Điện từ sinh học/Synapse, tế bào thu nhận và não ( phần 2 ) 5.2.4 Mô hình điện của khớp thần kinh. Tại chỗ nối thần kinh-cơ, Fatt và Katz (1951) chỉ ra rằng axetyl cholin tăng tính thấm của màng tế bào đối với những ion nhỏ một cách đáng kể, trong khi Takeuchi (1960) đã chứng minh độ dẫn clo không bị ảnh hưởng (trên thực tế, gCl≈0) . Điều gì xảy ra nếu tính thấm của màng với ion kali và natri trở nên bằng nhau? Như một điều kiện thay đổi điện thế màng từ gần điện thế Nernst của kali đến một giá trị xấp xỉ trung bình của điện thế natri và kali ở trạng thái cân bằng.(Điện thế này, lần lượt, gần tới điện áp xuyên màng zero và hoàn toàn thích hợp để bắt đầu một sự kích hoạt). Nếu vùng sau khớp thần kinh được thực hiện kẹp điện áp giá trị làm giảm bớt dòng màng tới 0 trong suốt quá trình giải phóng chất truyền đạt được gọi là điện áp đảo ngược Vr. Có thể chỉ ra là giá trị này cân bằng với điện thế Nerst trung bình của kali và natri, như đề cập ở trên. Trong khớp nối thần kinh -cơ trong cơ vân, điện áp đảo ngược này khoảng -15 mV. Phản ứng điện tại một khớp thần kinh có thể được đánh giá bằng việc khảo sát một mạch tương đương của màng sau xi naps, như được chỉ ra trên hình 5.2. Hai vùng được xác định: Một vùng đại diện cho màng gắn những receptor nhạy đối với chất truyền đạt, và vùng còn lại màng của tế bào dễ bị kích động thông thường. Trong hình 5.2 hai vùng này được đại diện cho bởi những phần tử rời rạc, nhưng trong thực tế chúng được phân tán dọc theo cấu trúc mà cấu thành tế bào thực tế. Hình này miêu tả một khớp nối thần kinh -cơ, nơi sự giải phóng của axetyl cholin dẫn đến sự tăng độ dẫn của natri và kali trong vùng mục tiêu, lần lượt được miêu tả bởi sự đóng của công tắc ACh. Sự đóng lại của chuyển mạch này, ΔINa = ΔGNa(Vm - VNa) (5.1) ΔIK = ΔGK(Vm - VK) (5.2) Trong đó: INa, IK = Dòng ion của natri và kali [µA/cm²] ΔGNa, ΔGK = Độ dẫn natri và kali bổ sung sau quá trình kích hoạt bởi ACh (nghĩa là, gần bằng với những độ dẫn điện lớn) [mS/cm²] VNa, VK = Điện thế Nernst tương ứng với nồng độ của natri và kali [mV] Vm = Điện áp màng [mV] Fig. 5.2. (A) Mô hình điện của tế bào sau synap với khớp thần kinh có tác dụng kích thích (một khớp thần kinh cơ đại diện đặc trưng ). Hầu hết các tế bào được bao bọc bởi màng dễ bị kích thích, như mô tả ở phía bên trái. Thêm vào đó, một vùng sau synap chuyên dụng tồn tại nhạy với chất truyền đạt Ach. Khi ACh được giải phóng, nó khuếch tán tới bề mặt tiếp nhận trên màng sau khớp thần kinh, dẫn đến sự mở cổng natri và kali. Những hiệu ứng này được mô phỏng trong mô hình thông qua sự đóng của chuyển mạch, từ đây mở đầu độ dẫn xuyên màng cao của kali và natri (ΔGNa và ΔGK). (B) Mô hình tương ứng với một khớp thần kinh kìm hãm. Nếu bây giờ chúng ta đưa vào và duy trì điện áp ngược ngang qua màng sau synap thông qua một đầu nối kẹp điện áp, phương