Y khoa Ykhoa, y học, y tế, kiến thức, lâm sàng, cận lâm sàng, chẩn đoán, điều trị, phác đồ, diễn đàn y khoa, hệ sinh thái y khoa online, mới nhất và đáng tin cậy.
1, Một dung dịch chất tan của 100 mmol/L KCl được phân chia từ một dung dịch chất tan của 10 mmol/L KCl bởi một màng rất thấm ion K+, nhưng không thấm ion Cl-. Cường độ và hướng của tiềm năng chênh lệch mà nó sẽ được hình thành xuyên qua màng này là?
(Nhận định rằng 2.3RT/F = 60 mV). Nồng độ ion K+ ở cả hai dung dịch chất tan sẽ thay đổi như kết quả của quá trình hình thành nên sự chênh lệch điện thế?
Hai dung dịch chất tan có nồng độ KCl khác nhau được phân chia bởi một màng thấm với ion K+ nhưng không thấm với ion Cl-. Trong dung dịch chất tan, KCl phân li thành K+ và Cl-, nó còn một sự chênh lệch nồng độ cho K+ và Cl- qua màng. Mỗi ion sẽ “thích” khuếch tán theo chiều gradient nồng độ. Tuy nhiên, màng chỉ thấm với ion K+. Thật vậy, ion K+ sẽ khuếch tán qua màng từ nơi có nồng độ cao về nơi có nồng độ thấp, nhưng ion Cl- thì không như vậy. Như kết quả của sự khuếch tán, điện tích dương thật được mang xuyên qua màng, tạo ra một chênh lệch điện thế (sự khuếch tán điện thế K+). Sự hình thành điện tích dương tại màng chậm hơn sự khuếch tán của K+ (điện tích dương bị đẩy lùi bởi điện tích dương). Cuối cùng, sự hình thành điện tích dương đáng kể tại màng chính xác cân bằng theo xu hướng khuếch tán của K+ theo chiều gradient nồng độ. Nó được gọi là cân bằng điện hóa hay electrochemical equilibrium, xảy ra khi các lực hóa học và điện thế thúc đẩy một ion (trong trường hợp này là K+) cân bằng và không có sự khuếch tán sâu hơn (tiếp tục nữa) của ion xuất hiện.
Rất ít ion K+ cần cho khuếch tán để thiết lập cân bằng điện thế. Bởi vì rất ít ion K+ liên quan, quá trình không thay đổi nồng độ K+ trong một lượng lớn dung dịch chất tan. Nói một cách khác, bởi vì sự hình thành nhanh chóng của K+ khuếch tán điện thế , K+ không khuếch tán cho đến khi hai dung dịch chất tan có nồng độ K+ cân bằng.
Nernst equation được sử dụng để tính toán cường độ (độ lớn) của sự chênh lệch điện thế được hình thành bởi sự khuếch tán của một ion thấm (trong trường hợp này là K+). Thật vậy, Nernstequation được sử dụng để tính toán điện thế cân bằng của một ion cho sự chênh lệch nồng độ nhất định qua màng, nhận định rằng màng chỉ thấm với ion đó:
Với E là điện thế cân bằng (mV); 2.3RT/F là hằng số (60 mV tại 37oC); z là điện tích của ion khuếch tán (bao gồm cả dấu); C1, C2 là nồng độ của ion ở hai dung dịch chất tan.
Bây giờ, để trả lời câu hỏi, độ lớn và hướng (dấu) của chênh lệch điện thế được hình thành bởi sự khuếch tán ion K+ theo chiều gradient nồng độ? Hay nói cách khác, điện thế cân bằng của K+ cho sự chênh lệch nồng độ là? Trong thực hành, tính toán liên quan đến Nernst equation có thể được sắp xếp hợp lý. Bởi vì vấn đề liên quan đến logarit, tất cả dấu trong phép tính có thể được bỏ qua và công thức có thể được xử lý bằng dấu giá trị tuyệt đói của sự chênh lệch điện thế. Để tiện lợi hơn, luôn luôn để nồng độ cao hơn là số trừ và nồng độ thấp hơn là số bị trừ. Dấu chính xác của sự chênh lệch điện thế được xác định bằng trực giác.
