Điện di lă phương phâp phđn tích dựa trín sự dịch chuyển câc điện tích, phđn tử nhiễm điện dưới tâc dụng của trường lực điện không đổi. Câc thănh phần khâc nhau trong dịch sinh vật khi nhiễm điện sẽ mang một điện lượng có độ lớn vă dấu điện tích khâc nhau. Tuỳ theo loại phđn tử mă câc hạt nhiễm điện sẽ dịch chuyển với tốc độ nhanh hay chậm dưới tâc dụng của điện trường ngoăi. Câc phđn tử sinh vật dễ dăng nhiễm điện vă tích điện, nín dựa văo tính chất năy đễ xđy dựng một số phương phâp điện di. Ngăy nay, phương phâp điện di được âp dụng rộng rêi vă ứng dụng nhiều trong câc nghiín cứu y - sinh học.
Thông thường, ta sử dụng phương phâp điện di để tâch chiết câc thănh phần albumin, globulin trong huyết thanh; điện di protein (phức chất lipide với protein); điện di glucoprotein (xâc định câc thănh phần của protein vă glucide trong huyết thanh).
85
Năm 1937, Tiselius lă người đầu tiín đê đưa ra phương phâp điện di trong môi trường tự do để khảo sât sự hiện diện của protein trong huyết thanh. Sau Tiselius, Cremer ta thấy có nhiều nhă khoa học khâc như Durrum đê xđy dựng lý thuyết hoăn chỉnh về hiện tượng năy một câch tường minh vă phât hiện thím nhiều chỉ tiíu đo đạt khâc trong câc thiết bị mới của mình. Năm 1950, câc nhă sản xuất đê đưa ra một loại thiết bị mới hơn, đó lă sự phđn tích dựa trín phương phâp “điện di hiển thị” vă khảo sât thông tin bệnh lý bằng câch ghi lại câc đặc tuyến biến đổi của nó trín “băng giấy chỉ thị”.
Ngăy nay có nhiều công trình nghiín cứu y-sinh học đê âp dụng phương phâp điện di, dựa trín nguyín tắc dịch chuyển ion để tâch chiết vă phđn tích nhiều thănh phần khâc nhau của dịch sinh vật. Câc hướng nghiín cứu bằng phương phâp điện di thường tập trung trong ba loại chủ yếu lă:
- Phât hiện sự dịch chuyển của câc phđn tử bằng câch khảo sât dưới kính hiển vi (điện di tế băo).
- Điện di trong dung dịch tự do (xâc định theo độ linh động của câc hạt nhiễm điện trong dung dịch).
- Điện di trín câc chất giâ (phương phâp điện di khảo sât trín băng giấy).
86
Chương 5
ĐIỆN SINH HỌC
I. Mởđầu:
Từ lđu ở chđu Đu, người ta đê tiến hănh những thí nghiệm lý thú
để khâm phâ về câc khả năng lăm xuất hiện dòng điện trín cơ thể động vật. Từ đó khâi niệm về điện động vật mới xuất hiện vă đê được chứng minh sự tồn tại của nó.
Một số loăi câ sinh sống ở sông vă biển có bộ phận bảo vệđặc biệt
để phât điện như câ trí điện, câ đuối điện, chình điện...Ngược dòng lịch sử
về sự phât hiện ra câc dòng điện từ sinh vật trín cho thấy, từ rất lđu người Ai Cập đê gặp phải vă lăm quen với những hiện tượng điện năy.
Một tính chất đặc trưng của tế băo động vật lă giữa chúng vă môi trường bín ngoăi luôn luôn tồn tại một sự chính lệch điện thế. Đo hiệu
điện thế trín câc loại tế băo khâc nhau thì sự chính lệch năy văo khoảng 0,1 V. Đặc biệt có một số loăi câ điện có thể sinh ra câc xung điện rất cao
đến khoảng 600V, với dòng điện cở hăng trăm mA.
Tính chất điện sinh học đê được Dr. Louis De Galvanie khâm phâ. Sau đó, đề tăi năy đê thu hút nhiều nhă khoa học khâc quan tđm vă đầu tư
văo việc nghiín cứu một câch lý thú.
