ĐIỆN THẾ SINH VẬT Nguyen Viet Huong LÝ SINH

Microsoft PowerPoint Dien Sinh vat Chinh sua 2012 Compatibility Mode ĐIỆN THẾ SINH VẬT Nguyen Viet Huong – 0918193124 Hương Nguyenfonterra com MỤC TIÊU 1 Giải thích sự hình thành của điện thế sinh. ĐIỆN THẾ SINH VẬT Nguyen Viet Huong ĐIỆN THẾ SINH VẬT Nguyen Viet Huong ĐIỆN THẾ SINH VẬT Nguyen Viet Huong

Đ IỆN THẾ SINH VẬT

Nguyen Viet Huong – 0918193124

Huong.Nguyen@fonterra.com

MỤC TIÊU:

1 Giải thích sự hình thành của điện thế sinh vật ở tế bào sống

2 Trình bày được cấu tạo của tế bào thần kinh (neuron)

3 Cấu tạo synap và quá trình dẫn truyền qua synap

4 Hiểu được cơ chế dẫn truyền thần kinh – cơ

Mở đầu

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

• 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, BS Galvani đã phát hiện ra đặc

trưng quan trọng của tế bào sống:

Giữa tế bào sống và môi trường xung quanh

luôn tồn tại sự chênh lệch điện thế

CÁC LOẠI ĐIỆN THẾ SINH VẬT CƠ BẢN

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
biện pháp điều trị hiệu quả

3 loại điện thế cơ bản:

1. Điện thế nghỉ

2 Điện thế hoạt động

3 Điện thế tổn thương

Thí nghiệm phát hiện điện thế nghỉ.

1 Khi 2 điện cực đặt trên bề mặt của sợi thần kinh: không có sự chênh

1 Khi 2 điện cực đặt trên bề mặt của sợi thần kinh: không có sự chênh lệch về điện thế

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

• Mặt trong của màng luôn có điện thế âm hơn so với mặt ngoài

• Ở trạng thái “tĩnh”, điện thế màng là 1 giá trị ổn định (50 – 94mV)

• 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.

Ngoài

2 ĐIỆN THẾ HOẠT ĐỘNG

Định nghĩa: Là điện thế xuất hiện giữa 2 phía của màng tế bào khi tế bào nhận kích thích đạ t ngưỡng.

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 đoạn phát triển của điện thế hoạt động

1 Khử cực (AA’): ứ ng 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

3 Phân cực lại (B’C): hiệu điện thế màng biến

đổ i từ giá trị 0 về điện thế nghỉ

tmV

Kích Thích

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 dọc theo sợi thần kinh

Hướng lan truyền của điện thế hoạt động

Các kết quả thực nghiệm sau cho thấy điện thế hoạt động có khả năng lan truyền:

• Điện thế hoạt động ghi được càng chậm so với thời điểm kích thích sợi thần kinh khi ta đặt điện cực càng xa vị trí kích thích

• Thời gian của một điện thế hoạt động càng lớn khi hai điện cực đặt càng xa nhau.

3 ĐIỆN THẾ TỔN THƯƠNG

Điện thế tổn thương xuất hiện ở bất kỳ tế bào sống nào giữa vùng bị tổn thương và vùng không bị tổn thương

Đặc điểm:

• Cố định về hướng

• Vùng bị tổn thương luôn có điện tích âm so với vùng

không bị tổn thương (ở thực vật giá trị này vào khoảng

20-120 mV).

không bị tổn thương (ở thực vật giá trị này vào khoảng

20-120 mV).

• Giá trị điện thế tổn thương 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

CƠ CHẾ CỦA HIỆN TƯỢNG ĐIỆN SINH VẬT

-

-

[K ] = 1 [Cl ] = 20 [Na ] = 10

Tác dụng của gradient nồng độ (GradC) và lực điện trường đối với sự

vận chuyển các ion

Sự vận chuyển các ion qua màng bị chi phối bởi 3 yếu tố chính:

1 Khuyếch tán theo gradient nồng độ

2 Lực tác dụng của điện trường lên các phân tử mang điện tích

3 Sức cản của màng tế bào đối với sự chuyển động của các ion

2 Phương trình Goldman-Hodgkin- Katz

• Sự cân bằng của quá trình vận chuyển điện tích qua màng khi điện thế nghỉ được thiết lập được viết dưới dạng biểu thức:

