Điện từ sinh học/Phản ứng tích cực của màng tế ( phần 2 ) potx

Điện từ sinh học/Phản ứng tích cực của màng tế ( phần 2 )
CÁC VÍ DỤ VỀ KẾT QUẢ THU ĐƯỢC TỪ PHƯƠNG PHÁP KẸP
ĐIỆN ÁP.
Kẹp điện áp đối với điện áp Nernst natri.
Hình 4.5 mô tả dòng xuyên màng đặc trưng thu được bằng phương pháp
kẹp điện áp. Điện thế bên trong màng thay đổi đột ngột từ điện thế nghỉ -
65 mV tới +20 mV với bước nhảy là +85 mV. Như vậy, một dòng ion bắt
đầu đi vào cơ thể và ra khỏi cơ thể sau khoảng 2 ms và đạt tiệm cận với gí
trị 2 mA/cm2.
Ta sẽ khảo sát sự xuất hiện dòng điện màng tế bào ứng với các mức điện
áp khác nhau. Hình 4.6 cho thấy các kết quả thí nghiệm của 5 phép đo ở
các bước điện áp từ 91-143 mV. Trong chuỗi đường cong này cần chú ý
dòng điện màng lại được tạo nên bởi hai trạng thái: một trạng thái sớm và
một trạng thái muộn như trên hình 4.5.
Dòng sớm có hướng vào phía trong đối với các bước điện áp nhỏ hơn.
Khi bước điện áp tăng, biên độ của thành phần hướng vào trong giảm và
biến mất hoàn toàn với bước điện áp 117 mV. Với các bước điện áp cao
hơn, dòng sớm sẽ hướng ra ngoài và tăng tỷ lệ với bước điện áp. Mặt
khác thành phần dòng màng muộn luôn hướng ra ngoài và đơn điệu tăng
đến gần một giới hạn tiệm cận nào đó. Giới hạn này sẽ tăng lên khi hàm
số của bậc thang điện áp tăng.
Tổng hợp điện áp màng nghỉ -65 mV và bước điện áp 117 mV được kết
quả điện áp màng tế bào là +52 mV. Dựa vào nồng độ Na+ ở bên trong
và bên ngoài màng, phương trình Nernst ước lượng được một điện áp cân
bằng +50 mV. (Chú ý ví dụ trong mục 3.1.3). Vì vậy có thể kết luận rằng
thành phần dòng điện sớm được tạo ra bởi các ion Na+ từ đó giảm đúng
về 0 ở điện áp cân bằng Na+ và hướng vào trong khi Vm thấp hơn điện
áp Nernst Na+ và hướng ra phía ngoài khi Vm lớn hơn điện áp Nernst
Na+. Do đó thành phần hướng ra ngoài (thành phần muộn) phải phụ
thuộc vào dòng ion K+. Bởi vì Cl- hướng về gần trạng thái cân bằng, nên
đối với sợi thần kinh nghỉ thì khi tính thấm của Cl- không tăng trong suốt

quá trình điện thế hoạt động dòng Cl- sẽ trở nên rất nhỏ so với Na+ và K+
và có thể bỏ qua.


Hình 4.5. Bước điện áp và dòng màng trong thí nghiệm kẹp điện áp.


Hình 4.6. Dãy các bước điện áp kẹp
Sự biến đổi của nồng độ ion.
Một phương thức tiếp cận để chọn lựa đo lường dòng đơn ion Ka+ bằng
cách dùng một bước kẹp điện áp tương ứng với điện thế Nernst Na+.
Việc này có tác dụng khử dòng Na+. Bằng cách thay đổi có hệ thống
nồng độ Na+ ở bên ngoài sợi thần kinh, và sau đó việc lựa chọn bước kẹp
điện áp ở điện áp Nernst Na+ tương ứng, chúng ta có thể nghiên cứu
được trạng thái đơn K+. Và khi trở lại việc đo dòng dưới điều kiện bình
thường (với cả Na+ và K+), trừ dòng K+ còn lại là đơn dòng ion Na+.
Phương pháp này được mô tả ở hình 4.7. Hình này cho thấy kết quả của
một thí nghiệm kẹp điện áp được thực hiện đầu tiên trong nước biển
thường ở mức điện áp 56 mV. Hình 4.7.A mô tả điện thế Nernst ứng với
các ion và các điện áp kẹp khác nhau. Đường cong trên hình 4.7.B diễn tả
dòng điện màng tổng được đo bào gồm các dòng thành phần là Na+ và
K+. Đường cong (C) là dòng màng được đo sau khi các ion Na+ trong
màng đã giảm vì vậy mức điện áp 56 mV đạt tới điện áp mới Nernst Na+.
Do đó đường cong này chỉ thể hiện dòng K+. Bằng cách trừ đường cong
(C) cho (B) ta được đường cong (D) là dòng màng chỉ của các ion Na+
trong trạng thái ban đầu (Na+ không thay đổi). Các đường cong (C) và
(D) là các thành phần mong muốn của (B). Chú ý rằng Hodgkin và
Huxley đã giả sử rằng dòng K+ không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi các
ion Na+ ở bên ngoài màng vì vậy đường cong (C) sẽ giống nhau đối với
cả nước biển thường và nước biển nồng độ Na+ bị giảm bớt.

