Điện từ sinh học/Phản ứng tích cực của màng tế ( phần 2 ) potx

Điện từ sinh học/Phản ứng tích cực của màng tế ( phần 2 ) CÁC VÍ DỤ VỀ KẾT QUẢ THU ĐƯỢC TỪ PHƯƠNG PHÁP KẸP ĐIỆN ÁP. Kẹp điện áp đối với điện áp Nernst natri. Hình 4.5 mô tả dòng xuyên màng đặc trưng thu được bằng phương pháp kẹp điện áp. Điện thế bên trong màng thay đổi đột ngột từ điện thế nghỉ - 65 mV tới +20 mV với bước nhảy là +85 mV. Như vậy, một dòng ion bắt đầu đi vào cơ thể và ra khỏi cơ thể sau khoảng 2 ms và đạt tiệm cận với gí trị 2 mA/cm2. Ta sẽ khảo sát sự xuất hiện dòng điện màng tế bào ứng với các mức điện áp khác nhau. Hình 4.6 cho thấy các kết quả thí nghiệm của 5 phép đo ở các bước điện áp từ 91-143 mV. Trong chuỗi đường cong này cần chú ý dòng điện màng lại được tạo nên bởi hai trạng thái: một trạng thái sớm và một trạng thái muộn như trên hình 4.5. Dòng sớm có hướng vào phía trong đối với các bước điện áp nhỏ hơn. Khi bước điện áp tăng, biên độ của thành phần hướng vào trong giảm và biến mất hoàn toàn với bước điện áp 117 mV. Với các bước điện áp cao hơn, dòng sớm sẽ hướng ra ngoài và tăng tỷ lệ với bước điện áp. Mặt khác thành phần dòng màng muộn luôn hướng ra ngoài và đơn điệu tăng đến gần một giới hạn tiệm cận nào đó. Giới hạn này sẽ tăng lên khi hàm số của bậc thang điện áp tăng. Tổng hợp điện áp màng nghỉ -65 mV và bước điện áp 117 mV được kết quả điện áp màng tế bào là +52 mV. Dựa vào nồng độ Na+ ở bên trong và bên ngoài màng, phương trình Nernst ước lượng được một điện áp cân bằng +50 mV. (Chú ý ví dụ trong mục 3.1.3). Vì vậy có thể kết luận rằng thành phần dòng điện sớm được tạo ra bởi các ion Na+ từ đó giảm đúng về 0 ở điện áp cân bằng Na+ và hướng vào trong khi Vm thấp hơn điện áp Nernst Na+ và hướng ra phía ngoài khi Vm lớn hơn điện áp Nernst Na+. Do đó thành phần hướng ra ngoài (thành phần muộn) phải phụ thuộc vào dòng ion K+. Bởi vì Cl- hướng về gần trạng thái cân bằng, nên đối với sợi thần kinh nghỉ thì khi tính thấm của Cl- không tăng trong suốt quá trình điện thế hoạt động dòng Cl- sẽ trở nên rất nhỏ so với Na+ và K+ và có thể bỏ qua. Hình 4.5. Bước điện áp và dòng màng trong thí nghiệm kẹp điện áp. Hình 4.6. Dãy các bước điện áp kẹp Sự biến đổi của nồng độ ion. Một phương thức tiếp cận để chọn lựa đo lường dòng đơn ion Ka+ bằng cách dùng một bước kẹp điện áp tương ứng với điện thế Nernst Na+. Việc này có tác dụng khử dòng Na+. Bằng cách thay đổi có hệ thống nồng độ Na+ ở bên ngoài sợi thần kinh, và sau đó việc lựa chọn bước kẹp điện áp ở điện áp Nernst Na+ tương ứng, chúng ta có thể nghiên cứu được trạng thái đơn K+. Và khi trở lại việc đo dòng dưới điều kiện bình thường (với cả Na+ và K+), trừ dòng K+ còn lại là đơn dòng ion Na+. Phương pháp này được mô tả ở hình 4.7. Hình này cho thấy kết quả của một thí nghiệm kẹp điện áp được thực hiện đầu tiên trong nước biển thường ở mức điện áp 56 mV. Hình 4.7.A mô tả điện thế Nernst ứng với các ion và các điện áp kẹp khác nhau. Đường cong trên hình 4.7.B diễn tả dòng điện màng tổng được đo bào gồm các dòng thành phần là Na+ và K+. Đường cong (C) là dòng màng được đo sau khi các ion Na+ trong màng đã giảm vì vậy mức điện áp 56 mV đạt tới điện áp mới Nernst Na+. Do đó đường cong này chỉ thể hiện dòng K+. Bằng cách trừ đường cong (C) cho (B) ta được đường cong (D) là dòng màng chỉ của các ion Na+ trong trạng