Trang chủ
Sách y học
Sinh lý y học
Điện thế màng được tạo ra bởi nồng độ các ion

Điện thế màng được tạo ra bởi nồng độ các ion

2020-07-17 08:26 AM

Dưới điều kiện thích hợp sự chênh lệch nồng độ các ion qua màng bán thấm chọn lọc, tạo nên điện thế màng.

Biên tập viên: Trần Tiến Phong

Đánh giá: Trần Trà My, Trần Phương Phương

Sự khác nhau ở 2 bên màng bán thấm có chọn lọc

Trong hình A, ở một sợi thần kinh, bên trong màng có nồng độ ion k rất cao, ngoài màng nồng độ kali thấp. Giả sử lúc này màng trở nên rất thấm một loại ion là kali mà không thấm ion nào khác. Vì chênh lệch nồng độ cao giữa trong và ngoài tế bào, có một xu hướng các ion kali khuếch tán ra ngoài qua màng bán thấm, như vậy kali mang theo các điện tích dương ra ngoài màng, để lại các điện tích âm bên trong (vì các ion âm không khuếch tán qua màng cùng ion kali). Trong thời gian mili giây, chênh lêch điện thế giữa trong và ngoài màng tế bào gọi là điện thế khuếch tán, điện thế này đạt tới mức ngăn không cho kali ra ngoài màng tế bào nữa, tuy nồng độ kali bên trong vẫn cao hơn bên ngoài. Ở sợi thần kinh động vật có vú, sự chênh lệch điện thế là khoảng 94 mV, âm bên trong màng.

Trong hình B, chỉ ra hiệu ứng tương tự hình A. Nhưng lúc này là ion natri với nồng độ cao bên ngoài và nồng độ thấp bên trong màng tế bào. Những ion này cũng mang điện tích dương. Thời điểm này màng có tính thấm cao vs ion Na mà ko cho các ion khác thấm qua.

Sự khuếch tán của ion dương natri tạo điện thế màng trái dấu với với trường hợp ion kali như hình A, tức là ngoài màng âm, trong màng dương. Trong vài mili giây , điện thế tăng vọt đủ ngăn không cho ion na khuếch tán thêm vào nữa. Lúc này, ở sợi thần kinh đọng vật có vú điện thế là khoảng 61mV, điện tích dương ở bên trong màng.

Như vậy, ở cả 2 hình, chúng ta thấy rằng dưới điều kiện thích hợp sự chênh lệch nồng độ các ion qua màng bán thấm chọn lọc, tạo nên điện thế màng.

Phương trình Nernst mô tả tương quan giữa điện thế khuếch tán và hiệu nồng độ ion

Điện thế giữa hai bên màng, khi đạt giá trị vừa đủ để ngăn sự khuếch tán thực một ion qua màng gọi là điện thế Nernst đối với ion đó.

Thiết lập khả năng khuếch tán qua màng sợi thần kinh

Hình. A, Thiết lập khả năng khuếch tán qua màng sợi thần kinh, gây ra bởi sự khuếch tán các ion kali từ bên trong tế bào ra bên ngoài thông qua một màng chỉ có thể thấm qua kali. B, Thiết lập khả năng khuếch tán khi màng sợi thần kinh chỉ thấm vào các ion natri. Lưu ý rằng điện thế màng trong là âm khi các ion kali khuếch tán và dương khi các ion natri khuếch tán do nồng độ ngược nồng độ của hai ion này.

Giá trị của điện thế N được quyết định bởi tỉ lệ nồng độ các ion đặc biệt hai bên màng, tỉ lệ nồng độ ion càng lớn thì xu thế khuếch tán ion càng mạnh và điện thế N càng cao để ngăn cản sự khuếch tán thực tiếp tục xảy ra nữa.

Phương trình sau gọi là phương trình N, có thể được dùng để tính toán điện thế N cho bất kì ion có hóa trị 1 nào ở điều kiện nhiệt độ cơ thể bình thường 98,6 độ F(37 độ C).

EMF(millivolts) = ±61/z ×log (nồng độ bên trong)/(nồng độ bên ngoài)

EMF: lực điện động, z: điện tích của ion vd: +1 đối với K+

Khi dùng phương trình này, ta luôn thừa nhận rằng điện thế ngoài màng tế bào bao giờ cũng bằng 0, và điện thế N là điện thế bên trong màng tế bào. Dấu của điện thế là (+) nếu ion khuếch tán từ trong ra ngoài màng tế bào là ion âm, và dấu của điện thế là âm khi ta có ion dương khuếch tán. Vì vậy với ví dụ trên khi nồng độ ion dương K+ bên trong cao gấp 10 lần bên ngoài , thì log của 10 là 1, điện thế N sẽ được tính là 61mV bên trong màng.

