GIAI ĐOẠN BÌNH NGUYÊN TRONG MỘT SỐ ĐIỆN THẾ HOẠT ĐỘNG

Trong một vài trường hợp, màng tế bào kích thích không được tái cực ngay lập tức; thay vào đó, điện thế vẫn ở giai đoạn bình nguyên gần đỉnh điện thế hoạt động trong vài phần ngàn giây và sau đó tái cực bắt đầu. Giai đoạn bình nguyên được thể hiện trên Hình 5-13; giai đoạn bình nguyên có thể kéo dài giai đoạn khử cực hơn nhiều. Loại điện thế hoạt động này xảy ra trên các sợi cơ tim, hai loại kênh ion đóng góp vào quá trình khử cực: (1) kênh ion natri phụ thuộc điện thế, gọi là kênh ion nhanh và (2) kênh ion natri-canxi phụ thuộc điện thế, là kênh mở chậm nên được gọi là kênh ion chậm. Sự mở ra của kênh ion nhanh tạo ra phần đỉnh của điện thế hoạt động, ngược lại sự mở ra kéo dài của kênh ion natri-canxi chủ yếu cho ion canxi đi vào bên trong tế bào, chịu trách nhiệm chủ yếu cho giai đoạn bình nguyên của điện thế hoạt động.

CÁC ĐẶC ĐIỂM ĐẶC BIỆT CỦA LAN TRUYỀN TÍN HIỆU THẦN KINH TRONG CÁC THÂN THẦN KINH

Các sợi thần kinh có bao myelin và các sợi thần kinh không có bao myelin. Hình 5-15 cho thấy một thiết diện cắt ngang của một dây thần kinh nhỏ điển hình, cho thấy nhiều sợi thần kinh lớn liên tục chiếm hầu hết thiết diện cắt ngang. Tuy nhiên, nhìn kĩ hơn sẽ thấy nhiều sợi thần kinh nhỏ hơn giữa những sợi thần kinh lớn. Các sợi thần kinh lớn được myelin hóa và các sợi nhỏ không có bao myelin. Trung bình một thân thần kinh chứa các sợi thần kinh không có bao myelin khoảng gấp hai lần các sợi không có bao myelin.

Hình 5-16 cho thấy một sợi thần kinh được myelin hóa điển hình. Lõi trung tâm của sợi thần kinh là trục của sợi thần kinh và màng của trục là màng thực sự dẫn truyền điện thế hoạt động. Trục sợi chứa đầy bào tương, là một dịch nội bào đặc. Bao quanh trục là vỏ myelin thường dày hơn nhiều trục sợi thần kinh. Khoảng 1-3 mm trên chiều dài của vỏ myelin là một eo Ranvier.

Vỏ bao myelin bao quanh sợi trục thần kinh bởi các tế bào Schwann theo cách sau: Màng của một tế bào Schwann đầu tiên bao lấy trục. Tế bào Schwann sau đó bao quanh trục nhiều lần, trải nhiều lớp màng tế bào Schwann chứa lipid sphingomyelin. Chất này là một chất cách điện rất tốt làm giảm dòng ion qua màng tế bào khoảng 5000 lần. Ở vị trí chỗ nối giữa hai tế bào Schwann liên tục dọc theo trục, là một vùng nhỏ không cách điện chỉ dài 2-3 micrometers là nơi mà ion vẫn có thể đi qua màng tế bào dễ dàng. Vùng này được gọi là ao Ranvier.

DẪN TRUYỀN KIỂU NHẢY VỌT TRONG SỢI THẦN KINH MYELIN HÓA TỪ EO NÀY ĐẾN EO KHÁC

Mặc dù hầu hết các ion không thể đi qua màng myelin dày của dây thần kinh được myelin hóa, nhưng chúng có thể đi qua màng tế bào ở eo Ranvier dễ dàng. Vì thế, điện thế hoạt động chỉ có thể xảy ra tại eo Ranvier. Điện thế hoạt động được dẫn truyền từ eo này đến eo khác, như trong hình 5-17; được gọi là dẫn truyền kiểu nhảy vọt. Được gọi như vậy là do dòng ion qua dịch ngoại bào bên ngoài vỏ myelin, cũng như qua dịch tế bào bên trong trục thần kinh từ eo này đến eo khác, kích thích eo này đến eo Ranvier khác. Vì thế, các xung động thần kinh nhảy dọc theo sợi thần kinh, đó là nguồn gốc của tên gọi “nhảy vọt”.

Dẫn truyền kiểu nhảy vọt do hai nguyên nhân. Đầu tiên, tạo ra quá trình khử cực nhảy một khoảng dài dọc theo trục của sợi dây thần kinh, cơ chế này tăng làm tăng tốc độ của dẫn truyền thần kinh trong sợi tế bào thần kinh được myelin hóa gấp 5 đến 50 lần. Thứ hai, dẫn truyền nhảy vợt tiết kiệm năng lượng cho trục sợi thần kinh do chỉ khử cực tại các eo Ranvier, cho phép giảm lượng ion cần cho tạo điện thế hoạt động lên đến 100 lần so với những loại dẫn truyền thần kinh khác và cũng vì thế cần ít năng lượng để tái thiết lập sự chênh lệch nồng độ ion natri và kali qua màng tế bào sau chuỗi dẫn truyền xung động thần kinh.

Khả năng cách điện rất tốt của màng myelin và giảm khoảng 50 lần điện dung của màng tế bào cũng cho phép tái cực xảy ra dễ dàng nhưng ít cần vận chuyển ion.

TỐC ĐỘ DẪN  TRUYỀN CÁC SỢI THẦN KINH

Tốc độ của dẫn truyền điện thế hoạt động trong sợi tế bào thần kinh thay đổi từ ít nhất 0,25 m/sec ở những sợi thần kinh không được myelin hóa đến rất lớn khoảng 100 m/sec (dài hơn chiều dài của một sân bóng đá trên giây) ở những sợi thần kinh được myelin hóa lớn.