vat lyly sinh y hoc dien the o sinh vat song

CÁC HIỆN TƯỢNG ĐIỆN TRÊN TẾ BÀO SỐNG tế bào thần kinhĐiện thế Màng Điện thế nghỉ Điện thế hoạt động các nội dung trên có trong GT Vật lý – Lý sinh y học Sự lan truyền điện thế hoạt độn

ÔN TẬP LẠI MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ VẬN CHUYỂN QUA MÀNG TẾ BÀO

MÀNG TẾ BÀO THẦN KINH

Mỗi tế bào thần kinh được bọc trong một màng tế bào, làm bằng một lớp phospholipid kép Màng này gần như không thấm đối với các ion Để vận chuyển ion vào và ra các tế bào thần kinh, trên màng có các protein rải cắm chi chit (50% cấu trúc màng) và phân loại như sau theo bản chất

1 - Bơm ion: sử dụng năng lượng của tế bào để liên tục vận chuyển ion ra vào chống lại xu thế khuếch tán (từ vùng có nồng độ thấp đến các khu vực có nồng độ cao) Chúng tạo ra

sự khác biệt nồng độ của mỗi ion giữa bên trong và bên ngoài của tế bào thần kinh Bơm ion quan trọng nhất là bơm Na+ K+

2 - Kênh ion:

 Một số các protein tạo nên các lỗ trên màng, cho phép các phân tử “trôi” từ phía này sang phía kia của màng Một cách hình tượng, các protein này tạo nên các

“kênh” thuận lợi cho các chất hóa học tan trong nước đi qua Có cả các kênh cho phân tử nước (aquaporins)

 Có nhiều loại “kênh” phụ thuộc bản chất các protein cấu thành Một số “kênh” chỉ cho những ion đặc thù đi qua được gọi là “kênh ion”, thí dụ là các kênh K+, kênh Na+ Các kênh ion đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong hoạt động sống của cơ thể

 Qua các kênh, các ion vận chuyển tự nhiên từ vùng có nồng độ cao đến các vùng có nồng độ thấp nhờ gradient nồng độ qua màng

 Tuy nhiên, không giống như việc vận chuyển liên tục bởi các bơm ion, việc vận chuyển của các kênh ion là không liên tục Chúng có thể luôn mở cho một loại ion nhất định theo một chiều nhất định (tính thấm chọn lọc) hoặc chúng có thể mở hoặc đóng đối với ion nào đó để đáp ứng với các tín hiệu chỉ từ môi trường, loại thứ hai là các kênh ion có cơ chế “cổng”

 Mặc dù có những khác biệt nhỏ trong bán kính của các kênh, ion kích thước dù khác nhau hiếm khi đi qua các kênh "lạ" Ví dụ, Na+ hoặc Ca++ hiếm khi đi qua kênh Ka+

 Một kênh có cơ chế “cổng” có thể có một số trạng thái khác nhau (tương ứng với các hình thái khác nhau của protein), nhưng mỗi trạng thái đó hoặc là mở hoặc là đóng

 Nhìn chung, trạng thái đóng hoặc do sự co hẹp của lỗ, hoặc một phần riêng biệt của protein phủ lên các lỗ à đều làm cho các ion không đi qua nó được

 Kênh ion có cơ chế “cổng” có thể được phân loại theo cơ chế chúng phản ứng với môi trường quanh chúng Hai cơ chế

1- kênh ion có cơ chế cổng nhạy cảm với điện áp (có cổng điện áp) , chúng mở

và đóng đáp ứng với độ lớn điện áp nào đó qua màng Kênh này có vai trò đặc biệt quan trọng trong sự phát sinh điện thế hoạt động (xem sau)

2- Kênh ion có cơ chế “cổng” được điều khiển bởi phối tử gắn với nó (có cổng phối tử) tạo thành một loại kênh quan trọng Các kênh ion mở và đóng để đáp ứng với sự gắn vào nó của một phân tử gọi là phối tử, thí dụ như là chất dẫn truyền thần kinh , các kênh này đóng vai trò quyết định trong sự dẫn truyền tín hiệu qua synap