Nồng độ K+ cao hơn (100 mmol/L), nồng độ K+ thấp hơn (10 mmol/L), 2.3RT/F = 60 mV tại 37oC và z cho K+ = +1. Bởi vì chúng ta xác định điện thế cân bằng K+, E biểu thị là EK+. Nhớ là chúng ta đồng ý bỏ qua tất cả các dấu trong phép tính và để xác định dấu cuối cùng bằng trực giác.
Để xác định hướng (dấu) của điện thế cân bằng, nhìn hình 1-4. Câu hỏi: Bằng cách nào K+ khuếch tán tạo ra sự chênh lệch điện thế? Sự khuếch tán từ nơi có nồng độ cao về nơi có nồng độ thấp. Điện tích dương được tích trữ gần ở màng của dung dịch có nồng độ thấp, điện tích âm giữ lại phía sau tại màng của dung dịch có nồng độ cao. Thật vậy, sự chênh lệch điện thế là 60 mV, với dung dịch 1 âm tương ứng với dung dịch 2. Hay nói cách khác, sự chênh lệch điện thế 60 mV, với dung dịch 2 dương tương ứng với dung dịch 1.
2, Nếu dung dịch chất tan KCl giống với mô tả ở câu 1 bây giờ được phân chia bởi một cái máng rất thấm ion Cl- nhưng không thấm với ion K+, cường độ và hướng của sự chênh lệch điện thế được hình thành xuyên qua màng là gì? 
Tất cả thông số giống câu hỏi 1, ngoại trừ màng thấm với Cl- và không thấm K+. Một lần nữa, cả K+ và Cl- có nồng sự chênh lệch nồng độ lớn qua màng, và cả hai ion thích khuếch tán theo chiều chênh lệch nồng độ. Tuy nhiên, bây giờ chỉ có Cl- có thể khuếch tán. Cl- khuếch tán từ dung dịch có nồng độ cao hơn sang dung dịch có nồng độ thấp hơn, mang điện tích âm qua màng và hình thành điện thế khuếch tán Cl- (Cl- diffusion potential). Mạng lưới điện tích âm được hình thành tại màng, nó ngăn chặn sự khuếch tán sâu hơn Cl- (điện tích âm đẩy lùi điện tích âm).
Tại điểm cân bằng điện hóa, xu hướng cho Cl- khuếch tán theo chiều chênh lệch nồng độ chính xác cân bằng bởi sự chênh lệch điện thế được hình thành. Nói một cách khác, lực hóa học và điện thế cho Cl- cân bằng. Một lần nữa, rất ít ion Cl- cần để khuếch tán để tạo ra sự chênh lệch điện thế, do đó, quá trình không làm thay đổi nồng độ Cl- trong lượng lớn dung dịch.
Sử dụng Nernst equation để tính điện thế cân bằng Cl-. Giá trị tuyệt đối của điện thế cân bằng được tính bởi việc đặt nồng độ Cl- cao hơn là số trừ, nồng độ Cl- thấp hơn là số bị trừ và bỏ qua tất cả các dấu.
Dấu của sự chênh lệch điện thế được xác định bằng trực giác qua hình 1-5. Cl- khuếch tán từ nơi có nồng độ cao về nơi có nồng độ thấp. Điện tích âm tích lũy gần màng của dung dịch 2 và điện tích dương giữ lại phía sau màng của dung dịch 1. Dung dịch 2 âm tương ứng với dung dịch 1.
3, Một dung dịch chất tan CaCl2 5 mmol/L được phân chia từ một dung dịch chất tan của 1micromol/L CaCl2 bởi một cái màng thấm chọn lọc với ion Ca2+ nhưng không thấm với Cl-. Cường độ và hướng của sự chênh lệch điện thế được hình thành qua màng là?
