Điện thế sinh vật docx

ĐIỆN THẾ SINH VẬT
DCQ I, 2010
CÁC LO
Ạ
I
Đ
I
Ệ
N TH
Ế
SINH V
Ậ
T C
Ơ
B
Ả
N
MỤC TIÊU:
1. Kể được tên các loại điện thế sinh vật cơ bản
2. Đặc điểm của điện thế nghỉ và điện thế họat động
3. Mô tả được sự xuất hiện của điện thế họat động
4. Mô tả được quá trình lan truyền điện thế hoạt động (xung thần
kinh) dọc theo sợi thần kinh
5. Trình bày được cấu tạo của tế bào thần kinh (neuron)
6. Cấu tạo synap và quá trình dẫn truyền qua synap
7. Hiểu được cơ chế dẫn truyền thần kinh – cơ
8. Ghi, đo điện sinh vật
M
ở đầ
u
Hiện tượng điện sinh vật mới được chú ý vào khoảng thế kỷ 18

• Năm 1731, Gray (Anh) và Nollet (Pháp) khẳng định sự tồn tại các điện
tích ở thực vật và động vật.
• 1751, Adanson nhận thấy tác dụng của dòng điện ở các giống cá điện
• 1791, BS Galvani (Ý) bắt đầu những nghiên cứu về dòng điện sống.
Bằng những thí nghiệm của mình, ông đã phát hiện ra đặc trưng quan
trọng của tế bào sống:
Gia t bào sng và môi trưng xung quanh
luôn tn ti s chênh lch đin th
1731 1751 1791
Năm
CÁC LO
Ạ
I
Đ
I
Ệ
N TH
Ế
SINH V
Ậ
T C
Ơ
B
Ả
N
Dòng điện “sống”- hay dòng điện sinh học – có liên quan chặt chẽ
với các hoạt động sống, các chức năng sinh lý của cơ thể, phản
ánh tính chất hóa lý của quá trình trao đổi chất  là 1 chỉ số quan
trọng đáng tin cậy về chức năng sinh lý của cơ thể sống.
Ghi được điện sinh học  xác định rõ nguyên nhân của bệnh  điều

trị hiệu quả.
3 loại điện thế cơ bản:
1. Đin th ngh
2. Đin th hot đng
3. Đin th tn thương
Thí nghi
ệ
m phát hi
ệ
n
đ
i
ệ
n th
ế
ngh
ỉ
.
1. Khi 2 điện cực đặt trên bề mặt của sợi thần kinh: không có sự chênh
lệch về điện thế
1 2 3
2. Một điện cực ở ngoài, một điện cực xuyên màng: Xuất hiện hiệu
điện thế giữa 2 điện cực
3. Cả 2 điện cực xuyên qua màng: không có sự chênh lệch điện thế
1.
ĐIỆ
N TH
Ế
NGH
Ỉ

Đinh nghĩa: Ở trạng thái bình thường (trạng thái nghỉ) giữa 2 phía
của màng tế bào luôn tồn tại một hiệu điện thế - gọi là điện thế
nghỉ (điện thế tĩnh)
Đặc điểm:
• Mặt trong của màng luôn có điện thế âm hơn so với mặt ngoài
• Độ lớn của điện thế nghỉ biến đổi rất chậm theo thời gian và đại
diện cho khả năng hoạt động chức năng của tế bào.
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
+ + + + + + + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + + + +
Trong
Ngoài
Ở tế bào thần kinh,
giá trị của điện thế
nghỉ # -70 mV
Ngoài
2.
ĐIỆ
N TH
Ế
HO
Ạ
T
ĐỘ
NG
Định nghĩa: Là điện thế xuất hiện giữa 2 phía của màng tế bào
khi tế bào nhận kích thích đt ngưng.
Đặc điểm:
• Mặt trong màng tế bào tích điện dương so với mặt ngoài.

