Mối liên hệ giữa thời gian và độ bền

Mối liên hệ giữa thời gian và độ bền

Mối liên hệ giữa thời gian và
độ bền
Bởi:
ĐH Bách Khoa Y Sinh K50
Khi một màng dễ bị kích thích không được phân cực bởi dòmg kích thích mà độ lớn
của nó được tăng lên một cách từ từ, một mức độ dòng sẽ được chạm tới, được gọi là
ngưỡng, khi màng tế bào tồn tại một xung hoạt động. Sau đó được đặc trưng bởi sự thay
đổi nhanh và ngắn trong tính thấm của màng , và được kết hợp với điện thế màng vận
chuyển. Một minh họa của quá trình này được đưa ra ở hình 2.8, nơi mà đáp ứng kích
thích mức 2 là dưới ngưỡng, trong khi mức 3 vừa mới xuất hiện tại ngưỡng (vì thỉnh
thoảng một thế hoạt động (3B) đạt tới trong khi tại những thời gian khác một đáp ứng
bị động (3A) được quan sát). Một thế hoạt động cũng được mang đến một cách rõ ràng
cho kích thích chuyển ngưỡng của 4.
Khi màng kích thích bị khử phân cực
Dưới điều kiện hoạt động màng không còn có thể được đặc trưng là tuyến tính, và mô
hình RC được mô tả trong phần trước không thể áp dụng được. Trong chương tới, chúng
tôi trình bày một nghiên cứu chi tiết về màng hoạt động.
Một kết nối giữa chương này, được giới hạn cho màng thụ động, và tiếp đó, bao gồm
màng phi tuyến, nằm trong mô hình của điều kiện mà dẫn tới sự kích thích. Mặc dù đó
chỉ là một sự gần đúng, nhưng chúng tôi có thể xem các màng vừa mới đạt tới điểm hoạt
động như tuyến tính (ví dụ, thụ động). Vì thế, hoạt động của màng cùng với giới hạn này
có thể được phân tích bằng sử dụng mạch điện thông thường. Trong trường hợp riêng,
nếu giá trị ngưỡng được biết, thì sau đó nó sẽ trở thành có thể giải thích điều kiện dưới
mà sự kích hoạt sẽ vừa mới được đạt tới. Vì sự kích hoạt chịu ảnh hưởng không chỉ bởi
độ mạnh của dòng kích thích mà còn bởi thời gian của nó, kết quả là giá trị của đường
cong độ lớn-độ bền mô tả sự kết hợp tối thiểu của độ lớn và thời gian cần để tạo ra sự
kích hoạt (Arvanitaki, 1938), như được minh họa trong hình 2.10.
Một ví dụ đơn giản của những ý kiến này được trang bị bởi một tế bào mà một số hình
cầu trong hình dạng và trong điện cực kích thích của nó được đặt trong tế bào và số khác

ngoài tế bào. Chúng tôi có thể chỉ ra rằng với những tế bào có dạng hình cầu, cả không
gian nội bào và ngoại bào là đẳng thế tại mộ thời điểm. Vì thế, nếu một dòng bị phóng
1/6


Mối liên hệ giữa thời gian và độ bền

qua giữa các điện cực, nó xuyên qua một cách thống nhất qua màng để tất cả các yếu
tố của màng hoạt động giống nhau. Kết quả là, dòng điện phù hợp là một rm và cm tập
trung trong mạch song song. Giá trị của rm là điện trở của màng nhân đơn vị diện tích,
trong khi của cm là điện dung của màng trên mỗi đơn vị thời gian
Nếu Í làdòng kích thích trên mỗi đơn vị diện tích, sau đó từ lý thuyết mạch riêng biệt
được ứng dụng cho mạch RC song song này, chúng tôi có

(3.56)
ở đây:
V' = điện tích trong điện thế màng [mV]
IS = dòng kích thích trên mỗi đơn vị thời gian [μA / cm2]
R_m = điện trở màng nhân đơn vị diện tích [

]
t = thời gian kích thích [ms]
τ = hằng số thời gian màng = RmCm [ms]
Cm = điện dung của màng trên mỗi đơn vị mặt phẳng μF / cm2]
Nhưng, sự phân tích đơn giản này không được áp dụng vào màng tế bào với các dạng
khác nhau, khi đáp ứng tới cường độ dòng kích thích theo phương trình 3.53 và được
miêu tả trong 3.11. Tuy nhiên, phương trình 3.56 vẫ có thể được coi như là xấp xỉ bậc
1 dựa trên biểu diễn các biến số của cấu trúc hằng số phân phối. Theo sự lập luận đó,
trong hình 3.12 chúng ta có thể giả sử rằng một sợi dài có thể được làm xấp xỉ bởi các
phần đơn lẻ trước, đo đó, theo phương trình được miêu tả trong phương trình 3.56. Đáp