 Các tác động từ môi trường gây nên sự đóng mở rất đa dạng về bản chất nhưng cơ chế đóng mở chỉ có 2 loại chính nêu trên Ngoài điện thế, tác động gây mở và đóng

có thể là các lực cơ học, nhiệt độ, ánh sáng, hóa chất hoặc áp lực

CÁC HIỆN TƯỢNG ĐIỆN TRÊN TẾ BÀO SỐNG (tế bào thần kinh)

Điện thế Màng

Điện thế nghỉ

Điện thế hoạt động

(các nội dung trên có trong GT Vật lý – Lý sinh y học)

Sự lan truyền điện thế hoạt động

Trong trường hợp những tế bào lớn, thí dụ tế bào thần kinh với những sợi trục kéo dài (axon), điện thế hoạt động phát sinh tại một vùng nào đó trên màng tế bào (màng bị kích hoạt) kéo theo sự kích hoạt nối tiếp các khoảng cạnh nhau trên màng và như thế xung điện động lan truyền theo suốt cả tế bào Các xung điện cũng có thể được truyền đi qua các mô khi một tế bào bị kích hoạt kéo theo sự kích hoạt tế bào bên cạnh

Cơ chế lan truyền điện thế hoạt động

Đối với màng tế bào bình thường, « trơn » không có bao myelin

• Các dòng điện tại chỗ đóng vai trò tác nhân kích thích thứ cấp đối với vùng kề cận vị trí màng tế bào bị kích hoạt đầu tiên (xem sách giáo khoa)

• Các vùng nối tiếp nhau trên màng lần lượt bị kích hoạt theo cách trên

• Tốc độ truyền xung điện động tỷ lệ thuận bán kính sợi thần kinh

Đối với màng tế bào được bọc bao myelin (phần thuộc axon)

• Bao myelin cách điện sợi trục và không cho ion đi qua màng Các vùng hẹp không bị bọc myelin phân bố đều đặn trên màng, được gọi là các nút Ranvier , điện thế hoạt động chỉ có thể tạo ra ở đây

• mật độ các kênh ion trên màng tại eo Ranvier rất lớn à nhạy cảm, dễ bị kích hoạt

• màng tế bào tại vùng được bọc myelin gần như không có các kênh ion à ngay cả khi bị hở, phần màng vốn được bọc bao myelin của sợi trục thần kinh cũng không

“kích hoạt được” tức không sản sinh điện thế hoạt động được

• Các dòng điện tại chỗ sẽ truyền từ eo Ranvier bị kích hoạt đến eo Ranvier tiếp theo còn « yên tĩnh » và kích hoạt màng ở đó

• Cách dẫn truyền này tiết kiệm năng lượng và tốc độ truyền cao hơn nhiều so với sợi thần kinh trơn

• Tổn thương bao myelin gây ra các bệnh về thần kinh rất nghiêm trọng như bệnh đa

xơ cứng thần kinh do các xung điện động (tín hiệu điều khiển từ thần kinh trung ương hay các tín hiệu từ các cơ quan thụ cảm) không truyền được hoặc bị sai lệch trên các sợi thần kinh có bao myelin nhưng bị « hở »

Sự lan truyền điện thế hoạt động qua synap

 Các Neuron và các synap hóa học

 Hệ thần kinh của cơ thể sống cấu thành từ vô số các neuron (các tế bào thần kinh) được liên kết với nhau và liên kết với các tế bào loại khác mà hệ thần kinh điều khiển

 Cấu trúc của neuron nói chung đều có một sợi trục lớn, dài gọi là axon và những nhánh ngắn hơn như những xúc tu gọi là dendrite (cành)

 Phần cuối của axon lại phân thành một số nhánh (các chồi) dẫn đến các điểm tiếp xúc với các neuron khác hay một tế bào loại khác không phải neuron (thí dụ cơ, các

 Đóng vai trò các tín hiệu mang thông tin trên cơ thể sống là các xung điện thế hoạt động phát sinh trên tế bào và được lan truyền hoặc là những sự thay đổi của điện thế màng không có khả năng lan truyền

