Bài Tập, Đề Thi Trắc Nghiệm Online – Môn Sinh Lý Điện Thế Màng Và Điện Thế Hoạt Động – Đề 07

Điện thế màng nghỉ được thiết lập và duy trì chủ yếu do tính thấm chọn lọc của màng đối với ion kali (K+) qua các kênh rò rỉ kali, cùng với sự đóng góp của bơm Na+/K+.

Phương trình Nernst tính điện thế cân bằng dựa trên tỷ lệ nồng độ ion bên trong và bên ngoài màng, điện tích của ion và nhiệt độ. Tính thấm của màng đối với ion đó không trực tiếp xuất hiện trong phương trình Nernst, mà ảnh hưởng đến điện thế màng thực tế (điện thế nghỉ) thông qua phương trình Goldman-Hodgkin-Katz.

Bơm Na+/K+ vận chuyển tích cực 3 ion Na+ ra ngoài và 2 ion K+ vào trong tế bào, tạo ra sự chênh lệch nồng độ ion và góp phần vào điện thế màng nghỉ âm. Nó cũng tạo ra một điện thế nhỏ trực tiếp do sự vận chuyển không cân bằng điện tích.

Theo phương trình Nernst hoặc Goldman-Hodgkin-Katz, khi nồng độ Kali ngoại bào tăng, tỷ lệ nồng độ [K+]ngoài/[K+]trong giảm, dẫn đến điện thế cân bằng của Kali trở nên ít âm hơn (hoặc dương hơn). Vì điện thế màng nghỉ phụ thuộc lớn vào điện thế cân bằng của Kali, điện thế màng nghỉ sẽ khử cực (trở nên ít âm hơn).

Khử cực là giai đoạn điện thế màng trở nên dương hơn. Giai đoạn này xảy ra do sự mở kênh Natri cổng điện thế, làm tăng mạnh tính thấm của màng đối với ion Na+. Ion Na+ tràn vào tế bào theo gradient nồng độ và điện hóa, làm điện thế màng nhanh chóng tiến gần đến điện thế cân bằng của Na+.

Tái cực là giai đoạn điện thế màng trở về trạng thái âm, gần với điện thế màng nghỉ. Giai đoạn này đặc trưng bởi sự bất hoạt của kênh Natri cổng điện thế (ngăn chặn dòng Na+ đi vào) và sự mở kênh Kali cổng điện thế (tăng dòng K+ đi ra), khôi phục lại điện thế âm bên trong màng.

Thời kỳ trơ tuyệt đối là khoảng thời gian mà tế bào không thể tạo ra điện thế hoạt động mới, bất kể kích thích mạnh đến đâu. Điều này là do kênh Natri cổng điện thế đang ở trạng thái bất hoạt và không thể mở lại ngay lập tức. Thời kỳ trơ tuyệt đối đảm bảo điện thế hoạt động chỉ lan truyền theo một chiều và giới hạn tần số phát xung của tế bào.

Ưu phân cực là giai đoạn điện thế màng âm hơn so với điện thế màng nghỉ. Giai đoạn này xảy ra do kênh Kali cổng điện thế vẫn mở sau khi điện thế màng đã tái cực về gần mức nghỉ, làm cho dòng K+ đi ra tiếp tục, đưa điện thế màng âm hơn mức bình thường. Sau đó, kênh Kali cổng điện thế đóng lại và điện thế màng trở về mức nghỉ.

Ngưỡng điện thế là mức điện thế màng mà tại đó, sự khử cực đ?? lớn để kích hoạt vòng phản hồi dương của kênh Natri cổng điện thế. Khi điện thế màng đạt ngưỡng, số lượng kênh Natri mở ra đủ lớn để dòng Na+ đi vào vượt quá dòng K+ đi ra, dẫn đến khử cực nhanh và tạo ra điện thế hoạt động.

Bơm Na+/K+ duy trì gradient nồng độ ion Na+ và K+ qua màng tế bào, cần thiết cho điện thế màng nghỉ và điện thế hoạt động. Nếu bơm này bị ức chế, gradient nồng độ ion sẽ giảm dần theo thời gian. Ban đầu, điện thế màng nghỉ có thể ít thay đổi, nhưng về lâu dài, khả năng tạo điện thế hoạt động sẽ suy giảm và cuối cùng mất đi do không còn gradient ion để tạo ra dòng ion qua kênh.