Đây là một biến thể cho vấn đề đã được giải quyết ở câu hỏi 1 và câu hỏi 2. Nó là sự chênh lệch nồng độ cho CaCl2 qua màng thấm chọn lọc với ion Ca2+. Bạn được hỏi để tính toán điện thế cân bằng của Ca2+ cho trạng thái chênh lệch nồng độ (chênh lệch điện thế sẽ chính xác cân bằng với xu hướng khuếch tán theo chiều chênh lệch nồng độ của ion Ca2+). Ion Ca2+ khuếch tán từ nơi có nồng độ cao về nơi có nồng độ thấp, mỗi ion mang hai điện tích dương. Một lần nữa, giá trị tuyệt đối của điện thế cân bằng được tính bởi đặt nồng độ cao hơn Ca2+ là số trừ và nồng độ thấp hơn Ca2+ là số bị trừ và bỏ qua tất cả các dấu. Nhớ rằng, với ion Ca2+, z = +2.
Dấu của điện thế cân bằng được xác định qua hình 1-6. Ca2+ khuếch tán từ dung dịch 1 sang dung dịch 2, mang điện tích dương qua màng và bỏ lại điện tích âm phía sau => dung dịch 1 âm hơn dung dịch 2 tương ứng.
4, Một sợi thần kinh được đặt chìm vào trong dung dịch chất tan – có thành phần tương tự dịch ngoại bào. Sau khi chuẩn bị cân bằng tại 37oC, một vi điện cực được chèn vào bên trong sợi thần kinh ghi lại sự chênh lệch điện thế qua màng thần kinh là 70 mV, bên trong tế bào âm so với phần chìm trong dung dịch chất tan tương ứng. Thành phần của dịch nội bào và dịch ngoại bào (phần chìm trong dung dịch) được mô tả trong bảng 1-4. Nhận định rằng 2.3RT/F = 60 mV tại 37oC, ion nào gần nhất với cân bằng điện hóa? Kết luận có thể về mối liên hệ giữa độ dẫn của màng thần kinh với ion Na+, K+ và Cl- dưới tình trạng trên?
Vấn đề cho nồng độ Na+, K+, Cl- nội bào và ngoại bào, và do điện thế màng của sợi thần kinh.Câu hỏi đặt ra ion nào gần nhất với điện thế cân bằng? Gián tiếp bạn được hỏi ion nào có tính thấm cao nhất hoặc sự dẫn cao nhất qua màng? Hướng tiếp cận là đầu tiên tính điện thế cân bằng cho mỗi ion. Sau đó so sánh điện thế cân bằng được tính với điện thế màng được đo thật sự. Nếu điện thế cân bằng được tính của một ion gần bằng hoặc bằng với giá trị điện thế màng đo được,ion đó gần với giá trị cân bằng điện hóa, ion phải có tính thấm hoặc độ dẫn cao nhất. Nếu điện thế cân bằng cho một ion xa từ điện thế màng đo được, ion xa cân bằng điện hóa và phải có tính thấm thấp và độ dẫn thấp.
Hình 1-7 cho thấy sợi thần kinh và nồng độ của ba ion trong dịch nội bào và dịch ngoại bào. Nó thì quan trọng để biết rằng điện thế màng và điện thế cân bằng luôn luôn được mô tả như điện thế nội bào tương ứng với điện thế ngoại bào. Ví dụ, trong câu hỏi này, điện thế màng là 70mV, trong tế bào âm hơn, để tiện hơn nó được ghi là -70mV.
Điện thế màng thật sự là -70 mV. Na+ có tính thấm/độ dẫn thấp nhất do có điện thế cân bằng là +40 mV, xa giá trị điện thế màng nhất. Ion gần nhất với cân bằng điện hóa là Cl- (-78 mV) => Màng tế bào thần kinh thấm Cl- cao nhất, dẫn K+ gần cao nhất và dẫn Na+ thấp nhất.
Case được dịch từ sách: Physiology cases and problems
Dựa trên bản dịch của: NGUYỄN THỊ HUỲNH NHƯ – Khoa Y ĐHQG TP.HCM
