Chuong 3 co so dien sinh hoc

Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Chương CƠ SỞ ĐIỆN SINH HỌC  Mục tiêu: • Tổng quan • Neuron • Xác định mối liên hệ nồng độ ion dòng chuyển dời ion • Định nghĩa điện tĩnh động màng tế bào • Mơ tả ảnh hưởng mật độ ion đến thay đổi điện màng tế bào • Định nghĩa định luật Fick định luật Ohm • Dẫn biểu thức tính tốn sở hiệu Nerst • Dẫn biểu thức tính tốn sở cân Donnan • Mơ hình mạch điện tương đương màng tế bào mạch Thévenin tương đương • Tìm hiểu mơ hình Hodgkin-Huxley điện màng tế bào Chương 3: Cơ sở điện sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 NEURON      Một nơron tế bào thần kinh có chức truyền dẫn xung điện Soma thân nơron Các dendrites dây mảnh, dài, gắn liền với soma, chúng truyền liệu (dưới dạng xung điện thế) đến cho soma xử lý Axons có khả phát xung điện thế, chúng dây dẫn tín hiệu từ nơron nơi khác Axon nối với dendrites nơron khác thông qua mối nối đặc biệt gọi synapse Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Điện màng tế bào • Lịch sử: Thí nghiệm Galvani (1791) diễn giải Volta • Được tạo nên khác biệt phân bố ion ngồi màng tế bào Hiện tượng tạo nên tính thẩm thấu có chọn lọc màng tế bào ion bơm ion chủ động • Bên ngồi màng chủ yếu Na+ Cl-, bên K+ A- • Điện tế bào đóng vai trị quan trọng tế bào thần kinh • Điện tĩnh: Vm=vi – vo, với vi: điện bên màng, vo: điện bên ngồi thường quy ước mV • Đối với phần lớn tế bào, Vm~-60mV • Điện động - hoạt cực khử cực Chương 3: Cơ sở điện sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Các định luật vật lý sở • Định luật Fick     J: dòng ion khuếch tán I: mật độ ion Dx: độ dày màng tế bào D: hệ số khuếch tán • Định luật Ohm     I: dòng ion dịch chuyển điện trường : độ linh động ion Z: số Z ion V: hiệu qua màng; dv/dx = (-E) • Biểu thức Einstein    k: số Bolzmann 1,38.10-23J/K T: nhiệt độ tuyệt đối q: đô lớn điện tích Chương 3: Cơ sở điện sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Hiệu màng tĩnh – Ph trình Nersnt • Sử dụng định luật vật lý sở, dẫn biểu thức phương trình Nersnt sau: • Ở nhiệt độ phịng: kT/q = 26mV Chương 3: Cơ sở điện sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Hiệu màng tĩnh – Sự cân Donnan • Ở trạng thái cân Nersnt K+ Clphải nhau:  • Biểu thức gọi cân Donnan Chương 3: Cơ sở điện sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Hiệu màng tĩnh – Ph.trình Goldman • Phương trình Goldman biểu thị điện màng tế bào nhiều loại ion thẩm thấu được, ví dụ đ.v tế bào có ion K+, Na+ CL-: • Với PX độ thẩm thấu ion X Chương 3: Cơ sở điện sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 BƠM ION    Ở trạng thái tĩnh, điện tích hay nồng độ ion bên màng phải trì hay dịng điện tích vào ngồi màng phải Dịng Na+ vào trong, dịng K+ ngồi (do lực khuếch tán lớn hơn) [K+]i=0 ? -> Bơm ion Na-K, bơm Na+ 2K+ vào Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Mơ hình mạch điện tương đương màng tế bào • Mơ hình mạch điện tương đương màng tế bào giúp tính tốn đơn giản tính tốn điện tế bào phức hợp (như mơ hình điện động HodgkinHuxley chẳng hạn) • Các linh kiện điện tương đương:  Nguồn điện động E chênh lệch nồng độ ion bên màng tế bào  Điện trở: R=1/G  Tụ điện - điện dung màng tế bào ~ F Chương 3: Cơ sở điện sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Suất điện động  Nguồn điện động E chênh lệch nồng độ ion bên màng tế bào Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Điện trở  Do va chạm ion với kênh ion di chuyển qua kênh Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Tụ điện  Do lớp Lipid kép hai bên màng cách điện Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Bơm Na -K   Có dịng tĩnh ion K ngồi màng tế bào dịng tĩnh Na vào màng tế bào dẫn đến Nerst E K Ena Bơm ion Na – K -> bơm Na+ 2K+ vào để trì điện màng tế bào Vm Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Phương pháp giải mơ hình mạch điện tương đương màng tế bào • Mơ hình mạch tương đương Thevenin VTh  Vm  EK  IRK RNa RK RTh  RNa  RK • Mơ hình điện động Hodgkin- Huxley (Seminar) Chương 3: Cơ sở điện sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Điện động màng tế bào  Điện động xảy điện màng đạt tới giá trị ngưỡng, độ dẫn điện kênh Na – K chủ động thay đổi theo thời gian – điện áp đẩy Vm đến Ena, sau quay lại Ek cuối quay điện nghỉ Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Điện động màng tế bào Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Điện động màng tế bào  Độ dẫn điện Kali Vrp =-60mV điện nghỉ màng khơng có kích thích Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Điện động màng tế bào  Độ dẫn điện Natri