CHƯƠNG 5 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 lông 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 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 Màng bán th m có tính th m ch n l c Trong hình 5- 1A, m t s i th n kinh, bên màng có n ng đ ion kali 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 không th m ion khác Vì chênh l ch n ng đ cao gi a 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 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 mô 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 ĐI N TH KHU CH TÁN (Anions)– S i th n kinh – + – – + – + – (Anions)– – – + – K+ K+ – + – – + – – + – (–94 mV) – – + – + – – A + + + + + + + + + + S –i th n kinh () – + + – – + (Anions)+– – – + + – – + + – Na+ Na+ – + + – – + + – – + + – (+61 mV) + – – + + – – + + – B Hình 5-1 Â- S hình thành n th khu ch tán qua màng t bào s i th n kinh b i s khu ch tán ch n l c ion kali t bên màng B- S hình thành n th khu ch tán qua màng t bào s i th n kinh ch có tính th m v i ion natri Lưu ý r ng n th bên màng âm ion kali khu ch tán dương ion natri khu ch tán s đ i ngư c v n ng đ c a chúng bên màng t bào 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 toán 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 EMF(millivolts) = ± z n ng đ bên — + I KC +++++++++++ –––––––––– +++++ ––––– Đi n c c b cb c clorit – – – – – – – – – (–90 – – – – – – – + + + + + + + + + mV) + + + + + + + + fiber using a microelectrode ( 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 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 , 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 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 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 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, s khu ch tán ion dương 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 vôn k thích h p Máy vôn 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 s i th n kinh Đi n th ( mV) –90 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 không 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 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 không truy n tín hi u th n kinh kho ng -90mV ATP Selectivity filter 3Na+ 2K+ ADP Bơm Na+-K+ Na+ K+ UNIT II ho t đ ng Bên 3Na+ 2K+ –+–+–+–+–+–+–+– +–++––+–+––++–+ –+–+–+–+–+–+–+– +–++––+–+––++–+ –+–+–+–+–+–+–+– +–++––+–+––++–+ –+–+–+–+–+–+–+– +–++––+–+––++–+ –+–+–+–+–+–+–+– +–++––+–+––++–+ màng n th K+ Kênh “rò r ” K + Hình 5-4: Đ c m ch c c a bơm Natri- Kali c a kênh “rò r ” kali ADP- adenosine diphosphat, ATP- adenosine triphosphate Kênh rò r kali ch rò r m t lư ng nh ion natri qua t bào tính th m v i ion natri th p nhi u so v i ion kali 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 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/ngoài: 0,1 K trong/ngoài: 35 S rò r kali qua màng t bào th n kinh Phía bên ph i hình 5.4 ch kênh protein ( g i kênh kali ho c kênh rò r kali ) màng t bào th n kinh mà qua k có th b rò 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 mô t chương 4, (hình 4.4) Nh ng kênh k có th rò 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 + + – – + – khu ch tán Na+ Bơm + 142 mEq/L + + + – – – – Na+ 14 mEq/L khu ch tán K+ C + – Bơm + mEq/L + + + + – (Anions) + – – – – – – K+ 140 mEq/L (–90 mV) (Anions)– – – – – – – – – – – – – – – – – – – – + + + + + + + + + + + + + + + + + + + Hình 5-5: S hình thành n th ngh s i th n kinh dư i u ki n: A: Khi n th màng t bào đư c t o b i s khu ch tán c a ion kali B: Khi n th màng t bào đư c t o s khu ch tán c a ion kali natri C: Khi n th màng t bào đư c t o s khu ch tán c a ion kali natri, thêm vào ho t đ ng c a bơm Natri- Kali 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 mô 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 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 ĐI N TH HO T Đ NG C A T BÀO TH N KINH ĐI N TH TH N KINH HO T Đ NG C A T BÀO 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 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 Nh ng giai đo n liên ti p c a n th ho t đ ng KÊNH CÓ CÁNH C NG ĐI N TH NATRI VÀ KALI — + I KC ++++ –––– ++++ –––– +++++ ––––– –––– ++++ ++++ –––– Đi n c c b c- b c clorit ++++++ –––––– Quá ngư ng +35 n mV) o rizati Repola De p olarizat io n –90 Ngh 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 trò 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 rò 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 dòng 