1.1. Điện thế khuếch tán
Điện thế khuếch tán là điện thế được tạo ra do sự khuếch tán ion qua màng. Điện thế khuếch tán được xác định bằng các phương trình sau:
* Phương trình Nerst:
Giữa mặt trong và mặt ngoài màng tế bào luôn tồn tại một hiệu điện thế
do sự khác biệt về nồng độ các ion tạo ra. Khi đó, sự khuếch tán của các ion qua màng sẽ chịu ảnh hưởng của hai lực đối lập nhau:
- Xu thế khuếch tán do chênh lệch về nồng độ: các ion sẽ khuếch tán từ
nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp. Sự chuyển động này tạo nên 1 chênh lệch vềđiện tích tăng dần.
- Xu thế khuếch tán do chênh lệch vềđiện thế: các ion (+) di chuyển về
phía bên màng tích điện (-), ion (-) di chuyển về phía bên màng tích điện (+). Sự chuyển động này tạo nên 1 chênh lệch về nồng độ tăng dần.
Trong một hệ nhiệt động học, ở một thời điểm nhất định, 2 lực trên sẽ
cân bằng nhau. Lúc này hệ thống ở vào trạng thái thăng bằng động (cân bằng Donnan). Ở nhiệt độ 370C, khi chênh lệch điện thế cân bằng với chênh lệch nồng độ của một ion hóa trị 1 thì ta có thể xác định điện thế khuếch tán đó theo phương trình Nernst như sau:
EMF(mV) = ±61log
21 1
CC C
Trong đó: EMF là điện thế (lực điện động 2 bên màng) C1 là nồng độ ion bên 1 của màng
C2 là nồng độ ion bên 2 của màng
- Ion K+: nồng độ ion phân bố như sau: C Ko+ là 4mEq/L, C Ki+ là 140mEq/L, tỉ số C Ki+/C Ko+ = 35. Điện thế khuếch tán của ion K+ khi màng tế bào không thấm với các ion khác tính được là khoảng 94mV, âm ở bên trong màng.
- Ion Na+: nồng độ ion phân bố như sau: C Nao+ là 142mEq/L, C Nai+
là 14mEq/L, tỉ số C Nao+/C Nai+ = 10. Điện thế khuếch tán của ion Na+ khi màng tế bào không thấm với các ion khác tính được là khoảng 61mV, dương
ở bên trong màng.
- Ion Cl-: nồng độ ion phân bố như sau: C Clo+ là 103mEq/L, C Cli+ là 4mEq/L, tỉ số C Clo+/C Cli+ = 26. Điện thế khuếch tán của ion Cl+ khi màng tế
bào không thấm với các ion khác tính được là khoảng 90mV, âm ở bên trong màng.
* Phương trình Goldman-Hodgkin-Katz:
Khi màng tế bào thấm với nhiều ion khác nhau thì điện thế khuếch tán phụ thuộc vào 3 yếu tố:
- Dấu điện tích của ion.
- Tính thấm P của màng tế bào đối với mỗi ion. - Chênh lệch nồng độ ion giữa hai bên màng.
Khi đó điện thế màng được tính theo phương trình Goldman-Hodgkin- Katz gọi tắt là phương trình Goldman. Phương trình này xác định điện thếbên trong màng với sự thấm của ion Na+, K+ và Cl-: EMF(mV)= -61log − − + + + + − − + + + + + + + + Cl Cl K K Na Na Cl Cl K K Na Na P C P C P C P C P C P C i o o o i i . . . . . . Phương trình Goldman có 4 điểm đáng lưu ý:
- Các ion Na+, K+ và Cl- là những ion rất quan trọng trong việc tạo ra
điện thế màng ở tế bào thần kinh và cơ.
- Mức độ quan trọng của mỗi ion trong việc tạo điện thế tỷ lệ thuận với tính thấm của màng đối với ion tương ứng.
- Nếu nồng độ ion dương bên trong màng cao hơn bên ngoài màng, thì bậc thang đó tạo điện thế âm trong màng vì ion dương khuếch tán ra ngoài để
lại các anion không lọt qua màng.
- Tính thấm của kênh Na+ và kênh K+ biến đổi cực nhanh khi có xung
điện thế khuếch tán của Cl- theo phương trình Nernst khoảng -90mV đúng bằng điện màng lúc nghỉ. Do vậy, tính thấm của Na+ và K+ có ý nghĩa chủ yếu
đối với sự tạo ra điện thế màng. Trong khi tính thấm của Cl- ítảnh hưởng hơn.
1.2. Khái niệm vềđiện thế màng
Điện thế màng là điện thế tồn tại trên màng của hầu như mọi tế bào trong cơ thể. Điện thế màng có cơ sở vật lý là điện thế khuếch tán.
Theo qui ước, điện thế màng được xác định là điện thế bên trong so với bên ngoài màng tế bào.
Điện thế màng bao gồm điện thế nghỉ và điện thế hoạt động. Các hoạt
động điện này diễn ra đặc biệt trên tế bào thần kinh và tế bào cơ.