Phương trình Goldman được dùng để tính điện thế khuếch tán khi màng thấm nhiều ion khác nhau

Khi màng thấm nhiều ion khác nhau thì điện thế khuếch tán phụ thuộc 3 yếu tố:

(1) dấu của điện tích ion, (2) tính thấm P của màng đối với mỗi ion và (3) nồng độ các ion (C) tương ứng bên trong( i) và bên ngoài màng (o). vì vậy phương trình sau gọi là phương trình Goldman hay phương trình Goldman- hoagkin Katz đưa ra cách tính điện thế bên trong màng tế bào khi có 2 ion dương hóa trị một là Na+ và K+ và một ion âm hóa trị một là Cl-.

Phương trình Goldman

Những điểm đáng chú ý của Phương trình Goldman là : thứ nhất: các ion Na, K và Cl đều rất quan trọng trong việc tạo điện thế màng ở dây thần kinh cũng như tế bào nơ ron trong hệ thần kinh trung ương. Sự chênh lệch nồng độ các ion này qua màng sẽ giúp xác định điện thế màng. Thứ 2: mức độ quan trọng của mỗi ion trong việc tạo điện thế tỉ lệ với tính thấm của ion đó qua màng. Ví dụ nếu màng không thấm K+ và Cl - , điện thế màng chỉ phụ thuộc chênh lệch nồng độ na và sẽ bằng đúng trị số phương trình Nernst đối với ion Na.

Đo điện thế màng của sợi thần kinh bằng vi điện cực

Hình. Đo điện thế màng của sợi thần kinh bằng vi điện cực

Thứ 3: nếu nồng độ ion dương bên trong màng cao hơn bên ngoài màng sẽ tạo ra điện thế âm bên trong màng. Lí do của hiệu ứng này là quá nhiều ion dương sẽ khuếch tán ra ngoài, sự khuếch tán này sẽ mang theo diện tích dương ra bên ngoài để lại các ion âm không lọt màng, ở lại tạo điện thế âm trong màng. Hiệu ứng ngược lại xảy ra khi có một sự chênh lệch nồng độ ion âm. Ví dụ chệnh lệch nồng độ ion clo ở bên ngoài và trong màng tạo ra âm bên trong màng vì sự khuếch tán quá mức ion clo mang điện tích âm vào bên trong, trong khi đó không có sự khuếch tán các ion dương ra ngoài.

Thứ 4: tính thấm của kênh na và k biến đổi cực nhanh khi có xung động thần kinh, trong khi tính thấm của ion kênh clo biến đổi chậm, cho nên tính thấm na và k có ý nghĩa chủ yếu đối với sự truyền đạt tín hiệu trên dây thần kinh.

Bài viết cùng chuyên mục

Giải phẫu và chức năng sinh lý của vỏ não

Cấu trúc mô học điển hình của bề mặt vỏ não, với các lớp liên tiếp các loại tế bào thần kinh khác nhau. Hầu hết các tế bào thần kinh chia làm ba loại: tế bào dạng hạt, tế bào hình thoi, và tế bào hình tháp.

Tác dụng của Insulin lên chuyển hóa chất béo

Insulin có nhiều tác dụng dẫn đến dự trữ chất béo tại mô mỡ. Đầu tiên, insulin tăng sử dụng glucose ở hầu hết các mô, điều này tự động làm giảm sử dụng chất béo, do đó, chức năng này như là dự trữ chất béo.

Hormone tăng trưởng (GH) gây các ảnh hưởng lên chuyển hóa

Hormone tăng trưởng GH tác động trên sự phát triển cơ thể, tác dụng trên phức hợp chuyển hóa, gồm tăng tạo protein, tăng huy động các acid béo từ mô mỡ, làm giảm sử dụng glucose toàn cơ thể.

Chức năng thưởng và phạt của hệ limbic

Hiện tượng kích động được kìm hãm bởi các xung động ức chế từ nhân bụng của vùng dưới đồi. Hơn nữa, hải mã và vùng vỏ limbic trước, đặc biệt là hồi đài và hồi dưới thể chai giúp kìm hãm hiện tượng kích động.

