trao đ i ch t tích c c, s d ng lư ng có ngu n g c t h th ng lư ng adenosine triphosphate c a t bào Hình 5-12 cho th y s i th n kinh s n xu t tăng nhi t q trình n p l i, thư c đo tiêu hao lư ng xung đ ng th n kinh tăng t n s M t tính đ c bi t c a Na + -K + triphosphaadenosinetase bơm m c đ c a ho t đ ng đư c kích thích m nh m ion natri dư th a tích t bên màng t bào Trong th c t , ho t đ ng bơm tăng x p x t l thu n v i s c m nh th ba c a n ng đ natri t bào Khi n ng đ natri n i bào tăng 10-20 mEq / L, ho t đ ng c a bơm không ch đơn thu n tăng g p đôi mà tăng kho ng tám l n Vì v y, th c s r t d dàng đ hi u cách “n p” trình c a s i th n kinh có th đư c thi t l p nhanh chóng vào chuy n đ ng b t c t p trung nh ng khác bi t c a ion natri kali qua màng b t đ u “gi m xu ng.” D NG CAO NGUYÊN C A ĐI N TH HO T Đ NG Trong m t s trư ng h p, màng b kích thích khơng tái c c l p t c sau kh c c;thay vào đó, n th màng trì d ng cao nguyên g n đ nh c a n th kho ng vài mili giây, ch sau mư i b t đ u tái c c Như đư c ch hình 5-13 ; 70 Plateau –100 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Seconds Figure 5­13 Action potential (in millivolts) from a Purkinje fiber of the heart, showing a plateau Có th s n sàng nhìn th y cao nguyên cao kéo dài su t trình kh c c Đây lo i n th ho t đ ng x y s i tim, nơi cao nguyên kéo dài lâu 0,2-0,3 giây gây co bóp c a tim kéo dài kho ng th i gian dài Nguyên nhân c a cao nguyên m t s k t h p c a nhi u y u t Đ u tiên, tim, hai lo i kênh tư ng ni m đ n trình kh c c: (1) kênh na ho t hóa, cịn g i kênh nhanh chóng, (2) kênh canxi ho t hóa natri n áp kích ho t (kênh canxi lo i L)- m ch m đư c g i kênh ch m M kênh nhanh chóng gây s tăng v t c a n th ho t đ ng, vi c kéo dài th i gian m c a kênh calci-natri ch m ch y u cho phép ion canxi đ nh p ch t xơ, u ch u trách nhi m l n cho ph n cao nguyên c a n th ho t đ ng Y u t th hai mà có th m t ph n t o cao nguyên kênh cánh c ng n th kali m ch m bình thư ng, thư ng xun khơng ph i m nhi u cho đ n k t thúc c a cao ngun Y u t làm trì hỗn s tr l i c a n th màng đ i v i giá tr âm bình thư ng -80 Đ n -90 mV Cao nguyên k t thúc kênh canxi natri đóng th m đ kali tăng TÍNH NH P ĐI U C A M T S S PHÓNG ĐI N L P L I THÍCH MƠ D B KÍCH Ho t đ ng phóng n t l p l p l i tim, h u h t trơn, r t nhi u t bào th n kinh c a h th n kinh trung ương S phóng n nh p nhàng gây (1) nh p đ p c a tim, (2) nhu đ ng nh p nhàng c a ru t, (3) ho t đ ng th n kinh u n nh p th Ngoài ra, g n t t c mơ d b kích thích khác có th phóng n l p l p l i n u ngư ng kích thích c a t bào mô đư c gi m xu ng m t m c đ th p Ví d , th m chí v i s i th n kinh l n s i xương- thư ng r t n đ nh, s phóng n l p l i chúng đư c đ t m t dung d ch có ch a thu c Chương 5: Đi n th +60 màng n th ho t đ ng Rhythmical action Potassium conductance potentials Threshold +20 UNIT II Millivolts +40 –20 –40 –60 Seconds Hyperpolarization Figure 5­14 Rhythmical action potentials (in millivolts) similar to thooose ec rded r in the rhythmical control center of the heart Note their r elationship to potassium conductance and to the state of hyperpolarization veratridine mà kích ho t kênh ion natri, ho c n ng đ ion canxi gi m dư i m t giá tr quan tr ng, làm tăng tính th m natri c a màng t bào Q trình l p l i kích thích c n thi t cho nh p t đ ng Đ i v i nh p t đ ng x y ra, màng c tr ng thái t nhiên c a ph i th m đ ion natri (ho c ion canxi natri qua kênh calcium-natri ch m) đ cho phép màng t kh c c Như v y, Hình 5-14 cho th y n th ngh trung tâm ki m soát nh p c a tim ch -60 đ n -70 tri u livolts, mà không đ n th âm đ gi cho kênh natri canxi hoàn tồn đóng Do đó, trình t sau x y ra: (1) m t s ion natri canxi ch y vào bên trong; (2) ho t đ ng làm tăng n th màng theo chi u dương, ti p t c làm tăng tính th m c a màng; (3) v n nhi u ion ch y vào bên trong; (4) tính th m tăng nhi u hơn, v y, cho đ n m t n th ho t đ ng đư c t o Sau đó, vào cu i n th ho t đ ng, màng tái c c Sau m t s ch m tr vài mili giây ho c vài giây, kích thích t đ ng gây kh c c m t l n n a n th ho t đ ng m i x y m t cách t nhiên Chu k ti p t c nhi u gây t gây kích thích nh p u c a mơ d b kích đ ng T i màng t bào c a trung tâm u n tim không kh c c l p t c sau tái c c, ch khơng ph i trì hỗn g n m t giây trư c kh i đ u c a n th ho t đ ng ti p theo? Câu tr l i có th đư c tìm th y b ng cách quan sát đư ng cong có nhãn “đ d n c a kali” hình 5-14 Đư ng cong cho th y vào cu i m i n th ho t đ ng, ti p t c m t th i gian ng n sau đó, màng tr nên th m nhi u ion kali Các dòng ch y c a ion kali tăng lên mang s lư ng l n c a n tích dương bên ngồi c a màng t bào, đ l i m t lư ng đáng k ion âm t bào xơ trư ng h p khác Đi u ti p t c g n m t giây sau n th ho t đ ng k t thúc, v n th ho t đ ng g n v i n th Nernst c a kali Tr ng thái này, đư c g i tăng phân c c, đư c hi n th Hình 5-14 Figure 5­15 Cross section of a small nerve trunk containing both myelinated and unmyelinated fibers Khi tình tr ng t n t i, s l p l i kích thích s khơng x y Tuy nhiên, vi c tăng đ d n kali (và tình tr ng tăng phân c c) bi n m t, th hi n sau m i n th ho t đ ng đư c hồn thành hình, m t l n n a cho phép n th màng tăng lên đ n ngư ng cho s kích thích Sau đó, đ t nhiên, m t k t qu có n th ho t đ ng m i trình x y m t l n n a m t l n n a Đ C TRƯNG C A S LAN TRUY N TÍN HI U TRÊN THÂN DÂY TH N KINH S i th n kinh có myelin khơng có bao myelin Hình 5-15 cho th y m t m t c t ngang c a m t dây th n kinh nh n hình, b c l nhi u s i th n kinh l n chi m ph n l n di n tích m t c t ngang Tuy nhiên, m t nhìn th n tr ng cho th y nhi u s i nh n m gi a nh ng s i l n Các s i l n đư c bao b i bao myelin, nh ng s i nh không đư c bao b i myelin Nh ng thân dây th n kinh trung bình bao g m nh ng s i không myelin g p l n s i có myelin Hình 5-16 cho th y m t s i myelin hóa n hình Lõi trung tâm c a s i s i tr c, màng t bào c a s i tr c màng mà th c s ti n hành n th ho t đ ng Các s i tr c đư c g n trung tâm c a v i ch t s i tr c- m t ch t dính bên d ch n i bào Xung quanh s i th n kinh m t v b c myelin thư ng dày nhi u so v i s i tr c c a Kho ng m i 1-3 mm d c theo chi u dài c a v myelin m t nút Ranvier Các v myelin đư c l ng đ ng xung quanh s i tr c c a t bào Schwann theo cách th c sau đây: Các màng c a m t t bào Schwann đ u tiên bao b c s i th n kinh 71 Ph n II: Sinh lí màng t bào, th n kinh Myelin sheath Axoplasm Node of Ranvier Axon Myelin sheath Schwann cell cytoplasm Schwann cell nucleus Node of Ranvier Figure 5­17 Saltatory conduction along a myelinated axon The flow of electrical current from node to node is illustrated by the arrows A Unmyelinated axons Schwann cell