• Xuất hiện trong thời gian ngắn và biến đổi nhanh chóng theo 4 giai
đoạn
• Có khả năng lan truyền, trong điều kiện sinh lý không đổi, tốc độ lan
truyền là 1 hằng số.
• Hình dạng và biên độ được giữ nguyên trong quá trình lan truyền
4 giai
đ
o
ạ
n phát tri
ể
n c
ủ
a
đ
i
ệ
n th
ế
ho
ạ
t
độ
ng
1. Kh
ử
c
ự
c (AA’)
2. Quá kh

ử
c
ự
c
(A’BB’)
3. Phân c
ự
c l
ạ
i (B’C)
4. Quá phân c
ự
c (CD)
t
mV
Kích Thích
A
A’
B
B’
C
D
4 giai
đ
o
ạ
n phát tri
ể
n c
ủ

a
đ
i
ệ
n th
ế
ho
ạ
t
độ
ng
1. Khử cực (AA’): ứng với hiệu điện thế ở 2 phía của màng biến đổi
từ giá trị điện thế nghỉ tới 0
2. Quá khử cực (A’BB’): hiệu điện thế 2 phía của màng vượt quá giá trị 0
t
m
V
Kích
Thích
A
A
’
B
B
’
C
D
3.
Phân cực lại (B’C): hiệu điện thế màng biến
đổi từ giá trị 0 về điện thế nghỉ

4. Quá phân cực (CD): hiệu điện thế màng có
giá trị âm hơn điện thế nghỉ
Điện thế hoạt động đảm bảo cho quá trình dẫn
truyền hưng phấn thần kinh dọc theo sợi thần
kinh
Điện thế hoạt động có thể lan truyền
Hướng lan truyền của điện thế hoạt động
3.
ĐIỆ
N TH
Ế
T
Ổ
N TH
ƯƠ
NG
Điện thế tổn thương xuất hiện ở bất kỳ tế bào sống nào
giữa vùng bò tổn thương và vùng không bò tổn thương.
Đặc điểm:
• Cố đònh về hướng
• Vùng bò tổn thương luôn có điện tích âm so với vùng
không bò tổn thương (ở thực vật giá trò này vào khoảng 20-
120 mV).
• Giá trò điện thế giảm chậm theo thời gian
Cơ cánh của một số côn trùng
Cơ dép của ếch
Cơ vân ống dẫn nước tiểu của chó
Dây thần kinh có myelin của ếch
80 –90 mV
40 – 80 mV

1 – 3 mV
20 – 30 mv
Giá trị điện thế tổn thương ở một số mơ và cơ quan
Các yếu tố ảnh hưởng đến điện thế tổn thương
•Ảnh hưởng của oxy: trong điều kiện thíếu oxy – giá trị điện thế tổn thương
giảm
•Các loại gây độc: ức chế điện thế tổn thương
•Nhiệt độ: khi tăng hay giảm nhiệt độ thì giá trị của điện thế tổn thương cũng
tăng hay giảm theo.
C
Ơ
CH
Ế
C
Ủ
A HI
Ệ
N T
ƯỢ
NG
Đ
I
Ệ
N SINH V
Ậ
T
• Cơ thể sinh vật có thể
coi như một hệ thống
chứa các dung dịch
điện ly,

• Có sự chênh lệch về
nồng độ các ion giữa
tế bào sống và môi
trường bên ngòai
 tồn tại các gradient hóa
lý khác nhau – là nguyên
nhân xuất hiện điện thế
sinh vật.
CÁC LOẠI HIỆU ĐIỆN THẾ
1. Hiệu điện thế khuếch tán
Hiệu điện thế này xuất hiện ở ranh giới của các dung dòch điện ly
có nồng độ khác nhau, thêm vào đó, các cation và anion chứa
trong các dung dòch này có độ linh động khác nhau.
(Các ion K
+
, Na
+
, H
+
, Cl
-
, Ca
2+
, OH
-
, và NH
4
giữ vai trò chính trong việc tạo nên điện thế
khuếch tán ở tế bào và mơ.)
.

