Det hyperpolarisering er en biologisk proces, hvor membranspændingen øges og overstiger hvileværdien. Denne mekanisme er vigtig for funktionen af muskel-, nerve- og sanseceller i den menneskelige krop. Det muliggør, at handlinger som muskelbevægelser eller syn kan aktiveres og kontrolleres af kroppen.
Hvad er hyperpolarisationen?
Celler i det menneskelige legeme er lukket af en membran. Det er også kendt som plasmamembranen og består af et dobbeltlag med lipider. Det adskiller det intracellulære område, cytoplasmaet, fra det omgivende område.
Membranspændingen i celler i den menneskelige krop, såsom muskel-, nerve- eller sanseceller i øjet, har et hvilepotentiale, når det er i ro. Denne membranspænding opstår fra det faktum, at der er en negativ ladning inde i cellen og i det ekstracellulære område, dvs. uden for cellerne er der en positiv ladning.
Værdien for hvilepotentialet varierer afhængigt af celletypen. Hvis dette hvilepotentiale i membranspændingen overskrides, forekommer hyperpolarisering af membranen. Dette gør membranspændingen mere negativ end under hvilepotentialet, dvs. ladningen inde i cellen bliver endnu mere negativ.
Dette finder normalt sted efter åbning eller lukning af ionkanaler i membranen. Disse ionkanaler er kalium, calcium, chlorid og natrium kanaler, der fungerer på en spændingsafhængig måde.
Hyperpolarisationen finder sted på grund af spændingsafhængige kaliumkanaler, som har brug for et vist tidspunkt for at lukke, efter at hvilepotentialet er overskredet. De transporterer de positivt ladede kaliumioner ind i det ekstracellulære område. Dette fører kort til en mere negativ ladning inde i cellen, hyperpolarisationen.
Funktion & opgave
Hyperpolarisering af cellemembranen er en del af det såkaldte handlingspotentiale. Dette består af forskellige faser. Det første trin er overskridelsen af tærskelpotentialet i cellemembranen, efterfulgt af depolarisering, der er en mere positiv ladning inde i cellen. Dette fører derefter til repolarisering, hvilket betyder, at hvilepotentialet nås igen. Derefter finder hyperpolarisationen sted, før cellen når hvilepotentialet igen.
Denne proces bruges til at videresende signaler. Nerveceller danner handlingspotentialer i området med aksonhøjden, efter at de har modtaget et signal. Dette føres derefter langs aksonen i form af handlingspotentialer.
Synapserne af nervecellerne overfører derefter signalet til den næste nervecelle i form af neurotransmittere. Disse kan have en aktiverende virkning eller også have en inhiberende virkning. Processen er vigtig i transmission af signaler, for eksempel i hjernen.
At se foregår på en lignende måde. Celler i øjet, de såkaldte stænger og kegler, modtager signalet fra den eksterne lysstimulering. Dette fører til dannelse af handlingspotentialet, og stimulansen overføres til hjernen. Interessant nok finder stimulusudviklingen ikke sted gennem depolarisering, som det er tilfældet med andre nerveceller.
I deres hvileposition har nerveceller et membranpotentiale på -65 mV, mens visuelle celler har et membranpotentiale på -40 mV ved et hvilepotentiale. Dette betyder, at de allerede har et mere positivt membranpotentiale end nerveceller, når de er i ro. I tilfælde af visuelle celler udvikles stimulansen gennem hyperpolarisering. Som et resultat frigiver de visuelle celler færre neurotransmittere, og de nedstrøms nerveceller kan bestemme intensiteten af lyssignalet baseret på reduktionen i neurotransmittorer. Dette signal behandles og evalueres derefter i hjernen.
Hyperpolarisationen udløser et hæmmende postsynaptisk potentiale (IPSP) i tilfælde af syn eller i visse neuroner. I modsætning hertil aktiverer neuroner postsynaptiske potentialer (APSP).
En anden vigtig funktion ved hyperpolarisering er, at den forhindrer cellen i at udløse et handlingspotentiale for hurtigt baseret på andre signaler. Så det hæmmer midlertidigt dannelsen af stimuli i nervecellen.
Sygdomme og lidelser
Hjerte- og muskelceller har HCN-kanaler. HCN står for hyperpolarisationsaktiverede cykliske nukleotid-gatede kationkanaler. Dette er kationskanaler, der reguleres af hyperpolarisationen af cellen. 4 former for disse HCN-kanaler er kendt hos mennesker. De omtales som HCN-1 til HCN-4. De er involveret i reguleringen af hjerterytmen og i aktiviteten med spontan aktivering af nerveceller. I neuroner modvirker de hyperpolarisering, så cellen hurtigere kan nå hvilepotentialet. Så de forkorter den såkaldte ildfaste periode, der beskriver fasen efter depolarisering. I hjerteceller regulerer de imidlertid den diastoliske depolarisering, der genereres ved sinusknuden i hjertet.
I studier med mus er det vist, at tabet af HCN-1 skaber en motorisk bevægelsesdefekt. Fraværet af HCN-2 fører til neuronal og hjerteskade, og tabet af HCN-4 fører til dyrenes død. Det er blevet spekuleret i, at disse kanaler kan være knyttet til epilepsi hos mennesker.
Derudover er mutationer i HCN-4-formen kendt, der fører til hjertearytmi hos mennesker. Dette betyder, at visse mutationer af HCN-4-kanalen kan føre til en forstyrrelse af hjerterytmen.HCN-kanalerne er derfor også målet for medicinske behandlinger for hjertearytmier, men også for neurologiske defekter, hvor hyperpolarisationen af neuronerne varer for længe.
Patienter med hjertearytmier, der kan spores tilbage til en funktionsfejl i HCN-4-kanalen, behandles med specifikke hæmmere. Det skal dog nævnes, at de fleste terapier, der vedrører HCN-kanalerne, stadig er i eksperimentstadiet og derfor endnu ikke er tilgængelige for mennesker.
.jpg)