 Chức năng bắt buộc phải có của một neuron là đảm bảo sự dẫn truyền tín hiệu từ neuron đến tế bào mà nó tiếp xúc

Đầu cuối các chồi của axon tiếp xúc với tế bào tiếp nối bằng một liên kết đăc biệt gọi là synap hóa học Cấu trúc synap hóa học gồm ba khu vực chính

1 Khe mỏng ngăn cách màng hai tế bào tại khu vực tiếp giáp gọi là khe synap

2 Màng tế bào phía đầu axon - màng trước synap

3 Màng tế bào tiếp xúc khe synap phía tế bào tiếp nối - màng sau synap

 Sự dẫn truyền tín hiệu qua synap

Điện thế hoạt động lan truyền theo axon, tỏa ra các chồi và tới synap Tại đây xung điện

thế hoạt động sẽ kích hoạt những quá trình rất phức tạp và tinh vi trên màng trước

synap , những qúa trình này sẽ tiếp tục kéo theo các quá trình xảy ra trên màng sau synap Kết quả là trên màng sau synap sẽ xuất hiện những thay đổi của điện thế màng và

có thể dẫn đến sự xuất hiện điện thế hoạt động à tín hiệu đã được truyền từ tế bào này sang tế bào khác

- Cơ chế dẫn truyền tín hiệu qua synap

Trước synap phải là axon

Trong các chồi của axon có các hình cầu nhỏ bao bọc bởi màng phosphorlipid kép (giống màng tế bào) gọi là các nang synap

Trong các nang chứa các neurotransmitter – các phân tử dẫn truyền thần kinh Từ nay về sau chúng ta sẽ dùng thuật ngữ neurotransmitter cho ngắn gọn Các nang này “cập bến” gần màng trước synap

Dendrite

(cành)

Chồi axon

Trong chồi trước synap:

 Khi xung điện thế hoạt động lan đến màng trước synapà điện thế màng thay đổi (đảo phân cực) làm một số kênh Ca++ cổng điện áp mở cho các ion Ca++ tràn vào trong tế bào

 Nồng độ ion Ca++ tăng cao này lại kích hoạt các protein nhạy cảm với Ca++ đang bám vào các nang synap và làm cho quá trình sau đây diễn ra (sự xuất bào)

 các protein này thay đổi hình thái và làm màng các nang đang “cập bến” hòa nhập với màng trước synap

 Tiếp theo một lỗ hổng xuất hiện thông bên trong nang với khe synap Các

neurotransmitter từ nang phóng ra khe synap và khuếch tán tới màng sau synap hoặc thoát khỏi khe synap

Trên màng sau synap:

 các neurotransmitter bị “bắt “ bởi các receptor (thụ cảm thể) là các protein phân bố trên màng sau synap

 Các thụ cảm thể là các kênh ion có cơ chế cổng – cổng phối tử Sau khi “bắt” các neurotransmitter, thụ cảm thể thay đổi trạng thái sẽ mở ra cho ion nhất định đi qua

 Dòng ion đi qua kênh được mở sẽ gây nên sự biến đổi tại chỗ điện thế màng sau synap , tăng hoặc giảm tùy thuộc thụ cảm thể là kênh ion loại nào, dấu và chiều ion đi qua màng

 Nếu là kênh Na+, dòng Na+ tràn vào tế bào sau synap làm cho điện thế màng tăng lên

(bớt âm hơn hay gọi là màng bị khử cực) Nếu là kênh K+ hoặc Cl- thì dòng K+ đi ra

hoặc dòng Cl- đi vào đều làm điện thế màng giảm xuống (trở nên âm hơn hay gọi là

màng bị phân cực vượt mức)

Yêu cầu : Sinh viên cần phải hiểu được các dòng ion nào đó đi vào hay đi ra dẫn tới sự

tăng hay giảm điện thế màng

 Có hai loại synap: hưng phấn và ức chế

- Synap hưng phấn: xung điện động truyền tới làm màng sau synap bị khử cực, điện thế hoạt động dễ phát sinh hơn (màng dễ bị kích hoạt hơn)

