Điện thế nghỉ màng tế bào của nhiều sợi thần kinh khi chúng không truyền tín hiệu thần inh vào khoảng -90 mV. Đó là điện thế bên trong sợi thần kinh là 90 mV âm hơn so với dịch ngoại bào phía ngoài sợi thần kinh. Trong phần tiếp theo, các thuộc tính vận chuyển của ion natri, kali và các yếu tố xác định điện thế màng tế bào khi màng tế bào nghỉ sẽ được giải thích.

VẬN CHUYỂN CHỦ ĐỘNG ION NATRI VÀ KALI QUA MÀNG TẾ BÀO – BƠM NATRI-KALI

Như ở chương 4 đã nói, tất cả các màng tế bào của cơ thể có một bơm natri-kali giúp liên tục vận chuyển ion natri ra bên ngoài tế bào và ion kali vào bên trong tế bào như bên trái hình 5-4. Chú ý rằng đây là một bơm tạo ra điện thế bởi vì nhiều ion dương được bơm ra ngoài hơn là vào bên trong (3 ion natri ra ngoài cho mỗi ion kali vào bên trong), để lại một sự sụt giảm ion dương ở bên trong tế bào và tạo ra một điện thế âm bên trong màng tế bào.

Bơm natri-kali cũng tạo ra một chênh lệch gradient nồng độ lớn đối với ion natri và kali qua màng tế bào. Những gradient này như sau:

Na+ (bên ngoài): 142 mEq/L

Na+ (bên trong): 14 mEq/L

K+ (bên ngoài): 4 mEq/L

K+ (bên trong): 140 mEq/L

Tỉ số của những ion tương ứng bên trong so với bên ngoài là:

Na+ bên trong/Na+ bên ngoài = 0,1

K+ bên trong/K+ bên ngoài = 35,0

SỰ THOÁT RA NGOÀI CỦA ION KALI QUA MÀNG TẾ BÀO THẦN KINH

Phía bên phải của Hình 5-4 cho thấy một kênh protein (đôi khi gọi là một “tandem pore domain”, kênh kali, hoặc kênh thoát kali) trên màng tế bào mà qua đó ion kali có thể thoát ra ngoài ở trạng thái nghỉ của tế bào. Cấu trúc cơ bản của kênh kali được mô tả ở chương 4 (Hình 4-4). Những kênh thoát kali này cũng có thể thoát ion natri ít nhưng thấm với ion kali nhiều hơn nhiều so với natri – bình thường khoảng 100 lần. Như sẽ được bàn đến ở sau, sự chênh lệch về tính thấm này là yếu tố then chốt trong việc xác định điện thế màng tế bào lúc nghỉ.

NGUỒN GỐC CỦA ĐIỆN THẾ MÀNG TẾ BÀO KHI NGHỈ BÌNH THƯỜNG

Hình 5-5 cho thấy các yếu tố quan trọng trong việc thiết lập một điện thế màng tế bào bình thường khoảng -90 mV. Chúng như sau.

ĐÓNG GÓP CỦA ĐIỆN THẾ DO KHUẾCH TÁN KALI

Trong hình 5-5A, chúng ta thấy rằng chỉ có sự di chuyển của ion kali qua màng tế bào là khuếch tán ion kali, được thể hiện bởi sự mở kênh kali thông giữa bên trong và bên ngoài tế bào. Do tỉ số cao giữa nồng độ ion kali bên trong và bên ngoài tế bào, 35:1, điện thế Nernst tương ứng với tỉ số này là -94 mV do logarithm của 35 là 1,54 và được nhân lên bởi -61 mV là -94 mV. Vì vậy, nếu ion kali là yếu tố duy nhất gây ra điện thế nghỉ, thì điện thế nghỉ màng tế bào bên trong sợi thần kinh là -94 mV, như trong hình.

  ĐÓNG GÓP CỦA KHUẾCH TÁN ION NATRI QUA MÀNG TẾ BÀO THẦN KINH

Hình 5-5B cho thấy có một ít sự thấm qua màng tế bào của ion natri, gây ra bởi một ít sự khuếch tán ion natri qua kênh ion natri-kali. Tỉ số ion natri bên trong so với bên ngoài màng là 0,1, theo đó điện thế Nernst tính toán bên trong màng tế bào là +61 mV. Cũng thấy trong hình 5-5B là điện thế Nernst đối với khuếch tán ion kali là -94 mV. Những điều này sẽ ảnh hưởng già đến nhau và điện thế cộng lại sẽ như thế nào? Câu hỏi này được trả lời bởi phường trình Goldman mô tả trước đây. Tóm lại, nếu một màng tế bào có tính thấm cao với kali nhưng chỉ thấm ít với natri, thì về lí có thể thấy rằng khuếch tán ion kali đóng góp nhiều hơn nhiều vào điện thế màng tế bào so với ion natri. Trong một sợi thần kinh bình thường, tính thấm của màng với ion kali khoảng lớn hơn 100 lần so với tính thấm với ion natri. Sử dụng giá trị này trong phương trình Goldman cho ra một điện thế bên trong màng tế bào khoảng -86 mV, gần với điện thế tạo ra nhờ kali như trên hình.

ĐÓNG GÓP CỦA BƠM NATRI-KALI

Trong hình 5-5C, bơm natri-kali cho thấy một sự đóng góp thêm vào điện thế khi nghỉ của màng tế bào. Hình này cho thấy rằng việc bơm liên tục 3 ion natri ra bên ngoài cho mỗi ion kali bơm vào trong. Việc bơm ion natri ra ngoài nhiều hơn kali vào trong gây ra một sự mất liên tục ion dương ra bên ngoài tế bào, tạo thêm một ít điện thế âm (khoảng -4 mV) phía bên trong màng tế bào. Vì vậy, như trong hình 5.5C, điện thế màng tế bào khi tất cả những yếu tố này được thực hiện cùng một lúc là khoảng -90 mV.

Tóm lại, điện thế khuếch tán một mình tạo ra bởi khuếch tán ion kali và ion natri sẽ tạo ra một điện thế màng tế bào khoảng -86 mV, với chủ yếu là tạo ra nhờ khuếch tán ion kali. -4 mV đóng góp vào nhờ bơm natri-kali, tạo ra một điện thế màng khoảng -90 mV.