nucleus Schwann cell cytoplasm B Figure 5­16 Function of the Schwann cell to insulate nerve fibers A,rapping W of a Schwann cell membrane around a large axon to form the myelin sheath of the myelinated nerve fiber B, Partial wrapping of the membrane and cytoplasm of a Schwann cell around multiple unmyelinated nerve fibers (shown in cross section) (A, Modified from Leeson TS, Leeson R: Histology Philadelphia: WB Saunders, 1979.) Các t bào Schwann sau quay xung quanh tr c th n kinh nhi u l n, đ t xu ng nhi u l p màng t bào Schwann ch a h p ch t lipid sphingomyelin Ch t cách n r t t t, làm gi m dòng ion qua màng kho ng 5000 l n T i m n i gi a m i hai t bào Schwann ti p d c theo s i tr c, m t khu v c không cách n nh ch 2-3 micromet chi u dài v n nơi ion v n có th ch y m t cách d dàng thông qua màng s i tr c gi a d ch ngo i bào ch t l ng bên n i bào s i tr c Khu v c đư c g i nút c a Ranvier D n n nh y cóc t nút sang nút khác M c dù h u khơng có ion có th ch y qua màng b c myelin dày c a dây th n kinh myelin, chúng có th ch y m t cách d dàng thông qua nút Ranvier Do đó, n th ho t đ ng ch x y t i nút Đi n th ho t đ ng đư c d n truy n t nút t i nút ti p, th hi n hình 5-17; đư c g i D n n nh y cóc Đó là, dịng n ch y qua xung quanh d ch ngo i bào bên v myelin, thông qua ch t s i tr c bên t nút t i nút, kích thích thành cơng nút ti p theo Do đó, xung đ ng th n kinh nh y d c theo s i tr c, ngu n g c c a thu t ng “nh y cóc” 72 D n n nh y cóc có giá tr hai lý Đ u tiên, b ng cách gây trình kh c c đ nh y đo n dài d c theo tr c c a s i th n kinh, ch làm tăng v n t c c a d n truy n th n kinh s i myelin nhi u đ n 50 l n Th hai, ti t ki m lư ng trì cho s i th n kinh b i ch có nút kh c c, cho phép kho ng 100 l n m t mát c a ion n u khơng c n thi t, vi c yêu c u tiêu hao lư ng cho vi c tái thi t l p s khác bi t n ng đ na kali màng sau m t lo t xung đ ng th n kinh T c đ d n truy n c a s i th n kinh: V n t c d n s i th n kinh T c đ lan truy n c a n th ho t đ ng s i th n kinh t r t nh 0,25 m / giây s i khơng có myelin đ n l n 100 m / giây (hơn chi u dài c a m t sân bóng đá giây) s i l n có myelin KÍCH THÍCH - Q TRÌNH KH I Đ U CHO ĐI N TH HO T Đ NG V b n, b t k y u t gây ion natri đ b t đ u khu ch tán vào bên qua màng t bào v i s lư ng đ có th thi t l p t t m t đ ng kênh natri Vi c hình thành m t đ ng có th r i lo n h c c a màng t bào, tác d ng hóa h c màng, ho c thơng qua n tích qua màng T t c phương pháp đư c s d ng t i m khác th đ g i n th ho t đ ng c a nh ng dây th n kinh ho c áp l c hóa h c đ kích thích t n th n kinh c m giác da, ch t d n truy n th n kinh đ truy n tín hi u t m t t bào th n kinh lên não, dịng n đ truy n tín hi u gi a t bào tim ru t Đ i v i m c đích tìm hi u q trình kích thích, b t đ u b ng vi c th o lu n nguyên t c c a kích thích n Chương 5: Đi n th màng n th ho t đ ng ϩ60 Action potentials ϩ40 Ϫ20 Ϫ40 Acute subthreshold potentials Threshold Ϫ60 A B C Milliseconds D Figure 5­18 Effect of stimuli of increasing voltages to elicit an action potential Note development of acute subthreshold potentials when the stimuli are below the threshold value required for eliciting an action potential Kích thích c a m t s i dây th n kinh b i m t n c c kim lo i tích n âm Các phương ti n thư ng dùng đ kích thích cho m t dây th n kinh hay phịng