Ảnh hưởng của lực ly tâm lên cơ thể

Ảnh hưởng quan trọng nhất của lực ly tâm là trên hệ tuần hoàn, bởi vì sự lưu thông của máu trong cơ thể phụ thuộc vào độ mạnh của lực ly tâm.

Các hệ thống kiểm soát Cortisol

Feedback của cortisol cho cả vùng dưới đồi và thùy trước tuyến yên cũng xảy ra để làm giảm nồng độ cortisol trong huyết tương ở những lần cơ thể không bị stress.

Trung tâm thần kinh điều khiển sự thèm ăn của cơ thể

Một số trung tâm thần kinh của vùng dưới đồi tham gia vào kiểm soát sự ăn, nhân bên của vùng hạ đồi hoạt động như trung tâm nuôi dưỡng, và kích thích vào vùng này ở động vật gây ra chứng ăn vô độ.

Trung tâm hô hấp: điều hòa chức năng hô hấp

Các trung tâm hô hấp bao gồm các nhóm tế bào thần kinh nằm song song hai bên ở hành tủy và cầu não của thân não. Nó được chia thành ba nhóm noron chính.

Chứng ngừng thở lúc ngủ: kiểm soát hô hấp

Ngừng thở khi ngủ có thể gây ra bởi tắc nghẽn đường hô hấp trên, đặc biệt là hầu hoặc do sự tự phát xung và dẫn truyền của trung tâm thần kinh bị suy giảm.

Sự khuếch tán của khí qua màng hô hấp: sự trao đổi khí CO2 và O2

Tổng lượng máu có trong mao mạch phổi dạo động từ 60ml tới 140ml, ta thấy với một lượng nhỏ thể tích máu mao mạch mà tại mao mạch lại có tổng diện tích lớn nên thế sẽ rất dễ dàng cho sự trao đổi khí CO2 và O2.

Sinh lý thần kinh bán cầu đại não

Để nghiên cứu các vùng chức năng của vỏ não, người ta phân chia vỏ não theo nhiều cách khác nhau. Trong đó, cách phân chia vỏ não thành 50 vùng đánh số từ 1 đến 50 của Brodmann là thông dụng hơn cả.

Chức năng hành vi của vùng dưới đồi và cấu trúc liên kết với hệ limbic

Cùng với chức năng thực vật và nội tiết, sự kích thích hay thương tổn vùng dưới đồi cũng gây ảnh hưởng lớn đến hành vi cảm xúc của động vật và con người. Một số ảnh hưởng hành vi do sự kích thích vùng dưới đồi.

Tín hiệu nội bào sau khi receptor hormone được kích hoạt

Nhiều loại mô khác nhau có cùng loại receptor nội bào giống nhau, tuy nhiên gen được kích thích bởi các receptor ở một số mô lại khác nhau.

Phân loại cơ trơn

Cơ trơn ở mỗi cơ quan có các đặc điểm khác nhau: (1) kích thước (2) sự sắp xếp trong các bó (3) đáp ứng với các kích thích khác nhau (4) đặc điểm phân bố thần kinh (5) chức năng.

Phản xạ của dạ dày ruột

Sự sắp xếp về mặt giải phẫu của hệ thần kinh ruột và các đường kết nối của nó với hệ thần kinh thực vật giúp thực hiện ba loại phản xạ dạ dày-ruột có vai trò thiết yếu.

Nguyên nhân tử vong sau khi tắc mạch vành cấp tính

Khi tim trở nên không có khả năng tạo đủ lực để bơm đủ máu ra nhánh động mạch, suy tim và các mô ngoại vi hoại tử xảy ra sau đó như là kết quả của thiếu máu ngoại vi.

Lách: kho dự trữ hồng cầu

Trong mô lách, các mao mạch thì cho máu thấm qua, bao gồm các tế bào hồng cầu, máu rỉ ra từ các thành của mao mạch vào các mắt xích nằm ngang khớp nhau, tạo nên mô lách màu đỏ.

Sinh lý thần kinh tủy sống

Do trong quá trình phát triển, cột sống phát triển nhanh hơn tủy sống nên phần thấp nhất của tủy sống chỉ ngang gian đốt sống thắt lưng 1-2 (L1-L2). Vì vậy, khi chọc dò dịch não tủy, để tránh gây tổn thương tủy sống, ta thường chọc ở vị trí thắt lưng 4-5 (L4-L5).