trình 5.1 và 5.2 được thay bởi: ΔINa = ΔGNa(VR - VNa) (5.3) ΔIK = ΔGK(VR - VK) (5.4) vì điện áp xuyên màng VM lấy giá trị VR, điện áp ngược. Cho những điều kiện được mô tả bởi những phương trình 5.3 và 5.4, vì dòng tổng tại điện áp đảo ngược là zero, nó kéo theo dòng ion kali và natri bằng nhau và ngược dấu (nghĩa là ΔINa = -ΔIK). Do đó, áp dụng các điều kiện này vào phương trình 5.3 và 5.4 dẫn tới: ΔGNa(VR - VNa) = - ΔGK(VR - VK) (5.5) Chuyển vế phương trình 5.5 cho : (ΔGNa + ΔGK) VR = ΔGNa VNa - ΔGKVK (5.6) Và kết quả điện áp ngược là (5.7) từ phương trình 5.7 dễ thấy rằng nếu sự mở đầu của ACh gây ra một sự tăng lên bằng nhau trong độ dẫn của natri và kali thì đó là, Nếu (5.8) Thì (5.9) như đã nói ở trước. Đối với khớp nối thần kinh-cơ của ếch, điện áp ngược đến tới khoảng -25 mV. Trong thực tế, điện áp ngược là một giá trị nhỏ gần với zero, điều đó có nghĩa rằng ACh tăng độ dẫn natri nhiều hơn so với độ dẫn kali. Cũng thấy rõ ràng là sự tăng độ dẫn natri và kali này phải xuất hiện đồng thời. Những sự khác nhau trong các cơ chế của sự kích hoạt màng và những điện áp tiếp hợp được mô tả trong Bảng 5.1. Table 5.1. Sự So sánh các cơ chế của sự kích hoạt màng với sự thay đổi điện áp tiếp hợp đối với khớp nối thần kinh-cơ sau tiếp hợp . Source: After Kuffler, Nicholls và Martin, 1984. Trở lại hình 5.2, và áp dụng định lý Thevenin, chúng ta có thể đơn giản hoá mạch tiếp nhận được cấu tạo bởi một nguồn pin đơn mà sức điện động của nó là giá trị trung bình của VNa and VK (do đó VR), và với một độ dẫn gR = gNa + gK. Tác động của nó trên màng bình thường của tế bào sau synap có thể được tính toán bởi vì dòng tổng tại bất kỳ nút nào tất yếu bằng zero - nghĩa là, không có những dòng được đặt vào. Do đó, GR (Vm - VR) + GK(Vm - VK) + GNa(Vm - VNa) = 0 (5.10) Đường dẫn clo trong hình 5.2 không bao hàm trong phương trình 5.10 vì gCl≈0, như chú ý ở trên. Lời giải đối với điện thế sau synap Vm (5.11) Biểu thức này chỉ là xấp xỉ vì sự phân bố màng được biểu diễn bởi màng rời rạc. Ngoài ra, nếu màng bị đẩy tới hoặc vượt quá ngưỡng thì sự biểu diễn mạch điện tuyến tính ở hình 5.2 không còn đúng. Tuy nhiên, phương trình 5.11 là một phép đo hữu ích đánh giá liệu có phải điện thế sau synap có khả năng dẫn đến sự kích thích của tế bào sau synap. . Điện từ sinh học/Synapse, tế bào thu nhận và não ( phần 2 ) 5 .2. 4 Mô hình điện của khớp thần kinh. Tại chỗ nối thần kinh-cơ, Fatt và Katz (1 95 1) chỉ ra rằng axetyl cholin. trình 5.3 và 5.4 dẫn tới: ΔGNa(VR - VNa) = - ΔGK(VR - VK) (5 . 5) Chuyển vế phương trình 5.5 cho : ( GNa + ΔGK) VR = ΔGNa VNa - ΔGKVK (5 . 6) Và kết quả điện áp ngược là (5 . 7) từ phương. đầu nối kẹp điện áp, phương trình 5.1 và 5 .2 được thay bởi: ΔINa = ΔGNa(VR - VNa) (5 . 3) ΔIK = ΔGK(VR - VK) (5 . 4) vì điện áp xuyên màng VM lấy giá trị VR, điện áp ngược. Cho những điều kiện