thí nghi m đ g n sát dòng n lên b m t dây th n kinh hay thông qua hai n c c nh , m t tích n âm n c c l i tích n dương Khi dịng n đư c g n vào theo cách này, màng d b kích đ ng b kích thích n c c âm Hi u ng x y lý sau: Hãy nh r ng n th ho t đ ng đư c kh i đ u b i vi c m cánh c ng n th kênh na Hơn n a, kênh đư c m b i vi c gi m n th ngh bình thư ng qua màng-đó là, dòng n âm t n c c làm gi m n áp bên c a màng đ n m t g n giá tr tiêu c c v i n áp c a ti m tiêu c c bên ch t xơ Hi u ng làm gi m n th qua màng cho phép kênh natri đ m , t o m t n th ho t đ ng Ngư c l i, n c c dương, vi c tiêm n tích dương bên ngồi c a dây th n kinh làm tăng s chênh l ch n áp màng gi m b t Hi u ng gây tình tr ng phân c c m c, th c s làm gi m kích thích c a s i thay gây m t n th ho t đ ng Ngư ng kích thích “đi n th t i ch c p.” M t kích thích n âm y u có th khơng có kh kích thích m t s i Tuy nhiên, n áp c a s kích thích đư c tăng lên, t i m t m mà t i s kích thích khơng di n Hình 5-18 cho th y nh ng tác đ ng c a kích thích liên t c v i cư ng đ tăng d n M t kích thích y u t i m A gây n th màng thay đ i t -90 đ n -85 mV, s thay đ i khơng đ cho q trình tái sinh t đ ng c a n th ho t đ ng đ phát tri n T i m B, kích thích l n hơn, cư ng đ v n chưa đ Tuy nhiên, Có kích thích làm r i lo n n th màng t i ch cho đ n mili giây ho c sau c hai kích thích y u, chúng đư c g i n th dư i ngư ng c p tính ”GIAI ĐO N TRƠ” SAU M T ĐI N TH HO T Đ NG, TRONG ĐĨ KHƠNG CĨ KÍCH THÍCH NÀO ĐƯ C THI T L P M t n th ho t đ ng m i không th x y s i th n kinh d b kích ho t mi n màng v n đư c phân c c t n th ho t đ ng trư c Lý cho s h n ch sau n th ho t đ ng đư c b t đ u, kênh natri (ho c kênh canxi, ho c c hai) tr nên b t ho t khơng có lư ng tín hi u kích thích áp d ng cho kênh vào th i m s m c a b t ho t Đi u ki n nh t cho phép h m l i đ n th màng tr l i g n m c n th màng lúc ngh ban đ u Sau đó, m t ph n nh c a m t giây, cánh c a c a kênh ng ng ho t đ ng n th ho t đ ng m i có th đư c b t đ u su t giai đo n này, m t n th ho t đ ng th hai không th đư c thi t l p, c v i m t kích thích m nh, đư c g i giai đo n trơ t đ i Giai đo n v i s i th n kinh l n có myelin kho ng 1/2500 giây Vì v y, có th d dàng tính tốn r ng m t dây th n kinh có th truy n t i đa kho ng 2500 xung m i giây myelinated nerve fibers is about 1/2500 second Therefore, one can readily calculate that such a fiber can c ch tr ng thái kích thích- “Các ch t n transmit a gây maximum of about 2500 impulses per đ nh” mê vùng second Ngư c l i v i y u t làm tăng kích thích th n kinh, v n nh ng y u t khác, đư c g i y u t n đ nh màng, có th làm gi m kích thích Ví d , n ng đ ion canxi d ch ngo i bào cao làm gi m tính th m c a màng ion natri đ ng th i làm gi m tính kích thích Do đó, ion canxi đư c cho m t y u t “ n đ nh.” - Local Among most important Gây mêAnesthetics vùng: n mthe ch t n stabiliz đ nh quan tr ng nh t hay s d ng lâm sàng bao g m c procain tetracain H u h t ch t tác đ ng tr c ti p vào c ng kích ho t kênh natri, làm cho khó m c ng hơn, làm gi m kích thích màng Khi kích thích gi m xu ng th p đ n ngư ng kích thích (g i “h s an toàn”) đư c gi m xu ng dư i 1.0, xung th n kinh không vư t qua dây th n kinh b gây mê 73 UNIT II Millivolts ϩ20 T i m C hình 5-18, kích thích th m chí cịn m nh Bây gi n th t i ch h u không đ t đ n