Tuy nhiín sau hơn 100 năm, kể từ những phât hiện đầu tiín dưới sự ghi nhận của câc nhă khoa học, con người vẫn chưa giải thích được cơ
chế hình thănh hiện tượng điện sinh vật một câch rõ răng. Câc kết quả
thực nghiệm vẫn còn đóng khung trong việc mô tả hiện tượng. Trong văi thập kỉ gần đđy, nhờ câc phương tiện ghi đo có độ nhạy cao, chính xâc, cũng như câc thiết bịđiện tử hiện đại...người ta mới khâm phâ được nhiều qui luật hình thănh dòng điện của tế băo. Từ kết quả thực nghiệm đo được bằng câc phương phâp khâc nhau như đồng vị phóng xạ, động học phđn tử, hiển vi điện tử, hoâ tế băo..., câc nhă khoa học đê cho thấy bản chất của dòng điện sinh học.
Việc xđy dựng cơ sở lý thuyết vă giải thích cơ chế của việc hình thănh dòng điện sinh học còn có nhiều hạn chế. Sỡ dĩ như vậy lă vì khi nghiín cứu hiện tượng điện sinh vật thường gặp phải một số giới hạn sau:
- Tốc độ biến đổi tín hiệu trín đối tượng nghiín cứu thay đổi quâ nhanh, trong khi câc giâ trị đo được thường rất nhỏ, nín yíu cầu về thiết bị nghiín cứu phải lă câc dụng cụ ghi đo thật nhạy vă có độ chính xâc thật cao.
87
- Đối tượng nghiín cứu thường có kích thước hết sức nhỏ (văo cở kích thước tế băo).
- Điều kiện nghiín cứu, phải được tiến hănh với phương phâp như thế năo để không lăm ảnh hưởng đến trạng thâi sinh lý của
đối tượng khảo sât.
Trước khi tìm hiểu về câc loại điện thế sinh vật, ta lưu ý rằng câc dịch thểở hai phía trong vă ngoăi măng tế băo lă câc dung dịch điện phđn (electrolytic solutions). Nồng độ trung bình của câc anion có giâ trị
khoảng 155 mEq/l, đông thời có xuất hiện một nồng độ tương ứng của câc loại cation phât triển theo phía ngược lại.
Theo cơ chế vận chuyển vật chất qua măng sinh học ta thấy có sự
phđn bố trở lại của câc anion vă cation ở hai phía măng. Đồng thời với quâ trình vận chuyển tích cực, thì có cả sự khuyếch tân của câc ion với câc độ
thấm khâc nhau. Kết quả cuối cùng lă trong toăn bộ quâ trình hệ có sự
chính lệch nồng độ ion ở hai phía măng, do đó lăm xuất hiện một hiệu số điện thế măng (membranne potential).
Hai yếu tố cơ bản có liín quan đến sự hình thănh hiệu thế măng sinh học có ý nghĩa quyết định đó lă:
-Sự khuyếch tân những ion qua măng do sự chính lệch nồng độ
của câc loại ion ở hai phía măng.
-Sự vận chuyển tích cực của những ion qua măng khi chuyển dịch từ pha (phase) năy sang pha khâc, tạo thănh một cđn bằng mới đó lă sự cđn bằng đặc biệt của câc ion.
Với một số đặc điểm níu trín thì mục đích vă yíu cầu khi nghiín cứu hiện tượng điện sinh vật đó lă:
Hiểu được bản chất của câc loại điện thế sinh vật cơ bản như
loại điện thế nghỉ, điện thế tổn thương, điện thế hoạt
động...Ngoăi ra cần nắm vững về câch ghi đo, điều kiện thí nghiệm, câc giai đoạn xuất hiện.
Xđy dựng lý thuyết phù hợp để giải thích sự hình thănh câc loại điện thế trín. Giải thích về câc kết quả ghi nhận được, kể
cả câc mối quan hệ giữa chúng.
Tìm hiểu một số ứng dụng điện sinh học của câc công trình nghiín cứu trong Y-Sinh học. Đưa ra một số ứng dụng hiện tượng điện trong công tâc chẩn đoân, thăm dò chức năng, cũng như câc ứng dụng đểđiều trị bệnh trong Y học.
Việc nghiín cứu câc hiện tượng điện sinh vật vă kỹ thuật ghi đo câc thông số liín quan có một ý nghĩa hết sức quan trọng. Đặc biệt, ngăy nay với câc thiết bị khoa học hiện đại, việc ứng dụng hiện tượng điện
88
trong Y học, xĩt nghiệm trín cận lđm săng được sử dụng khâ phổ biến. Do
đó ta cần phải nắm kỷ phương phâp ghi đo, hiểu rõ bản chất của câc loại
điện thế sinh vật cơ bản.