Kích thích dưới ngưỡng chỉ gây ra sự khử cực màng cục bộ, nhưng không đủ mạnh để đạt đến ngưỡng điện thế. Do đó, kênh Natri cổng điện thế không được kích hoạt đủ để tạo ra vòng phản hồi dương, và điện thế màng sẽ chỉ thay đổi nhẹ rồi trở về điện thế màng nghỉ.

Myelin là lớp vỏ cách điện bao quanh sợi trục, được tạo bởi tế bào Schwann (ở thần kinh ngoại biên) hoặc oligodendrocyte (ở thần kinh trung ương). Myelin ngăn chặn dòng ion qua màng ở các vùng được bao bọc, ngoại trừ các eo Ranvier - các khe hở giữa các đoạn myelin. Các kênh Natri cổng điện thế tập trung ở eo Ranvier, do đó điện thế hoạt động 'nhảy' từ eo Ranvier này sang eo Ranvier khác, tăng tốc độ dẫn truyền.

IPSP là điện thế hậu synap làm giảm khả năng tạo ra điện thế hoạt động ở tế bào hậu synap. IPSP thường được gây ra bởi chất dẫn truyền thần kinh GABA hoặc Glycine, kích hoạt kênh Clorua cổng hóa học hoặc kênh Kali cổng hóa học. Kênh Clorua mở làm ion Cl- đi vào (hoặc kênh Kali mở làm K+ đi ra), gây ưu phân cực màng hoặc ổn định điện thế màng gần với điện thế màng nghỉ, ức chế sự khử cực.

Kênh Kali cổng điện thế đóng vai trò quan trọng trong giai đoạn tái cực của điện thế hoạt động. Nếu kênh này bị ức chế, dòng K+ đi ra giảm, quá trình tái cực sẽ chậm lại hoặc không hoàn toàn. Điều này có thể kéo dài pha khử cực và làm kéo dài điện thế hoạt động.

Đa xơ cứng là bệnh tự miễn, trong đó hệ miễn dịch tấn công và phá hủy lớp myelin. Mất myelin làm giảm hoặc mất tính dẫn truyền nhảy vọt, làm chậm hoặc chặn hoàn toàn dẫn truyền điện thế hoạt động. Điều này gây ra nhiều triệu chứng thần kinh khác nhau.

Tính chất 'tất cả hoặc không có gì' của điện thế hoạt động có nghĩa là nếu kích thích đủ mạnh để đạt đến ngưỡng điện thế, điện thế hoạt động sẽ được tạo ra với biên độ và hình dạng không đổi, bất kể cường độ kích thích vượt ngưỡng là bao nhiêu. Nếu kích thích dưới ngưỡng, điện thế hoạt động sẽ không được tạo ra.

Pha bình nguyên trong điện thế hoạt động của tế bào cơ tim kéo dài thời gian khử cực và co cơ, rất quan trọng cho chức năng bơm máu của tim. Pha này được tạo ra bởi sự mở kênh Canxi loại L (kênh Ca2+ cổng điện thế chậm) và dòng Ca2+ đi vào tế bào, cân bằng với dòng K+ đi ra trong một khoảng thời gian.

Kênh Natri cổng điện thế là thiết yếu cho giai đoạn khử cực của điện thế hoạt động. Nếu kênh này bị chặn, ion Na+ không thể tràn vào tế bào để gây khử cực nhanh, và điện thế hoạt động sẽ không thể được tạo ra. Tế bào thần kinh sẽ mất khả năng truyền tín hiệu điện.

Điện thế bậc thang là những thay đổi điện thế màng cục bộ, có biên độ thay đổi tùy thuộc vào cường độ kích thích, và lan truyền suy giảm theo khoảng cách. Điện thế hoạt động là sự thay đổi điện thế màng lan truyền không suy giảm, có tính 'tất cả hoặc không có gì', và có ngưỡng kích thích.