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 Mili giây Hình 5-6: Đi n th ho t đ ng n hình đư c ghi l i b i phương pháp đư c ch ph n c a hình v 65 UNIT II 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 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 dòng 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 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 Ph n II: Sinh lí màng t bào, th n kinh L c m t cách C ng ho t hóa Na+ ch n l c Na+ B khu ch đ i Na+ Đi n c c dung d ch Đi n c c n áp C ng b t ho t Ngh Đư c ho t hóa (−90 mV) (−90 to +35 mV) B b t ho t (+35 t i −90 mV, b ch m tr ) Đi n c c có dòng n tích Hình 5-8: Phương pháp k p n th đo dòng ion qua kênh đ c bi t Kênh có cánh c ng n th kali s ho t hóa Bên Resting (−90 mV) K+ K+ Slow activation (+35 to −90 mV) Hình 5-7: Đ c m c a cánh c ng n th kênh natri (phía trên), cánh c ng n th kênh kali( phía dư i) s ho t hóa ch m c u kênh kali n th màng đư c thay đ i t tr ng thái ngh vs giá tr âm thành giá tr dương 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 vòng 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 không 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 không th có kênh natri m tr l i mà 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 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 dòng 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 thông 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 +60 +40 Đi n th ho t đ ng +20 B t ho 100 t –90 mV +10 mV –90 mV Đi n th màng Th i gian( mili giây) Đ d n ion natri + +Đ Na d n ion kali Ho t hóa (mmho/cm2) 10 kênh ion kali m 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 dòng ch y thông 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 T s đ d n 0.001 100 Hình 5-9: Nh ng thay đ i n hình đ d n c a kênh ion (mmho/cm2) 10 Đ d n natri kali n th màng thya đ i đ t ng t tăng t giá tr bình thư ng -90mV lên t i +10mV mili giây Hình v ch r ng nh ng kênh natri m ( ho t hóa) đóng( b t ho t) bư c mili giây k t thúc Hình v ch kênh natri ho t hóa b t ho t trư c mili giây k t thúc kênh kali ch m ( ho t hóa), t c đ m kênh ch m nhi u so v i kênh natri K+ 0.1 Na+ 0.01 0.005 0.5 1.0 1.5 Mili giây Hình 5-10 Nh ng thay đ i đ d n c a kênh natri kali su t trình có n th ho t đ ng Đ d n c a kênh natri cao g p l n kênh kali su t giai đo n s m c a n th ho t đ ng, đ d n c a kênh khali tăng kho ng 30 l n giai đo n sau m t th i gian ng n sau đó.( Nh ng đư ng cong đư c c u trúc t nh ng nguyên lí đư c xu t hi n gi y c a Hodgkin Huxley v n chuy n qua s i tr c g n li n v i n th ho t đ ng s i th n kinh l n c a đ ng v t có vú 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 hoàn toàn 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 không 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 Đ d n 20 Quá ngư ng (mV) kênh ion natri 30 Đi n th màng( mV) Chương 5: Đi n th màng n th ho t đ ng 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 mô 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 ngoài, h u không dòng 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 hoàn toàn 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, l p l i kích thích nhi u l n mà 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 hô 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 không 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 không 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 dòng 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 Ngoài 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, không 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 nguyên v n, 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 đôi 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 ––++++++++++++++++++–– ++––––––––––––––––––++ Hình 5-11 S lan truy n c a n th ho t đ ng theo hư ng d c theo m t s i d n 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 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, không 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 gì, áp d ng cho t t c mô có th kích thích Th nh tho ng, n th ho t đ ng đ t đ n m t m màng mà không 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 màng b i ion natri khu ch tán vào bên trong trình kh c c kali khu ch tán bên trình tái c c 69 UNIT II Quá trình m t vòng 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 +40 Cao nguyên Sinh nhi t Millivolts +20 –20 –40 –60 –80 At rest 100 200 300 T n s m ch m i phút Hình 5-12 Sinh nhi t m t s i th n kinh ngh trình tăng t c đ c a