Ở trạng thái tĩnh, bộ ba các ion Na+ , K + , Cl - được phân bố tại 2 phía

của màng - cân bằng Donan

Trong đó:

là mật độ dòng khuếch tán của ion qua màng theo gradient nồng độ

là mật độ dòng ion vận chuyển qua màng dưới tác dụng của lực điện

trường

Mật độ dòng là đại lượng vectơ, trong biểu thức trên, vectơ mật độ dòng

có phương vuông góc với màng và có hương từ trong ra ngòai hoặc ngược lại

• Giả sử tất cả các ion trong môi trường nội bào và ngọai bào đều có thể tự

do tham gia vào quá trình khuyếch tán

• Khi đó, J và I có thể biểu diễn được thông qua nồng độ của từng ion trong

và ngoài tế bào, hệ số thấm của màng đối với ion và điện thế màng, khi đó điện thế nghỉ U là:

ngoài Cl

trong Na

trong K

Cl P

Na P

K P

Cl P

Na P

K P

F

RT

− +

+

+ +

+

+

Trong đó: F – hằng số Faraday

R – hằng số khí lý tưởng; T – nhiệt độ theo Kelvin;

Pk , Pna , PCl - hệ số thấm của màng đối với các ion[K+ ], [Na+ ], [Cl- ] – nồng độ các ion trong hoặc ngoài tế bào

[ ]ngoài Na [ ]ngoài Cl [ ]trong

K K P Na P Cl P

Hệ số thấm của màng tế bào đối với từng loại ion phụ thuộc vào:

- Mật độ của các kênh ion trên màng.

- Trạng thái sinh lý của cơ thể

- Sự có mặt của hóa chất, dược chất

Khi có các kích thích tác động lên màng, tính thấm của màng (hệ số thấm

đố i với các ion) thay đổi
thay đổi điện thế màng.

Thí nghiệm : tính giá trị điện thế nghỉ ở axon của con mực Người ta đo được nồng đô các ion như sau :

Ion Nồng độ (mmol)

Trong tế bào Ngoài tế bàoKali

NatriClo

34049114

10463562

Bằng thực nghiệm, đo được :

PK : PNa : PCl = 1 : 0,04 : 0,45 Thay các giá trị trên vào phương trình Goldman, tính được

E0 = - 59,7 mV (giá trị thực nghiệm E0 = -60 mV)

Bơm Na + - K + - ATPase

• Vai trò của bơm Na+ - K+ đẩy các ion Na+ từ trong màng ra

ngoài ngược chiều lực điện trường và xu thế khuếch tán để duy trì điện thế nghỉ

• Đồng thời, còn bơm các ion K+ từ ngoài vào trong màng ngược chiều gradC để bù lại lượng ion này đã bị khuếch tán ra ngoài.

• Đây là vận chuyển tích cực các ion qua màng nên cần năng

lượng.

• Năng lượng cung cấp cho hoạt động của bơm lấy từ thủy phân ATP.

SỰ DẪN TRUYẾN XUNG ĐỘNG THẦN KINH

1 Neuron – đơn vị cấu trúc cơ bản của hệ thần 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

CẤU TRÚC CỦA NEURON

2 Điện thế màng ở tế bào thần kinh

• Các chức phận cơ bản của tế bào thần kinh – hưng phấn và

dẫn truyền – có liên quan đến điện thế màng.

Thứ tự hoạt động của các kênh ion trong việc phát

sinh điện thế hoạt động:

1 Kênh Na: có cổng ở phía ngoài

màng Cổng kênh được mở dưới tác

dụng của sự thay đổi điện thế Bình

thường, cổng đóng, ngăn không cho

ion Na+ vào trong tế bào theo gradient

nồng độ

Khi có kích thích, cổng kênh mở cho 1

Ion Natri

2 Kênh K + : có cổng nằm ở phía trong màng Sau khi mở kênh Na+, tính

thấm của màng đối với K+ thay đổi bằng cách mở kênh K+, cho phép các

ion K+ ra ngoài màng (theo gradient nồng độ)

Khi có kích thích, cổng kênh mở cho 1

lượng lớn Na+ vào trong màng
phía

trong màng tạm thời tích điện dương

Tính thấm đối với Na chỉ tăng trong vài

ms, sau đó cổng Na+ đóng lại

3 Bơm Kali-Natri ATPase: bắt đầu hoạt động, bơm Na+ ra ngoài

và K+ vào trong (ngược chiều gradien nồng độ)

để đưa tế bào trở về trạng thái nghỉ ban đầu,

Hoạt động của bơm Na-K-ATPase

1 Kênh Na mở, Na đi vào trong tế bào

2 Kênh Kali mở, Kali đi ra ngoài tế bào

3 Kênh Na đóng lại, Na ngừng đi vào trong tế

bào

4 K tiếp tục đi ra ngoài, màng tế bào trở về trạng thái nghỉ

5 Kênh Kali đóng,

Vai trò của các ion canxi trong hoạt động điện của tế bào

Nhiều thực nghiệm cho thấy vai trò của Ca++ trong việc tham gia khử cực màng của tế bào cơ trơn, cơ tim, neuron của 1 số loài động vật có xương sống.