Điện thế hậu synap (EPSP và IPSP) là ví dụ điển hình của điện thế bậc thang. Chúng xảy ra ở synap, có biên độ thay đổi tùy thuộc vào lượng chất dẫn truyền thần kinh và số lượng kênh ion được kích hoạt, và lan truyền suy giảm từ synap về thân tế bào.

Trong feedback dương của điện thế hoạt động, sự khử cực màng (đầu vào) làm mở kênh Natri cổng điện thế. Dòng Na+ đi vào (đầu ra) gây khử cực màng mạnh hơn, tiếp tục mở thêm kênh Natri, tạo thành vòng khuếch đại. Như vậy, sự khử cực màng vừa là đầu vào (kích thích mở kênh Na+) vừa là kết quả (do dòng Na+ đi vào).

Ion Canxi đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình tế bào như giải phóng chất dẫn truyền thần kinh, co cơ, và một số loại điện thế hoạt động. Tuy nhiên, nó không phải là ion chính tạo ra điện thế màng nghỉ. Điện thế màng nghỉ chủ yếu do ion Kali và bơm Na+/K+.

Phương trình Nernst tính điện thế cân bằng cho một loại ion duy nhất, giả định màng chỉ thấm ion đó. Phương trình GHK tính điện thế màng khi màng thấm nhiều loại ion khác nhau (thường là Na+, K+, Cl-), có xét đến độ thấm tương đối của màng đối với từng ion.

Sự thay đổi điện thế màng từ giá trị âm hơn về phía giá trị dương hơn (hoặc ít âm hơn) được gọi là khử cực. Trong trường hợp này, điện thế màng từ -70mV đến -55mV là sự khử cực.

Hiện tượng thích nghi là sự giảm đáp ứng của thụ thể cảm giác khi có kích thích kéo dài. Về mặt điện sinh lý, điều này thường liên quan đến sự giảm dần biên độ của điện thế thụ thể (receptor potential) hoặc giảm tần số điện thế hoạt động, mặc dù kích thích vẫn tiếp tục.

Khi nồng độ K+ ngoại bào giảm, gradient nồng độ K+ qua màng tăng lên. Theo phương trình Nernst, điện thế cân bằng của K+ trở nên âm hơn. Vì điện thế màng nghỉ phụ thuộc lớn vào điện thế cân bằng của K+, điện thế màng nghỉ cũng có xu hướng trở nên âm hơn (ưu phân cực).

Điện thế hoạt động điển hình ở nơron chủ yếu được tạo ra bởi kênh Natri cổng điện thế (khử cực) và kênh Kali cổng điện thế (tái cực). Kênh Canxi cổng điện thế có vai trò trong một số loại điện thế hoạt động khác (ví dụ ở tim), nhưng không phải kênh chính trong điện thế hoạt động nơron điển hình. Kênh Kali rò rỉ đóng vai trò duy trì điện thế màng nghỉ, không trực tiếp tạo điện thế hoạt động.

Trong giai đoạn ưu phân cực, điện thế màng âm hơn điện thế màng nghỉ. Để đạt đến ngưỡng điện thế và tạo ra điện thế hoạt động mới, cần một kích thích mạnh hơn so với khi tế bào ở trạng thái điện thế màng nghỉ, vì màng đang ở xa ngưỡng hơn.

Pha tái cực của điện thế hoạt động phụ thuộc chủ yếu vào hoạt động của kênh Kali cổng điện thế (dòng K+ đi ra). Nếu pha tái cực chậm lại, có nghĩa là kênh Kali cổng điện thế có thể bị suy giảm chức năng (ví dụ, giảm số lượng kênh mở ra hoặc kênh mở chậm hơn), làm giảm dòng K+ đi ra và kéo dài pha tái cực.

Kiến thức về điện thế màng và điện thế hoạt động có ứng dụng rộng rãi trong y học, đặc biệt trong các lĩnh vực liên quan đến thần kinh, tim mạch và cơ. Các kỹ thuật như điện tâm đồ (ECG), điện não đồ (EEG), và thuốc gây tê cục bộ đều dựa trên nguyên lý hoạt động của điện thế tế bào. Xét nghiệm công thức máu (CBC) là xét nghiệm huyết học cơ bản, không liên quan trực tiếp đến điện thế màng và điện thế hoạt động.