m c c n thi t đ t o m t n th ho t đ ng, đư c g i m c ngư ng, u ch x y sau m t th i gian ng n “th i gian ti m n.” T i th i m D, gói kích thích v n m nh hơn, n th t i ch c p tính m nh m n th ho t đ ng xu t hi n m t sau m t giai đo n ti m n Như v y, s ch r ng c m t kích thích y u gây m t s thay đ i n th t i ch màng, cư ng đ c a n th t i ch ph i tăng lên m t ngư ng trư c n th ho t đ ng đư c thi t l p Unit II  Membrane Physiology, Nerve, and Muscle Bibliography Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al: Molecular Biology of the Cell, 5th ed New York: Garland Science, 2008 Bean BP: The action potential in mammalian central neurons Nat Rev Neurosci 8:451, 2007 Biel M, Wahl-Schott C, Michalakis S, Zong X: Hyperpolarizationactivated cation channels: from genes to function Physiol Rev 89:847, 2009 Blaesse P, Airaksinen MS, Rivera C, Kaila K: Cation-chloride cotransporters and neuronal function Neuron 61:820, 2009 Dai S, Hall DD, Hell JW: Supramolecular assemblies and localized regulation of voltage-gated ion channels Physiol Rev 89:411, 2009 Debanne D, Campanac E, Bialowas A, et al: Axon physiology Physiol Rev 91:555, 2011 Delmas P, Hao J, Rodat-Despoix L: Molecular mechanisms of mechanotransduction in mammalian sensory neurons Nat Rev Neurosci 12:139, 2011 Dib-Hajj SD, Yang Y, Black JA, Waxman SG: The Na(V)1.7 sodium channel: from molecule to man Nat Rev Neurosci 14:49, 2013 Hodgkin AL, Huxley AF: Quantitative description of membrane current and its application to conduction and excitation in nerve J Physiol (Lond) 117:500, 1952 74 Kandel ER, Schwartz JH, Jessell TM: Principles of Neural Science, 5th ed New York: McGraw-Hill, 2012 Kleber AG, Rudy Y: Basic mechanisms of cardiac impulse propagation and associated arrhythmias Physiol Rev 84:431, 2004 Luján R, Maylie J, Adelman JP: New sites of action for GIRK and SK channels Nat Rev Neurosci 10:475, 2009 Mangoni ME, Nargeot J: Genesis and regulation of the heart automaticity Physiol Rev 88:919, 2008 Perez-Reyes E: Molecular physiology of low-voltage-activated T-type calcium channels Physiol Rev 83:117, 2003 Poliak S, Peles E: The local differentiation of myelinated axons at nodes of Ranvier Nat Rev Neurosci 12:968, 2003 Rasband MN: The axon initial segment and the maintenance of neuronal polarity Nat Rev Neurosci 11:552, 2010 Ross WN: Understanding calcium waves and sparks in central neurons Nat Rev Neurosci 13:157, 2012 Schafer DP, Rasband MN: Glial regulation of the axonal membrane at nodes of Ranvier Curr Opin Neurobiol 16:508, 2006 Vacher H, Mohapatra DP, Trimmer JS: Localization and targeting of voltage-dependent ion channels in mammalian central neurons Physiol Rev 88:1407, 2008  ... bên màng cao bên màng s t o n th âm bên màng Lí c a hi u ng nhi u ion dương s khu ch tán ngoài, s khu ch tán s mang theo di n tích dương bên ngồi đ l i ion âm không l t màng, l i t o n th âm màng. .. n c a hình 5-6 ch s thay đ i x y màng su t trình xu t hi n n th ho t đ ng v i s v n chuy n n tích dương vào bên màng vào lúc b t đ u sau tr l i n tích dương vào lúc k t thúc Ph n dư i c a hình... Giai đo n ngh n th màng trư c n th ho t đ ng xu t hi n Ngư i ta nói màng tr ng thái kh c c hóa su t giai đo n b i n th màng -90mV ch ng minh u Giai đo n kh c c: Vào th i m này, màng đ t nhiên r