Có sự tồn tại của kênh Canxi và điện thế hoạt động có bản chất

Natri – Canxi và sự tồn tại của các kênh dẫn “nhanh” và “ chậm”, khi tế bào bị kích thích, các kênh dẫn “nhanh” cho dòng ion Na vào trong tế bào và hình thành giai đoạn đầu tiên của điện thế hoạt động Sau đó các kênh dẫn “chậm” sẽ tiếp tục cho Na, Ca qua màng và hoàn thành quá trình khử cực.

Bên cạnh đó, Ca cũng tham gia vào cấu trúc màng, và có thể làm biên đổi cấu trúc của protein/phospholipid mà nó kết hợp, do đó làm biến đổi tính thấm của màng khi tế bào chuyển từ trạng thái nghỉ sang trạng thái hoạt động

3 Quy luật “tất cả hoặc

không”

• Chỉ có những kích

thích đạt ngưỡng khử cực màng tế bào mới dẫn đến việc hình thành điện thế

hoạt động (xung thần kinh)

• Trong thời gian phát triển điện thế hoạt động

màng tế bào không đáp ứng với những kích thích mới-

trạng thái trơ

• Thuộc tính trơ đảm bảo cho việc dẫn truyền xung thần kinh theo một chiều nhất định.

DẪN TRUYỀN HƯNG PHẤN THEO SỢI THẦN KINH

1. Đặc điểm:

• Xung thần kinh có đặc tính lan truyền dọc theo sợi thần kinh

Biên độ của xung thần kinh ở trong sợi thần kinh vào khoảng 120mV

(cao hơn mức ngưỡng khử cực của màng 5-6 lần) – có ý nghĩa với vận tốc và độ tin cậy của sự dẫn truyền hưng phấn

• Trong quá trình lan truyền, biên độ

của xung thần kinh không giảm

2 Cơ chế dẫn truyền xung thần kinh.

Giữa vùng hưng phấn và vùng không hưng

phấn bên cạnh phát sinh dòng điện cục bộ

kéo theo sự khử cực của vùng bên cạnh

tính thấm với các ion tăng lên
xuất

hiện điện thế hoạt động

Sự dẫn truyền trong axon có bao myelin

• Bao myelin có điện trở suất lớn và dày 1-3 µm có tác dụng như

là lớp cách điện.

• Sự dẫn truyền điện thế hoạt động “nhảy” từ eo Ranvier này

sang eo Ranvier khác
lợi thế về tốc độ truyền thông tin và tiết kiệm năng lượng.

• Sự tổn thương bao myelin sẽ dẫn đến sự hỗn loạn xung thần kinh, và hậu quả có thể là cac bệnh nghiêm trọng về thần kinh.

DẪN TRUYỀN HƯNG PHẤN THẦN KINH -CƠ

1 Cấu tạo của Synap (hay vùng tiếp giáp thần kinh –cơ)

Cấu trúc synape thần kinh - cơ

Các nghiên cứu cho thấy:

Trước khi tới cơ, sợi trục thần kinh đã mất lớp vỏ meylin bên ngoài

Nhánh tận cùng xòe rộng để tăng tiếp xúc với tế bào cơ.

1 synap bao gồm: Đĩa trước synap: có chứa các nang đường kính 20-50 A0

Khe synap: rộng khoảng

10-100nm

Đĩa sau synap: dày, có các cấu trúc

hình que, giúp tế bào cơ dìm sau trong dịch bào
tăng diện tích tiếp xúc

3 Cơ chế dẫn truyền hưng phấn từ thần kinh đến cơ qua synap

Thuyết dẫn truyền trực tiếp (vật lý)

Synap có tác dụng như một diot, chỉ cho điện thế hoạt động truyền theo 1 chiều xác định từ thần kinh xuống cơ với tốc độ lan truyền chậm hơn trên các sợi trục thần kinh

Giả thuyết: - có các mạch “sơn” (shunt) ở khe synap, có điện trở rất thấp

- có các cầu nối nhỏ để truyền điện thế xuống tế bào cơ

- màng tế bào có những lỗ hổng lớn, ở đó có điện trở thấp

Thuyết dẫn truyền gián tiếp (hoá học)

Tồn tại 1 chất hoá học làm trung gian cho quá trình dẫn truyền hưng phấn qua khe synap – Acetylcholine