kích thích 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 mô 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 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 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 không 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 –100 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Giây Hình 5-13 Đi n th ho t đ ng( mV) t s i Purkinje c a tim, ch m t đ th d ng cao nguyên 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, 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 xuyên không ph i m nhi u cho đ n k t thúc c a cao nguyên Y u t làm trì hoãn 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 MÔ 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 mô 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 ho t đ ng Đi n th ho t Đ d n c a đ ng r t nh p ion kali Ngư ng nhàng +20 UNIT II Millivolts +40 màng n th –20 –40 –60 Kh c c cao Giây Hình 5-14 Đi n th ho t đ ng( mV) ho t đ ng nh p nhàng tương t nh p ho t đ ng c a tim Chú ý m i quan h c a đ d n ion kali t i tr ng thái kh c c cao 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 Quá 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 toàn 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 mô 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 không ph i trì hoãn 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 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 Hình 5-15 Lát c t ngang c a thân m t s i th n kinh nh có bao myelin c bao myelin Khi tình tr ng t n t i, s l p l i kích thích s không 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 hoàn 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 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 Bào tương s i tr c Bao myelin Rãnh Ranvier S i tr c Bao myelin Bào tương t bào Schwann Nhân t bào Schwann Hình 5-17 Hi n tư ng nh y cóc qua s i tr c có myelin Dòng n tích nh y t rãnh đ n rãnh khác theo mũi tên Rãnh Ranvier A S i tr c bao myelin Nhân t bào Schwann Bào tương t bào Schwann Hình 5-16 Ch c c a t bào Schwann vi c tách riêng bi t s i th n kinh A- T bào Schwann b c quanh m t s i tr c l n đ t o thành v e myelin cho s i th n kinh có myelin B S bao b c không đ u c a tn Schwann t bào ch t c a quanh s i th n kinh myelin( đư c ch hình c t d c 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 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, dòng 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 công 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 không 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 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 - QUÁ 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 thông 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, dòng n đ truy n tín hi u gi a t bào tim ru t Đ i v i m c đích tìm hi u 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 n th ho t đ ng ϩ40 ϩ20 mV Ϫ40 Ϫ60 A B C D Mili giây Hình 5-18 nh hư ng c a kích thích làm tăng n th đ t o n th ho t đ ng Lưu ý s phát tri n c a ngư ng ti n n th c p kích thích th p ngư ng c n đ t o n th ho t đ ng 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 phòng 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 dòng 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 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 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 không 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 không đ cho 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 ĐÓ KHÔNG CÓ 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 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 toán r ng m t dây th n kinh có th truy n t i đa kho ng 2500 xung m i giây c ch tr ng thái kích thích- “Các ch t n đ nh” gây mê vùng 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.” Gây mê vùng: n m ch t n đ nh quan tr ngnh 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 ngư ng ti n n th c p Ngư ng n th Ϫ20 T i m C hình 5-18, kích thích th m chí 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  ... 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 s i th n kinh Đi n th ( mV) –90 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... kali ch m ( ho t hóa), t c đ m kênh ch m nhi u so v i kênh natri K+ 0.1 Na+ 0.01 0.0 05 0 .5 1.0 1 .5 Mili giây Hình 5- 10 Nh ng thay đ i đ d n c a kênh natri kali su t trình có n th ho t đ ng Đ d n... kali t o n th -61 mV x log 35 = -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