Các yếu tố gây ra điện thế hoạt động

Hình tóm tắt các sự kiện liên tiếp xảy ra trong và ngay sau điện thế hoạt động. Phần đáy của hình vẽ cho thấy những thay đổi độ dẫn điện của màng cho các ion natri và kali. Trong giai đoạn nghỉ, trước khi điện thế hoạt động bắt đầu, tính thấm với các ion kali cao hơn 50 đến 100 lần với ion natri. Sự chênh lệch này là do rò rỉ của các ion kali lớn hơn nhiều so với các ion natri qua các kênh rò rỉ. Tuy nhiên, vào lúc bắt đầu của điện thế hoạt động, các kênh natri ngay lập tức trở nên kích hoạt và cho phép tăng đến 5000 lần tính dẫn. Quá trình ngừng hoạt động sau đó đóng các kênh natri trong một phần nhỏ của một phần nghìn giây. Sự khởi đầu của điện thế hoạt động cũng làm cho cổng điện thế của kênh kali mở chậm hơn một phần nhỏ của một phần nghìn giây sau khi các kênh natri mở.

Hình. Thay đổi độ dẫn natri và kali trong quá trình tiềm năng hành động. Độ dẫn natri tăng gấp vài nghìn lần trong giai đoạn đầu của tiềm năng tác dụng, trong khi độ dẫn kali chỉ tăng khoảng 30 lần trong giai đoạn sau của tiềm năng tác dụng và trong một thời gian ngắn sau đó. (Những đường cong này được xây dựng từ lý thuyết được trình bày trong các bài báo của Hodgkin và Huxley nhưng được chuyển từ sợi trục mực để áp dụng vào tiềm năng màng của dây thần kinh động vật có vú lớn.

Vào cuối điện thế hoạt động, điện thế màng âm trở lại gây ra các kênh kali để đóng quay lại tình trạng ban đầu của chúng, nhưng một lần nữa, chỉ sau một phần nghìn giây bổ sung hoặc chậm trễ.

Phần giữa của hình cho thấy tỷ lệ tính dẫn natri và kali tại mỗi thời điểm trong điện thế hoạt động, và phía trên mô tả đây là điện thế hoạt động của chính nó.

Trong phần đầu của điện thế hoạt động, tỷ lệ dẫn natri kali tăng hơn 1000 lần. Do đó, nhiều ion natri chảy vào bên trong sợi thần kinh hơn ion kali ra bên ngoài. Đây là những gì gây ra điện thế màng trở nên dương ở điểm khởi đầu điện thế hoạt động. Sau đó, các kênh natri bắt đầu đóng cửa và các kênh kali bắt đầu mở, và do đó tỷ lệ dẫn truyển thay đổi nhiều hơn trong việc tăng độ dẫn kali cao nhưng độ dẫn natri thấp. Sự thay đổi này cho phép hao hụt rất nhanh chóng mất các ion kali ra bên ngoài, nhưng hầu như không dòng chảy của các ion natri vào bên trong. Do đó, điện thế hoạt động nhanh chóng trở lại mức ban đầu của nó.

Vai trò của các ion khác trong điện thế hoạt động

Như vậy cho đến thời điểm này, chúng ta đã chỉ xem xét vai trò của các ion natri và kali trong việc tạo ra điện thế hoạt động. Ít nhất là hai loại ion khác phải được xem xét: các anion âm và các ion canxi.

Ion mang điện tích âm bên trong sợi trục dây thần kinh

Bên trong sợi thần kinh rất nhiều các ion mang điện tích âm mà không thể đi qua các kênh trên màng. Chúng bao gồm các anion của các phân tử protein và nhiều hợp chất hữu cơ phosphate, các hợp chất sulfate, và vv. Bởi vì các ion này không thể ra khỏi bên trong các sợi thần kinh, bất kỳ sự thâm hụt của các ion dương bên trong màng để lại một sự dư thừa của các anion âm không thấm này.

Do đó, các ion âm không thấm chịu trách nhiệm cho các điện tích âm bên trong sợi dây thần kinh khi có sự thâm hụt dòng điện tích dương của các ion kali và ion dương khác.

Ion Canxi

Các màng của gần như tất cả các tế bào của cơ thể có một bơm canxi tương tự như các bơm natri, canxi cùng với (hoặc thay thế) natri trong một số tế bào gây ra hầu hết các điện thế hoạt động.

Giống như các bơm natri, bơm canxi vận chuyển ion canxi từ nội bào ra ngoại bào qua màng tế bào (hoặc vào mạng lưới nội chất của tế bào), tạo ra một sự chênh lệch nồng độ ion canxi khoảng 10.000 lần.

Quá trình này để lại nồng độ ion canxi bên trong nội bào khoảng 10-7 mol, trái ngược với một nồng độ bên ngoài khoảng 10-3 mol.

Ngoài ra, có những cánh cổng điện thế của kênh kênh canxi. Bởi vì nồng độ ion canxi trong dịch ngoại bào nhiều hơn 10.000 lần dịch nội bào, có một gradient khuếch tán lớn cho dòng ion canxi thụ động vào các tế bào. Các kênh này có tính thấm nhẹ với các ion natri và ion canxi, nhưng độ thấm của chúng với canxi lớn hơn na khoảng 1000 lần trong điều kiện sinh lý bình thường.

Khi các kênh mở để đáp ứng với một kích thích làm phân cực màng tế bào, các ion canxi tràn vào bên trong tế bào.

Một chức năng quan trọng của cánh cổng điện thế canxi là góp phần vào giai đoạn khử cực của điện thế hoạt động trong một số tế bào. Tuy nhiên sự hoạt hóa của kênh canxi chậm, chậm gấp 10-20 lần kênh natri. Vì lý do này, kênh canxi được gọi là kênh chậm, trái ngược với kênh natri được gọi là kênh nhanh. Do đó, việc mở của các kênh canxi cung cấp một sự khử cực bền vững hơn, trong khi các kênh natri đóng một vai trò quan trọng trong thế hoạt động ban đầu.

Các kênh canxi rất nhiều trong cả hai cơ tim và cơ trơn. Trong thực tế, trong một số loại cơ trơn, các kênh natri nhanh hầu như không có mặt; Vì vậy, điện thế hoạt động được tạo ra gần như hoàn toàn bằng cách kích hoạt các kênh calci chậm.