Acetylcholine và sự dẫn truyền qua synap

THÔNG TIN RA

SỢI TRỤC SỢI NHÁNH

THÔNG TIN VÀO

ACETYLCHOLINE

THỤ THỂ

Các chất dẫn truyền xung động thần kinh từ sợi trục đi qua synáp rồi gắn vào các thụ thể ở sợi phân nhánh

3 Thuyết kết hợp 2 cơ chế trực tiếp và gián tiếp

• Theo thuyết này, phân tử Acetylcholine có tính phân cực Bình thường, chúng được dự trữ và nằm lộn xộn trong các nang Khi có kích thích, chúng được giải phóng ra khỏi nang và sắp xếp theo một chiều nhất

định dưới tác dụng của điện trường
đóng vai trò như những cầu nối giúp lan truyền hưng phấn từ thần kinh xuống cơ qua khe synap

2 Điện thế Synap:

Ngoài điện thế hoạt động, còn tồn tại 1 loại điện thế khác

ở synap – điện thế synap.

-Khi điện thế synap nhỏ tới mức nào đó
không xuất hiện điện thế hoạt động

liên kết thần kinh –cơ bị ngắt

ĐẠI CƯƠNG VỀ KÍCH THÍCH THẦN KINH –CƠ.

1 Nguồn kích thích- cường độ kích thích

Nguồn kích thích: cơ, nhiệt, điện, hoá

Với mỗi loại kích thích khác nhau, độ nhạy cảm của tế bào khác nhau

Cường độ kích thích: các tế bào khác nhau đáp ứng với các kích thích

có cường độ khác nhau

Tơ thần kinh : 6 keV

Tế bào thị giác : 2 eV (# năng lượng của 1 photon ánh sáng)

1 eV = 1,6 x 10-19 J

Các kích thích điện đặc trưng bằng 2 thông số:

1 Cường độ hay biên độ kích thích (I)

t

2 Quan hệ giữa cường độ và thời gian kích thích

Ngưỡng thời gian C: là khoảng thời gian ngắn nhất mà xung điện phải kéo dài

để có thể gây nên hưng phấn trên tế bào

Ở động vật có xương sống, C = vài µs.

Nếu thời gian kích thích < C
không có đáp ứng của tế bào

Ngưỡng kích thích b hay reobazo: là cường độ nhỏ nhất mà xung kích

thích phải đạt được để gây nên trạng thái hưng phấn trên cơ hay thần kinh

Cronacxi: là khoảng thời gian ngắn

nhất mà một xung điện có cường độ

bằng 2b cần phải kéo dài để gây

nên được hưng phấn trên thần kinh

hay cơ

I

tb

2b

c

Cronacxi

• Hợp các kích thích: Trường hợp 2 kích thích dưới ngưỡng có

thể gây nên trạng thái hưng phấn của tế bào.

Xảy ra khi:

- 2 kích thích dưới ngưỡng cùng tác dụng vào 1 vị trí của tế bào cách nhau 1 khoảng thời gian đủ ngắn (cộng tác dụng theo thời gian)

- 2 kích thích dưới ngưỡng đồng thời tác dụng vào 2 vị trí đủ gần nhau của tế bào (cộng tác dụng theo không gian)

•Thời gian ủ và giai đoạn trơ:

Thời gian ủ: là khoảng thời gian (t) tính từ thời điểm nhận xung kích thích cho tới thời điểm bắt đầu xuất hiện điện thế hoạt động Mỗi loại tế bào có thời gian ủ khác nhau

b t

Giai đoạn trơ: sau khi bị kích thích, trong khoảng thời gian xác định kể từ sau thời gian ủ đến thới điểm đỉnh âm của điện thế hoạt động, dù có tác

dụng vào thần kinh một xung điện mạnh đến đâu đi nữa thì không tạo nên hưng phấn mới
giai đoạn trơ tuyệt đối của thần kinh

(Takasi, 1953, tơ thần kinh cô lập)

Ngưỡng kích thích

I

t

a Giai đoạn trơ tuyệt đối: 2-3ms

b Giai đoạn trơ tương đối: 10-20ms

c Giai đoạn siêu bình thường: #15ms

d Giai đọan gần bình thường: # 70ms

NGUYÊN TẮC GHI ĐO ĐIỆN SINH VẬT

Khuyếch đại

-Đèn điện tử 3 cực-Transistor

Ghi và bảo quản tín hiệu

-Bộ ghi quang học-Bộ ghi cơ học (bút

Tín hiệu điện

Yếu, không

quan sát được -Transistor

-Bộ ghi cơ học (bút ghi)

Người ta có thể ghi lại điện

cơ, điện não, điện tim, điện võng mạc Phục vụ cho công tác chẩn đoán và điều trị