Tái lập chênh lệch nồng độ ion natri và kali sau khi điện thế hoạt động màng tế bào kết thúc và vấn đề của chuyển hóa năng lượng

Việc lan truyền điện thế hoạt động theo chiều dài một sợi dây thần kinh làm giảm nhẹ sự chênh lệch nồng độ natri và kali bên trong và bên ngoài màng bởi vì các ion natri khuếch tán vào bên trong trong quá trình khử cực và kali khuếch tán ra bên ngoài trong quá trình tái cực.

Hình. Sản xuất nhiệt trong một sợi thần kinh khi nghỉ ngơi và với tốc độ tăng dần của kích thích.

Đối với một điện thế hoạt động đơn lẻ, tác động này ngắn đến nỗi mà không thể đo lường. Thật vậy, từ 100.000 đến 50 triệu xung có thể được truyền qua các sợi dây thần kinh lớn trước khi sự khác biệt nồng độ đạt tới điểm chấm dứt của điện thế hoạt động Mặc dù vậy, với thời gian, nó trở nên cần thiết để thiết lập lại sự chênh lệch nồng độ natri và kali ở màng, điều này đạt được bằng hoạt động của bơm Na + -K + trong cùng một cách như mô tả trước đó để thiết lập điện thế nghỉ. Đó là, các ion natri đã khuếch tán vào bên trong các tế bào trong suốt quá trình điện thế hoạt động và các ion kali vừa khuếch tán ra ngoài phải được trả lại trạng thái ban đầu của chúng nhờ bơm Na + -K +. Vì bơm này đòi hỏi năng lượng để hoạt động, quá trình “nạp lại” của các sợi thần kinh là một quá trình trao đổi chất tích cực, sử dụng năng lượng có nguồn gốc từ hệ thống năng lượng adenosine triphosphate của tế bào. Hình cho thấy các sợi thần kinh sản xuất tăng nhiệt trong quá trình nạp lại, đó là thước đo tiêu hao năng lượng khi các xung động thần kinh tăng tần số.

Một tính năng đặc biệt của Na + -K + triphosphaadenosinetase bơm là mức độ của các hoạt động được kích thích mạnh mẽ khi các ion natri dư thừa tích tụ bên trong màng tế bào. Trong thực tế, các hoạt động bơm tăng xấp xỉ tỷ lệ thuận với sức mạnh thứ ba của nồng độ natri trong tế bào này. Khi nồng độ natri nội bào tăng 10-20 mEq / L, các hoạt động của bơm không chỉ đơn thuần là tăng gấp đôi mà tăng khoảng tám lần. Vì vậy, thực sự rất dễ dàng để hiểu cách “nạp” quá trình của các sợi thần kinh có thể được thiết lập nhanh chóng vào chuyển động bất cứ khi nào tập trung những khác biệt của các ion natri và kali qua màng bắt đầu “giảm xuống”.