Một kỹ thuật rất thông minh cũng được phát triển bởi Baker, Hodgkin, và
Shaw (1962) là cho phép một sự thay đổi để tạo ra các thành phần ion bên
trong. Hình 4.8 mô tả cách chuẩn bị sợi thần kinh cho kiểu thí nghiệm của
Hodgkin và Huxley. Với thí nghiệm này, đầu tiên là phải ép chặt bào
tương ra ngoài; xong xuôi thì sử dụng con lăn (A). Sau đó rót đầy chất
dịch lỏng (B) vào sợi trục. Điện thế màng được đo trong suốt quá trình
xung lực hoạt động trước khi thực hiện (C) và sau khi thực hiện (D). Các
phép đo tiếp theo quá trình hồi phục lại các điều kiện đầu cũng được thực
hiện để đảm bảo rằng trạng thái điện của màng tế bào thần kinh không
thay đổi.


Hình 4.7. Phương pháp chọn dòng Na+ và K+: Các ion Na+ ở bên ngoài
màng được thay thế bằng các cation để giảm điện thế Nernst Na+ vì vậy
phù hợp với giá trị điện áp kẹp.


Hình 4.8. Sự chuẩn bị sợi thần kinh lớn của mực ống cho thí nghiệm kẹp
điện áp,nơi nồng độ các ion bên trong tế bào thần kinh bị thay đổi. (A)
Đầu tiên bào tương được đảy ra ngoài nhờ con lăn (B) Đổ đầy chất dịch
lỏng vào sợi dây thần kinh (C) Các xung động thần kinh được đo trước
khi truyền dịch (D) Các xung động thần kinh được đo sau khi truyền dịch.
Sự chặn các kênh ion nhờ các tác nhân hóa dược.
Các dòng ion Na+ và K+ cũng có thể bị tách riêng bằng cách đưa vào các
tác nhân hóa dược để chặn chọn lọc các kênh Na+ và K+. Narahashi,
Moore và trường đại học của họ cho rằng tetrodotoxin (TTX) chặn có
chọn lọc dòng Na+ đi qua màng tế bào (Narahashi, Moore, and Scott,
1964; Moore et al., 1967). Armstrong và Hille (1972) thì cho rằng
tetraethylammonium (TEA) sẽ chặn được dòng các ion K+. (Tetrodotoxin
là hóa chất độc hại hiện có trong nội tạng của loài cá fugu ở Nhật Bản).

Hình 4.9 cho ta một chuỗi các thí nghiệm kẹp điện áp, bắt đầu ở điều kiện
thường. Sau đó các kênh Na+ bị chặn bởi tetrodotoxin, và phép đo chỉ thể
hiện dòng của ion K+. Về sau tetrodotoxin được phun ra xa, và một
phương pháp điều khiển đo được thực hiện. Tiếp đến là kênh K+ bị chặn
bằng tetraethylammonium sẽ cho phép đo chọn lọc được dòng ion Na+
(Hille, 1970).


Hình 4.9. Phương pháp đo chọn lọc dòng Na+ và K+ bằng cách lựa chọn
việc chặn các kênh Na+ và K+ với các tác nhân hóa dược. (A) Đo điều
khiển khi không có tác nhân hóa dược. (B) Đo sau khi đưa vào
tetrodotoxin (TTX). (C) Đo điều khiển khi không có tác nhân hóa dược.
(D) Đo sau khi đưa vào tetraethylammonium (TEA).