Trước synap - Chồi axon

Khe synap Sau synap – thân hoặc cành neuron, cơ, …

Chất dẫn truyền thần kinh – neurotransmitter

Bơm tái hấp thu neurotransmitter Nang synap

Kênh Ca++

cổng điện áp

Thụ cảm thể – kênh ion cổng phối tử

- Synap ức chế: xung điện động truyền tới làm màng sau synap bị phân cực vượt mức, điện thế hoạt động khó phát sinh hơn (màng khó bị kích hoạt hơn) Tóm lại:

 Xung điện thế hoạt động trước synap đã gây ra một đáp ứng nhất định của điện thế màng sau synap – thông tin đã được lan truyền

 Thay đổi điện thế màng sau synap không phải là điện thế hoạt động và chỉ có tính chất tại chỗ đối diện khe synap Thay đổi có thể làm sự phát sinh điện thế hoạt động

dễ xảy ra hay khó xảy ra hơn

Sau khi các thụ cảm thể bắt các chất dẫn truyền thần kinh

 các neurotransmitter dần dần lại thoát ra khỏi các receptor và trôi ra xa Các

neurotransmitter này, hoặc được tái hấp thu vào các chồi và được đóng lại trong các nang, hoặc sẽ bị phân hủy bởi các enzyme đặc biệt trong khe synap

 Sau khi bị phân hủy, thành phần chính của neurotransmitter sẽ được tái hấp thụ vào chồi trước synap và được tổng hợp lại thành neurotransmitter mới và được đóng vào các nang

 Quá trình này có mục đích sống còn rõ ràng: nếu các neurotransmitter vẫn còn trong khe synap thì chúng lại tiếp tục bị “bắt” bởi các thụ cảm thể, các kênh ion lại mở và điện thế màng sau synap lại thay đổi mặc dù không có điện thế hoạt động ở màng trước synap à có thể gây ra hiệu ứng sinh lý bất thường

 Trường hợp riêng: Synap thần kinh vận động – sợi cơ

 Thần kinh vận động liên kết với sợi cơ bằng synap Tín hiệu điều khiển sự co cơ là xung điện động theo axon thần kinh vận động truyền đến synap

 Synap thần kinh vận động – sợi cơ là loại synap hưng phấn với thụ cảm thể là các kênh Na+ và các neurotransmitter là achetylcholine, viết tắt là Ach àXung điện động trên màng trước synap gây ra sự khử cực tại màng sau synap

 Nếu điện thế màng sau synap đạt đến ngưỡng khử cực thì điện thế hoạt động sẽ phát sinh trên màng sau synap và sẽ lan truyền theo sợi cơ à …àkết quả là sợi cơ co

 Nếu điện thế màng sau synap tăng lên chưa đến ngưỡng khử cực thì trên màng sau synap không xuất hiện điện thế hoạt động à cơ không co à các bệnh lý khác nhau

về rối loạn vận động

 Lượng Na+ đi vào qua các kênh Na+ là các thụ cảm thể quyết định đến biên độ tăng điện thế màng sau synap và quyết định điện thế hoạt động có phát sinh trên màng sau synap hay không

 Lượng Na+ đi vào và cũng có nghĩa là biên độ thay đổi điện thế màng sau synap phụ thuộc:

1 Số thụ cảm thể bắt ACh và mở ra cho Na+ đi vào (số ACh phóng vào khe synap + số thụ cảm thể nói chung + số thụ cảm thể bắt được ACh)

2 Thời gian các thụ cảm thể mở (ACh gắn vào, tách ra thụ cảm thể và bị bắt lại

có thể làm tăng thời gian mởà vai trò enzyme phân hủy ACh: số lượng, mức

độ hoạt động)

 Từ những phân tích trên à nguyên nhân và cách giải quyết các bệnh lý rối loạn vận động