2
1
ln
C
C
uu
uu
ZF
RT
U
kt
⋅
+
−
⋅=
−+
−+
R – hằng số khí lý tưởng F – hằng số Faraday (96500 Culơng)
T – nhiệt độ tuyệt đối Z – Hố trị của ion điện ly
2. Hiệu điện thế nồng độ
• Xuất hiện khi nhúng 2 điện cực làm bằng cùng 1 thứ kim loại vào 2
dung dịch có nồng độ khác nhau của ion kim loại đó.
• Sau khi đạt trạng thái cân bằng, ở mỗi điện cực sẽ xuất hiện 1 điện
thế
• Độ lớn của điện thế sẽ phụ thuộc vào tỷ số nồng độ của ion kim loại
trong điện cực và trong dung dịch.
1
2
21
lnlnln)(

C
C
ZF
RT
C
C
ZF
RT
C
C
ZF
RT
VU
dcdc
c
⋅=⋅−⋅=
Ở điều kiện 20
0
C (T=293
0
K),
R = 8,31egr/mol.độ,
F= 96500C
1
2
lg
058,0
C
C
Z

U
C
=
(Vôn)
Hi
ệ
u
đ
i
ệ
n th
ế
màng
Tính chất của màng sinh học : có tính thấm chọn lọc với các loại ion
khác nhau

giữa 2 phía của màng tồn tại 1 hiệu điện thế
Hiệu điện thế màng.
Giá trị của hiệu điện thế màng phụ thuộc vào
:
• Đặc tính và mức độ thấm chọn lọc của màng (ở các tổ chức sống,
tính thấm của màng thay đổi phụ thuộc vào trạng thái sinh học của
màng)
• Kích thước và điện tích của ion
• Độ linh động của ion
Cân b
ằ
ng Donan
Quy luật phân bố các ion ở 2 phía của màng
Xét hệ gồm 2 phần, ngăn các nhau bởi 1 màng bán thấm. Phần 1 có dung

dịch KCl, phần 2 có dung dịch muối protein của Kali. Màng chỉ thấm đối với
ion K
+
và Cl
-
. Sau 1 thời gian, khi trạng thái cân bằng động được thiết lập, ở
2 phía của màng có sự chênh lệch về nồng độ ion có khả năng khuếch tán
qua màng.
I (ngoài) II (trong)
Trạng thái ban đầu
K
+
C
1
Cl
-
C
1
K
+
C
2
R
-
C
2
I (ngoài) II (trong)
Trạng thái cân bằng
K
+

C
1
-X
Cl
-
C
1
-X
K
+
C
2
+X
Cl
-
X
R
-
C
2
Ở trạng thái cân bằng, hiệu điện thế nồng độ của K
+
giữa 2 phía màng:
[
]
[ ]
[
]
[ ]
ngoaiK

trongK
K
K
ZF
RT
U
ngoai
trong
C
+
+
+
+
== lg058,0ln
Từ điều kiện về cân bằng động của hệ, ta có:
[
]
[ ]
[
]
[ ]
trong
ngoai
ngoai
trong
Cl
Cl
K
K
−

−
+
+
=
Do đó:
[
]
[ ]
[
]
[ ]
trong
ngoai
ngoai
trong
C
Cl
Cl
K
K
U
−
−
+
+
== lg058,0lg058,0
[
]
[
]

[ ] [ ]
trong
ClngoaiCl
ngoaiKtrongK
−−
++
>
>
Lý thuy
ế
t ion màng v
ề
s
ự
hình thành
đ
i
ệ
n th
ế
ngh
ỉ
Nồng độ các ion tạo điện thế nghỉ ở những đối tượng nghiên cứu khác nhau
Bernstein là người đầu tiên đưa ra lý thuyết ion màng về điện thế sinh
vật. Theo đó, chính sự phân bố khơng đồng đều các ion do tính thấm chọn
lọc của màng là ngun nhân gây ra điện thế nghỉ.
Đối tượng
nghiên cứu
Nồng độ trong dòch bào (mM) Nồng độ ngòai môi trường (mM)
Na

+
K
+
Cl
-
Na
+
K
+
Cl
-
TK ếch 37 110 26 110 2,6 77
Cơ ếch 15 125 1,2 110 2,6 77
Tim Chuột
cống
13 140 1,2 150 4,0 120
Cơ vân của
chó
12 140 1,2 150 4,0 120
Theo Bernstein, ở trạng thái tĩnh, màng chỉ thấm với K
+
mà khơng thấm với Na
+
, Cl
-
,
và Lc hút tĩnh đin đã giữ các ion lại ở màng và làm cho màng bị phân cực 1 cách
bền vững.
Sau này, quan điểm của Bernstein đã được Boyle và Convey phát triển như sau:
Ở trạng thái tĩnh, bộ ba các ion Na

