Dòng điện màng tổng hợp và các thành phần của nó
Hodgkin và Huxley đã nghiên cứu kĩ dòng điện chạy qua màng tế bào trong quá trình hoạt hóa được mô tả trong mô hình vật dẫn song song, mô hình đầu tiên về chuyển động của những ion riêng biệt. Mô hình được minh họa trong hình 4.10, nó bao gồm 4 thành phần ...
Hodgkin và Huxley đã nghiên cứu kĩ dòng điện chạy qua màng tế bào trong quá trình hoạt hóa được mô tả trong mô hình vật dẫn song song, mô hình đầu tiên về chuyển động của những ion riêng biệt. Mô hình được minh họa trong hình 4.10, nó bao gồm 4 thành phần dòng điện:
- Dòng tạo bởi các ion Na+
- Dòng tạo bởi các ion K+
- Dòng tạo bởi các ion khác
- Dòng dung kháng
Mạch tương đương của mô hình Hodgkin- Huxley
Trong mô hình này, mỗi một thành phần trong số bốn thành phần được giả sử sử dụng cho chính đường dẫn hoặc kênh dẫn của nó. Một chú ý khác theo sau là hướng dương của dòng điện màng tế bào và điện áp Nernst được chọn là từ bên trong ra bên ngoài.
Mô hình được cấu tạo bởi việc sử dụng các thành phần mạch điện cơ bản của nguồn điện áp, điện trở và tụ điện được minh họa trên hình 4.10. Độ thẩm thấu ion của màng tế bào đối với các ion Na+, K+ và độ dẫn điện rò trên một đơn vị diện tích ( dựa theo đình luật Ôm ) như sau:
Trong đó:
GNa, GK, GL: là độ dẫn màng tế bào trên một đơn vị diện tích đối với Na+, K+ và các ion khác ứng với độ dẫn rò ( S/cm2 ).
INa, IK, IL: Dòng điện tạo bởi các ion Na+, K+, và các ion khác (dòng rò) trên một đơn vị diện tích ( mA/cm2 ).
VNa, VK, VL: Điện áp đề cập ở trên được định nghĩa bằng công thức Nernst được xác định bởi công thức Nernt. Và ta có:
Trong đó các chỉ số “i” và “o” chỉ ra nồng độ ion bên trong và bên ngoài màng tế bào tương ứng. Các kí hiệu khác cũng giống như trong trường hợp công thức Nernst và z= 1 đối với Na và K, z= -1 đối với Cl.
Trong hình 4.10 thì các cực tính nguồn áp được chỉ ra có cực tương tự nhau ứng với các giá trị dương. Chúng ta có thể thêm vào cho các điện áp Nernst của Na, K và Cl được tính theo các công thức từ công thức 4.7 đến 4.9 tương ứng với các nguồn áp để chiều điện áp Nernst dương cùng chiều với cực nguồn áp và chiều điện áp Nernst âm ngược lại.
Do nồng độ Clo bên trong rất thấp nên những sự di chuyển của ion Cl- có ảnh hưởng rất lớn tới tỉ số nồng độ Clo. Do đó một luồng nhỏ các ion Cl- sẽ mang đến sự cân bằng điện và Clo không đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá điện thế màng tế bào (Hodgkin và Horowicz, 1959).
Khi Vm = VNa thì nồng độ ion Na+ là ở trạng thái cân bằng và khi đó không có dòng chuyển dời của các ion Na+. Thông thường sự chênh lệch của Vm so với VNa là một phép đo của điện áp hút gây nên dòng Na+. Hệ số liên hệ giữa lực kéo (Vm – VNa) với mật độ dòng của các ion Na+ sẽ được xác định là độ dẫn và nó được xác định theo định luật Ôm.
Bây giờ 4 dòng điện trên có thể được ước lượng cho các điện áp màng tế bào Vm. Các mạch tương ứng được tạo bởi:
- Điện áp Nernst của các ion Na+ và độ dẫn màng tế boa đối với các ion Na+.
- Điện áp Nernst của các ion K+ và độ dẫn màng tế boa đối với các ion K+.
- Điện áp rò ( ngay cả khi dòng rò bằng không do sự chuyển động của các ion Cl- và các ion khác) và độ dẫn điện rò của màng tế bào.
- Điện dung màng tế bào.
Dựa trên cơ sở các nghiên cứu kẹp điện áp, Hodgkin và Huxley đã xác định rằng độ dẫn của màng tế bào đối với các ion Na+ và K+ là các hàm của điện thế truyền màng tế bào và thời gian. Trong khi đó, độ dẫn điện dòng rò lại là hằng số. Dưới kích thích ngưỡng con thì trở kháng màng tế bào và điện dung cũng có thể được coi là hằng số.
Chúng ta phải nhắc lại rằng khi các độ dẫn điện Na và K được tính toán trong suốt quá trình kẹp điện áp thì sự phụ thuộc của chúng vào điện áp được loại bỏ do điện áp trong suốt quá trình đo là hằng số. Tuy nhiên điện áp là một thông số bởi vì nó có thể quan sát được khi nó được so sánh với trạng thái đáp ứng tại các mức điện áp khác nhau. Đối với phương pháp kẹp điện áp thì nó chỉ biến đổi trong khi thực hiện đo đạc theo thời gian mà thôi. Chú ý rằng dòng điện dung là bằng không bởi vì dV/dt=0.
Đối với mô hình Hodgkin- Huxley thì biểu thức đối với mật độ dòng điện truyền màng tế bào tổng là bằng tổng các thành phần dòng dung kháng và ion. Tiếp sau đó mới tính đến các dòng điện của Na, K và dòng rò. Do đó:
Trong đó: Im = Dòng điện màng tế bào trên một đơn vị diện tích ( mA/cm2 ).
Cm = Điện dung màng tế bào trên một đơn vị diện tích ( F/cm2 ).
VNa, VK, VL = Điện áp Nernt đối với Na+, K+ và các ion khác ( mV ).
Vm = Điện áp màng tế bào ( mV ).
GNa, GK, GL= độ dẫn màng tế bào trên một đơn vị diện tích đối với Na+, K+ và các ion khác ứng với độ dẫn rò rỉ (S/cm2 ).