ứng đặc trưng dựa trên phương trình 3.56 cũng được thể hiện trong hình 3.12

2/6


Mối liên hệ giữa thời gian và độ bền

Sự dẫn xuất biểu đồ thời gian

(A)Sự xấp xỉ hằng số tập trung của kênh RC, nó thay thế cho cấu trúc hằng số phân phối.
(B) Đáp ứng của kênh với xung dòng điện của đại lương Is là theo hàm số mũ và được
thể hiện cho xung trong khoảng thời gian dài
Màng được giả sử được hoạt động nếu điện thế của nó đạt giá trị dưới ngưỡng. Chúng
ta quan tâm tới điều kiện này nếu ta thay thế V'= δVth= trong phương trình 3.56 khi Vth
là sự biến đổi trong điện thế nghỉ cần thiết để đạt được điện thế ngưỡng. Phương trình
3.56 có thể viết lại thành

(3.57)
Dòng điện nhỏ nhất có thể được yêu cầu với điện thế màng để đạt dưới ngưỡng được
gọi là rheobasic current. Với dòng điện kích thích. khoảng thời gian yêu cầu kích thích
được xác định. Vì rheobasic current là Ith = δVth / Rm biểu đồ thời gian có dạng

(3.58)
Biểu đồ thời gian được minh họa tong hình 3.13. ở đây, dòng kích thích được chuẩn hóa
để dòng dưới ngưỡng có độ bền đơn vị (chú ý rằng, kết quả này đựoc áp dụng cho trạng
thái a space-clamp )

3/6

Mối liên hệ giữa thời gian và độ bền

Thời gian cần thiết để đạt được điện thế ngưỡng với hai dòng điện kíc thích cơ bản được
gọi là chronaxy. với quan hệ giữa chronaxy và hằng số thời gian màng, phương trình
3.57 có thể được viết lại

(3.59)

(3.60)

(3.61)
Nếu dòng kích thích là hai dòng điện cơ bản, khi Is = 2(δVth / Rm)chúng ta tính được
chronaxy
t = τln2 = 0.693τ(3.62)

4/6


Mối liên hệ giữa thời gian và độ bền

(A) Biểu đồ thời gian. Các đơn vị là tương đối
(B) Điện áp chuyển tiếp dưới ngưỡng trước kich thích
Kết quả phân tích ở trên là gần đúng với một số trường hợp. Đầu tiên, mô kích thích
không thường được làm gần đúng với R tập trung khi mỗi yếu tố được phân phối theo
một kiểu nào đó. (Trong kích thích space-clamp, màng được thể hiện với nhiều kiểu tập
trung). Người ta cũng dùng kiểu tuyến tính là thỏa mãn khoảng 80% ngưỡng nhưng nếu
quá, màng cũng phản ứng không tuyến tính. Một sự gần đúng khác là ngưỡng bất động,
trong chương sau, chúng ta sẽ mô tả sự thích ứng, nó có tác dụng nâng cao ngưỡng theo
thời gian Trong trạng thái đặc trưng, biểu đồ thời gian có thể dựa trên các thí nghiệm.
Trong trường hợp này. Ngưỡng cơ sở và chronaxy được đo bằng thực nghiệm của đáp

ứng kích thích. Kiểu của dữ liệu với chronaxy được đưa như trong bảng 3.3, nó liệt kê
kiểu đo với dây thần kinh khác nhau và mô thần kinh. Chú ý rằng, thông thường, đáp
ứng được kỳ vọng từ hệ thống sinh lý càng nhanh thì giá trị chronaxy càng nhỏ.
5/6


Mối liên hệ giữa thời gian và độ bền

Mô

Thời gian [ms]

Mô xương
Ếch (cơ sinh đôi cẳng chân)

0.2 - 0.3

Ếch(cơ may)

0.3

Rùacơ gấp và cơ duỗi trái

1-2

Người(cơ gấp cánh tay)

0.08 - 0.1

Người (cơ duỗi cánh tay)

0.16-0.3

Người (cơ bắp đùi)

0.10 - 0.7

Người (cơ mặt))

0.24 - 0.7

Cơ tim
Ếch (tâm thất)

3

Rùa(tâm thất)

2

Chó(tâm thất)

2

Người(tâm thất)

2

Cơ trơn
Ếch(dạ dày)

100

Dây thần kinh

Ếch(hông)

Người(phần mô)

0.2

Người(tiền đình)

14 - 22

0.3

Não
Người(lưỡi)

1.4 - 1.8

Người(tế bào quevõng mạc) 1.2 - 1.8
Người(tế bào nón võng mạc) 2.1 - 3.0

6/6