+
, K
+
, Cl
-
được phân bố tại 2 phía của
màng giống như cân bằng Donan.
[
]
[
]
[
]
[ ] [ ] [ ]
trong
Cl
ngoài
Na
ngoài
K
ngoài
Cl
trong
Na
trong
K
ClPNaPKP
ClPNaPKP
F
RT

U
−++
−++
++
++
= ln
Với các điều kiện
:
Màng tế bào có tính chất đồng nhất và điện trường ở đó không đổi.
Dung dịch điện ly được coi là lý tưởng
Chỉ có các ion hoá trị 1 tham gia vào việc hình thành điện thế nghỉ
Môi trường ở 2 phía của màng rộng vô tận.
Theo Goldman:
Lý thuy
ế
t ion màng v
ề
s
ự
hình thành
đ
i
ệ
n th
ế
ho
ạ
t
độ
ng

• Khi tế bào bị kích thích, màng tế bào thấm tất cả các ion  không còn
điện thế nghỉ (Bernstein)
• Theo Cole và Curtis:
- Đầu tiên, tính thấm của màng đối với Na
+
tăng  dòng các ion Na
+
đi
vào trong tế bào rất lớn
sự phân cực của màng bị đảo ngược.
- Tiếp theo, tính thấm của màng với
K
+
tăng  dòng các ion K
+
từ ra khỏi
tế bào  tái phân cực màng
- Sau giai đoạn hưng phấn, tế bào trở
lại trạng thái nghỉ ngơi là nhờ quá
trình dịch chuyển các ion ngược chiều
gradient điện hoá
nhờ năng lượng của
quá trình trao đổi chất.
m
V
Kích
Thích
A
A
’

B
B
’
C
D
Hạn chế của thuyết ion màng
• Chưa giải thích được vai trò của các ion hóa trị 2 và 3, mặc dù thực
nghiệm cho thấy Ca
+
cũng tham gia vào hoạt động điện của tế bào.
• Điện thế hoạt động có bản chất “Natri-Canxi” với các kênh dẫn “nhanh”
và “chậm”.
• Ca
+
tham gia vào cấu trúc lớp ngoài màng tế bào  có mối liên hệ
giữa nồng độ Ca
+
và tính dẫn điện cũng như tính thấm của màng.
Tuy nhiên, thuyết ion màng cũng còn nhiều hạn chế trong việc giải thích hiện
tượng điện sinh vật.
• Chưa nêu rõ theo cơ chế nào tính thấm của màng thay đổi đối với các
ion trong các giai đoạn của điện thế hoạt động.
S
Ự
D
Ẫ
N TRUY
Ế
N XUNG
ĐỘ

NG TH
Ầ
N KINH
1. Neuron –
đơ
n v
ị
c
ấ
u trúc c
ơ
b
ả
n c
ủ
a h
ệ
th
ầ
n kinh
Việc truyền thông tin từ
bộ phận này sang bộ
phận khác của hệ thần
kinh, giữa hệ thần kinh
với các bộ phân khác
nhau của cơ thể đều
được thực hiện thông
qua các neuron
C
Ấ

U TRÚC C
Ủ
A NEURON
2.
Đ
i
ệ
n th
ế
màng
ở
t
ế
bào th
ầ
n kinh
• Các chức phận cơ bản của tế bào thần kinh – hưng phấn và
dẫn truyền – có liên quan đến điện thế màng.
1. Điện thế màng tĩnh (# -70 mV)
Vai trò của các kênh protein màng trong việc tạo nên điện thế
tĩnh của màng tế bào thần kinh:
Ở trạng thái nghỉ, các ion K
+
có thể tự do qua lại các lỗ nhỏ của màng,
trong khi Na
+
hầu như khơng qua được. Một cơ chế trao đổi chất đặc
biệt – bơm Kali- Natri ATPase đẩy các ion Na
+
ra ngồi tế bào, đồng

thời bơm các ion Kali từ ngồi tế bào vào trong (theo hướng ngược
gradien nồng độ)
Năng lượng cung cấp cho bơm này hoạt động lấy từ việc thuỷ phân liên
kết giàu năng lượng ATP.
>>>
T
ồ
n t
ạ
i m
ộ
t hi
ệ
u
đ
i
ệ
n th
ế
gi
ữ
a 2 phía c
ủ
a màng t
ế
bào th
ầ
n kinh.