Hiperpoliarizacija

Hiperpoliarizacija yra biologinis procesas, kurio metu membranos įtempis padidėja ir viršija ramybės vertę. Šis mechanizmas yra svarbus žmogaus kūno raumenų, nervų ir jutimo ląstelių funkcijai. Tai leidžia organizmui įjungti ir valdyti tokius veiksmus kaip raumenų judesiai ar regėjimas.

Kas yra hiperpolarizacija?

Žmogaus kūno ląstelės yra uždengtos membrana. Jis taip pat žinomas kaip plazmos membrana ir susideda iš lipidų dvisluoksnio. Jis atskiria tarpląstelinę sritį, citoplazmą, nuo aplinkinės.

Žmogaus kūno ląstelių, tokių kaip akies raumenys, nervai ar jutimo ląstelės, membranos įtempimas gali būti ramybės būsenoje. Ši membranos įtampa atsiranda dėl to, kad ląstelės viduje ir tarpląstelinėje srityje yra neigiamas krūvis, t. už ląstelių ribų yra teigiamas krūvis.

Poilsio potencialo vertė skiriasi priklausomai nuo ląstelės tipo. Jei šis membranos įtampos ramybės potencialas viršijamas, įvyksta membranos hiperpolarizacija. Dėl to membranos įtampa yra neigiama, nei esant potencialui ramybėje, t. krūvis ląstelės viduje tampa dar neigiamas.

Paprastai tai įvyksta atidarius arba uždarius jonų kanalus membranoje. Šie jonų kanalai yra kalio, kalcio, chlorido ir natrio kanalai, kurie veikia priklausomai nuo įtampos.

Hiperpolarizacija atsiranda dėl nuo įtampos priklausomų kalio kanalų, kuriems reikia tam tikro laiko užsidaryti viršijus ramybės potencialą. Jie perneša teigiamai įkrautus kalio jonus į tarpląstelinę sritį. Tai trumpai lemia neigiamą krūvį ląstelės viduje, hiperpolarizaciją.

Funkcija ir užduotis

Hiperpolarizacija ląstelės membranoje yra vadinamojo veikimo potencialo dalis. Tai susideda iš skirtingų etapų. Pirmasis etapas yra ląstelės membranos slenkstinio potencialo viršijimas, po kurio vyksta depoliarizacija, ląstelės viduje yra daugiau teigiamo krūvio. Tada tai lemia repolarizaciją, o tai reiškia, kad poilsio potencialas vėl pasiekiamas. Tada, prieš ląstelę vėl pasiekiant ramybės potencialą, įvyksta hiperpolarizacija.

Šis procesas naudojamas signalams perduoti. Nervų ląstelės, gavusios signalą, formuoja veikimo potencialus aksonų piliakalnio srityje. Tada tai perduodama palei aksoną veikimo potencialų pavidalu.

Tada nervų ląstelių sinapsės perduoda signalą į kitą nervų ląstelę neurotransmiterių pavidalu. Jie gali turėti aktyvinantį arba slopinantį poveikį. Šis procesas yra būtinas perduodant signalus, pavyzdžiui, smegenyse.

Matymas atliekamas panašiu būdu. Akies ląstelės, vadinamosios strypai ir kūgiai, gauna signalą iš išorinio šviesos stimulo. Tai lemia veiksmo potencialo formavimąsi ir dirgiklis perduodamas smegenims. Įdomu tai, kad stimulo vystymasis nevyksta dėl depoliarizacijos, kaip tai daroma su kitomis nervų ląstelėmis.

Ramioje vietoje nervų ląstelių membraninis potencialas yra –65mV, tuo tarpu regos ląstelių membraninis potencialas yra –40mV esant ramybės potencialui. Net ir ramybės būsenoje jie turi daugiau teigiamų membranų nei nervų ląstelės. Vaizdinėse ląstelėse dirgiklis vystomas per hiperpolarizaciją. Dėl to regos ląstelės išskiria mažiau neurotransmiterių, o pasroviui esančios nervinės ląstelės gali nustatyti šviesos signalo intensyvumą, remiantis neurotransmiterių sumažėjimu. Tada šis signalas apdorojamas ir įvertinamas smegenyse.

Hiperpolarizacija sukelia slopinamąjį postsinapsinį potencialą (IPSP) regėjimo ar tam tikrų neuronų atveju. Priešingai, neuronai dažnai suaktyvina postsinapsinį potencialą (APSP).

Kita svarbi hiperpolarizacijos funkcija yra ta, kad ji neleidžia ląstelei per greitai suaktyvinti veikimo potencialo, remiantis kitais signalais. Taigi jis laikinai slopina dirgiklių susidarymą nervinėje ląstelėje.

Ligos ir negalavimai

Širdies ir raumenų ląstelės turi HCN kanalus. HCN reiškia hiperpoliarizacijos suaktyvintus ciklinius nukleotidų katijonų kanalus. Tai katijonų kanalai, kuriuos reguliuoja ląstelės hiperpolarizacija. Žmonėms žinomos 4 šių HCN kanalų formos. Jie yra vadinami HCN-1 per HCN-4. Jie dalyvauja širdies ritmo reguliavime ir spontaniškai aktyvinančių nervų ląsteles veikloje. Neuronuose jie neutralizuoja hiperpolarizaciją, kad ląstelė galėtų greičiau pasiekti poilsio potencialą. Jie sutrumpina vadinamąjį ugniai atsparų periodą, kuris apibūdina fazę po depoliarizacijos. Kita vertus, širdies ląstelėse jie reguliuoja diastolinę depoliarizaciją, kuri susidaro širdies sinusiniame mazge.

Tyrimais su pelėmis nustatyta, kad HCN-1 praradimas sukelia motorinio judesio defektą. Jei nėra HCN-2, jie pažeidžia neuronus ir širdį, o praradę HCN-4 gyvūnai žūsta. Buvo spėliojama, kad šie kanalai gali būti siejami su epilepsija žmonėms.

Be to, yra žinomos HCN-4 formos mutacijos, sukeliančios širdies aritmiją žmonėms. Tai reiškia, kad tam tikros HCN-4 kanalo mutacijos gali sutrikdyti širdies ritmą.Todėl HCN kanalai taip pat yra ne tik širdies aritmijų, bet ir neurologinių defektų, kurių metu neuronų hiperpolarizacija per ilgai trunka, terapijos tikslas.

Pacientai, kuriems yra širdies aritmija, kurią galima atsekti dėl HCN-4 kanalo veiklos sutrikimo, gydomi specialiais inhibitoriais. Vis dėlto reikia paminėti, kad dauguma terapijų, susijusių su HCN kanalais, vis dar yra eksperimentinės stadijos, todėl žmonėms jos dar nėra prieinamos.