Thí dụ: chất Curare trong tên độc của người da đỏ phong tỏa các thụ cảm thể làm cho ACh không gắn vào thụ cảm thể đượcà cơ không co được mặc dù có xung điện động truyền đến synap thần kinh – cơ Hóa chất chống enzyme phân hủy ACh à cơ co giật không điều khiển, nhưng ngược lại giúp điều trị bệnh nhược cơ do có quá ít thụ cảm thể

ĐIỆN THẾ HOẠT ĐỘNG CỦA TỔ CHỨC SÔNG

Hoạt động của tim – cơ chế điều khiển bản chất điện

• Trong tim có hệ các mô cơ đặc biệt cấu thành từ các tế bào cơ tim “đặc biệt” : nút

SA, nút AV, hệ thống dẫn truyền xung điện động gồm bó His và các sợi Purkinje

• Các tế bào cơ “đặc biệt” có khả năng tự kích hoạt đồng loạt đều đặn không nghỉ

• Các nút SA và AV có thể độc lập tự kích hoạt theo nhịp riêng tự nhiên của mình

• Điện thế màng tế bào cơ tim « đặc biệt » không có giai đoạn điện thế nghỉ rõ ràng

mà luôn thay đổi một cách tự phát, khử cực tái phân cực nối tiếp nhau Nguyên nhân là do sự đóng mở hai loại kênh K+ và Ca++ dẫn đến tính thấm của màng đối với 2 ion này

thay đổi liên tục

nhưng lệch pha

nhau (Hình bên)

• Lưu ý rằng nồng

độ Ca++ ngoài

tế bào tim cao

hơn bên trong

nhiều, kênh Ca+

+ mở dẫn đến

Ca++ đi vào tế

bào

Yêu cầu : Sinh viên

cần phải hiểu được

các dòng ion nào đó

đi vào hay đi ra dẫn tới sự tăng hay giảm điện thế màng

• Ngoài các tế bào cơ tim đăc biệt, hệ cơ tim cấu tạo từ các tế bào cơ tim thường

• Cần có xung điện từ ngoài truyền tới để kích hoạt tế bào cơ tim thường Điện thế hoạt động của nó kéo dài hơn nhiều so với tế bào thần kinh, đến 0.3 s

• Sự kéo dài này do các kênh Ca++ trên màng tế bào mở (dòng Ca++ vào) kéo dài hơn thời gian mở các kênh Na+ , các kênh K+ lại đóng bớt lại và cũng kéo dàià sự đảo phân cực duy trì lâu (xem hình dưới)

• Trên các hình gNa+, gK+, gCa++ là tính thấm của màng đối với các ion

•

• Tế bào cơ tim thường co khi bị kích hoạt

• Một chu kỳ co bóp của tim được khởi nguồn bởi xung điện động tự phát tại nút SA,

xung điện lan truyền theo mô cơ tim thường của tâm nhĩ→ kích hoạt các tế bào cơ timà tâm nhĩ co

• Xung điện lan truyền đến nút AV, truyền theo bó His và theo các sợi Purkinje lan tỏa đến hệ cơ co tâm thất→ kích hoạt các tế bào cơ tâm thất àtâm thất co

• Tốc độ lan truyền xung điện theo bó His và các sợi Purkinje nhanh gấp 10 lần so với theo mô cơ tim bình thường→ các tế bào cơ của tâm thất co gần như đồng thời →

áp lực bơm máu tối đa

Điện tâm đồ

Chẩn đoán trên điện tâm đồ

TÁC DỤNG CỦA DÒNG ĐIỆN LÊN CƠ THỂ SỐNG

Phản ứng của cơ và thần kinh đối với kích thích điện

Các thông số điện của cơ thể

Nguy hiểm do điện

Các biện pháp an toàn điện

Ứng dụng dòng một chiều trong vật lý liệu pháp

Ứng dụng dòng một chiều trong y khoa – máy khử rung tim

Ứng dụng dòng xoay chiều trong vật lý liệu pháp

Ứng dụng dòng xoay chiều trong y khoa – phẫu thuật và đốt cắt điện

(các nội dung trên có trong GT Vật lý – Lý sinh y học)