thái ban đầu (Na+ không thay đổi). Các đường cong (C) và (D) là các thành phần mong muốn của (B). Chú ý rằng Hodgkin và Huxley đã giả sử rằng dòng K+ không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi các ion Na+ ở bên ngoài màng vì vậy đường cong (C) sẽ giống nhau đối với cả nước biển thường và nước biển nồng độ Na+ bị giảm bớt. Một kỹ thuật rất thông minh cũng được phát triển bởi Baker, Hodgkin, và Shaw (1962) là cho phép một sự thay đổi để tạo ra các thành phần ion bên trong. Hình 4.8 mô tả cách chuẩn bị sợi thần kinh cho kiểu thí nghiệm của Hodgkin và Huxley. Với thí nghiệm này, đầu tiên là phải ép chặt bào tương ra ngoài; xong xuôi thì sử dụng con lăn (A). Sau đó rót đầy chất dịch lỏng (B) vào sợi trục. Điện thế màng được đo trong suốt quá trình xung lực hoạt động trước khi thực hiện (C) và sau khi thực hiện (D). Các phép đo tiếp theo quá trình hồi phục lại các điều kiện đầu cũng được thực hiện để đảm bảo rằng trạng thái điện của màng tế bào thần kinh không thay đổi. Hình 4.7. Phương pháp chọn dòng Na+ và K+: Các ion Na+ ở bên ngoài màng được thay thế bằng các cation để giảm điện thế Nernst Na+ vì vậy phù hợp với giá trị điện áp kẹp. Hình 4.8. Sự chuẩn bị sợi thần kinh lớn của mực ống cho thí nghiệm kẹp điện áp,nơi nồng độ các ion bên trong tế bào thần kinh bị thay đổi. (A) Đầu tiên bào tương được đảy ra ngoài nhờ con lăn (B) Đổ đầy chất dịch lỏng vào sợi dây thần kinh (C) Các xung động thần kinh được đo trước khi truyền dịch (D) Các xung động thần kinh được đo sau khi truyền dịch. Sự chặn các kênh ion nhờ các tác nhân hóa dược. Các dòng ion Na+ và K+ cũng có thể bị tách riêng bằng cách đưa vào các tác nhân hóa dược để chặn chọn lọc các kênh Na+ và K+. Narahashi, Moore và trường đại học của họ cho rằng tetrodotoxin (TTX) chặn có chọn lọc dòng Na+ đi qua màng tế bào (Narahashi, Moore, and Scott, 1964; Moore et al., 1967). Armstrong và Hille (1972) thì cho rằng tetraethylammonium (TEA) sẽ chặn được dòng các ion K+. (Tetrodotoxin là hóa chất độc hại hiện có trong nội tạng của loài cá fugu ở Nhật Bản). Hình 4.9 cho ta một chuỗi các thí nghiệm kẹp điện áp, bắt đầu ở điều kiện thường. Sau đó các kênh Na+ bị chặn bởi tetrodotoxin, và phép đo chỉ thể hiện dòng của ion K+. Về sau tetrodotoxin được phun ra xa, và một phương pháp điều khiển đo được thực hiện. Tiếp đến là kênh K+ bị chặn bằng tetraethylammonium sẽ cho phép đo chọn lọc được dòng ion Na+ (Hille, 1970). Hình 4.9. Phương pháp đo chọn lọc dòng Na+ và K+ bằng cách lựa chọn việc chặn các kênh Na+ và K+ với các tác nhân hóa dược. (A) Đo điều khiển khi không có tác nhân hóa dược. (B) Đo sau khi đưa vào tetrodotoxin (TTX). (C) Đo điều khiển khi không có tác nhân hóa dược. (D) Đo sau khi đưa vào tetraethylammonium (TEA). . Điện từ sinh học/Phản ứng tích cực của màng tế ( phần 2 ) CÁC VÍ DỤ VỀ KẾT QUẢ THU ĐƯỢC TỪ PHƯƠNG PHÁP KẸP ĐIỆN ÁP. Kẹp điện áp đối với điện áp Nernst natri. Hình 4.5 mô tả dòng xuyên màng. đường cong (C) cho (B) ta được đường cong (D) là dòng màng chỉ của các ion Na+ trong trạng thái ban đầu (Na+ không thay đổi). Các đường cong (C) và (D) là các thành phần mong muốn của (B). Chú. với gí trị 2 mA/cm2. Ta sẽ khảo sát sự xuất hiện dòng điện màng tế bào ứng với các mức điện áp khác nhau. Hình 4.6 cho thấy các kết quả thí nghiệm của 5 phép đo ở các bước điện áp từ 91-143