Хиперполяризиране

Най- Хиперполяризиране е биологичен процес, при който напрежението на мембраната се увеличава и надвишава стойността на покой. Този механизъм е важен за функцията на мускулните, нервните и сензорните клетки в човешкото тяло. Тя дава възможност действия като мускулни движения или зрение да бъдат активирани и контролирани от тялото.

Какво представлява хиперполяризацията?

Клетките в човешкото тяло са затворени от мембрана. Известен е още като плазмена мембрана и се състои от липиден двуслоен. Той отделя междуклетъчната зона, цитоплазмата, от заобикалящата я област.

Мембранното напрежение на клетките в човешкото тяло като мускулни, нервни или сензорни клетки в очите имат потенциал за почивка, когато сте в покой. Това мембранно напрежение възниква от факта, че има отрицателен заряд вътре в клетката и в извънклетъчната област, т.е. извън клетките има положителен заряд.

Стойността за потенциала на покой се различава в зависимост от типа на клетката. Ако този потенциал за почивка на мембранното напрежение е надвишен, възниква хиперполяризация на мембраната. Това прави напрежението на мембраната по-отрицателно, отколкото по време на почивка потенциал, т.е. зарядът вътре в клетката става още по-отрицателен.

Това обикновено става след отваряне или също затваряне на йонни канали в мембраната. Тези йонни канали са калиеви, калциеви, хлоридни и натриеви канали, които функционират по начин, зависим от напрежението.

Хиперполяризацията се появява поради зависими от напрежението калиеви канали, които се нуждаят от определено време, за да се затворят след превишаване на потенциала за почивка. Те транспортират положително заредените калиеви йони в извънклетъчната зона. Това за кратко води до по-отрицателен заряд вътре в клетката, хиперполяризация.

Функция и задача

Хиперполяризацията на клетъчната мембрана е част от така наречения екшън потенциал. Това се състои от различни етапи. Първият етап е превишаването на праговия потенциал на клетъчната мембрана, последвано от деполяризация, има по-положителен заряд вътре в клетката. Това след това води до реполяризация, което означава, че потенциалът за почивка се достига отново. Тогава хиперполяризацията се извършва преди клетката отново да достигне потенциала за почивка.

Този процес се използва за релейни сигнали. Нервните клетки образуват потенциални действия в областта на могилата на аксона, след като са получили сигнал. След това това се предава под формата на потенциални действия по аксона.

Синапсите на нервните клетки след това предават сигнала на следващата нервна клетка под формата на невротрансмитери. Те могат да имат активиращ ефект или също да имат инхибиращ ефект. Процесът е от съществено значение при предаването на сигнали, например в мозъка.

Виждането става по подобен начин. Клетките в окото, така наречените пръчки и шишарки, получават сигнала от външния светлинен стимул. Това води до формиране на потенциала за действие и стимулът се предава на мозъка. Интересното е, че развитието на стимула не се извършва тук, както при другите нервни клетки чрез деполяризация.

В своето състояние на покой нервните клетки имат мембранен потенциал от -65mV, докато зрителните клетки имат мембранен потенциал от -40mV при покой. Това означава, че те вече имат по-положителен потенциал на мембраната от нервните клетки, когато са в покой. При визуалните клетки стимулът се развива чрез хиперполяризация. В резултат на това зрителните клетки освобождават по-малко невротрансмитери, а нервните клетки надолу по веригата могат да определят интензитета на светлинния сигнал въз основа на намаляването на невротрансмитерите. След това този сигнал се обработва и оценява в мозъка.

Хиперполяризацията задейства инхибиторен постсинаптичен потенциал (IPSP) в случай на зрение или в определени неврони. За разлика от това, невроните често активират постсинаптичните потенциали (АПСП).

Друга важна функция на хиперполяризацията е, че тя не позволява на клетката да задейства твърде бързо потенциал за действие въз основа на други сигнали. Така временно инхибира генерирането на стимули в нервната клетка.

Болести и неразположения

Клетките на сърцето и мускулите имат HCN канали. HCN означава циклични нуклеотидни затворени катионни канали, активирани от хиперполяризация. Това са катионни канали, които се регулират от хиперполяризацията на клетката. 4 форми на тези HCN канали са известни при хората. Те се означават като HCN-1 чрез HCN-4. Те участват в регулирането на сърдечния ритъм и в активността на спонтанно активиращите се нервни клетки. В невроните те противодействат на хиперполяризацията, така че клетката да достигне по-бързо потенциала за почивка. Така те съкращават така наречения огнеупорен период, който описва фазата след деполяризация. В сърдечните клетки обаче те регулират диастолната деполяризация, която се генерира в синусовия възел на сърцето.

В проучвания с мишки е показано, че загубата на HCN-1 създава дефект на двигателно движение. Липсата на HCN-2 води до увреждане на невроните и сърцето, а загубата на HCN-4 води до смъртта на животните. Спекулира се, че тези канали могат да бъдат свързани с епилепсия при хората.

Освен това са известни мутации във формата на HCN-4, които водят до сърдечна аритмия при хората. Това означава, че определени мутации на HCN-4 канала могат да доведат до нарушаване на сърдечния ритъм.Следователно HCN каналите също са цел на медицински терапии за сърдечни аритмии, но също така и за неврологични дефекти, при които хиперполяризацията на невроните продължава твърде дълго.

Пациентите със сърдечна аритмия, които могат да бъдат проследени до неизправност на HCN-4 канала, се лекуват със специфични инхибитори. Трябва обаче да се отбележи, че повечето терапии, свързани с HCN каналите, все още са в експериментален стадий и следователно все още не са достъпни за хората.