iperpolarizzazione

Il iperpolarizzazione è un processo biologico in cui la tensione della membrana aumenta e supera il valore di riposo. Questo meccanismo è importante per la funzione dei muscoli, dei nervi e delle cellule sensoriali nel corpo umano. Consente al corpo di abilitare e controllare azioni come i movimenti muscolari o la vista.

Cos'è l'iperpolarizzazione?

Le cellule del corpo umano sono racchiuse da una membrana. È anche nota come membrana plasmatica e consiste in un doppio strato lipidico. Separa l'area intracellulare, il citoplasma, dall'area circostante.

La tensione di membrana delle cellule del corpo umano, come le cellule muscolari, nervose o sensoriali dell'occhio, ha un potenziale di riposo quando sono a riposo. Questa tensione di membrana deriva dal fatto che c'è una carica negativa all'interno della cellula e nell'area extracellulare, cioè fuori dalle cellule c'è una carica positiva.

Il valore del potenziale a riposo varia a seconda del tipo di cellula. Se questo potenziale di riposo della tensione di membrana viene superato, si verifica l'iperpolarizzazione della membrana. Ciò rende la tensione della membrana più negativa rispetto al potenziale di riposo, ad es. la carica all'interno della cella diventa ancora più negativa.

Questo di solito avviene dopo l'apertura o la chiusura dei canali ionici nella membrana. Questi canali ionici sono canali di potassio, calcio, cloruro e sodio che funzionano in modo dipendente dalla tensione.

L'iperpolarizzazione si verifica a causa dei canali del potassio dipendenti dalla tensione, che richiedono un certo tempo per chiudersi dopo che il potenziale di riposo è stato superato. Trasportano gli ioni di potassio caricati positivamente nell'area extracellulare. Questo brevemente porta ad una carica più negativa all'interno della cellula, l'iperpolarizzazione.

Funzione e compito

L'iperpolarizzazione della membrana cellulare fa parte del cosiddetto potenziale d'azione. Questo consiste in diverse fasi. Il primo stadio è il superamento del potenziale di soglia della membrana cellulare, seguito dalla depolarizzazione, c'è una carica più positiva all'interno della cellula. Questo porta quindi alla ripolarizzazione, il che significa che il potenziale di riposo viene nuovamente raggiunto. Quindi avviene l'iperpolarizzazione prima che la cellula raggiunga nuovamente il potenziale di riposo.

Questo processo viene utilizzato per trasmettere i segnali. Le cellule nervose formano potenziali d'azione nell'area del tumulo dell'assone dopo aver ricevuto un segnale. Questo viene quindi trasmesso lungo l'assone sotto forma di potenziali d'azione.

Le sinapsi delle cellule nervose trasmettono quindi il segnale alla successiva cellula nervosa sotto forma di neurotrasmettitori. Questi possono avere un effetto attivante o anche inibire. Il processo è essenziale nella trasmissione dei segnali, ad esempio nel cervello.

Vedere è fatto in modo simile. Le cellule dell'occhio, i cosiddetti coni e bastoncelli, ricevono il segnale dallo stimolo luminoso esterno. Questo porta alla formazione del potenziale d'azione e lo stimolo viene trasmesso al cervello. È interessante notare che lo sviluppo dello stimolo non avviene attraverso la depolarizzazione, come nel caso di altre cellule nervose.

Nella loro posizione di riposo, le cellule nervose hanno un potenziale di membrana di -65mV, mentre le cellule visive hanno un potenziale di membrana di -40mV a un potenziale di riposo. Hanno un potenziale di membrana più positivo rispetto alle cellule nervose anche quando sono a riposo. Nelle cellule visive, lo stimolo si sviluppa attraverso l'iperpolarizzazione. Di conseguenza, le cellule visive rilasciano meno neurotrasmettitori e le cellule nervose a valle possono determinare l'intensità del segnale luminoso in base alla riduzione dei neurotrasmettitori. Questo segnale viene quindi elaborato e valutato nel cervello.

L'iperpolarizzazione innesca un potenziale postsinaptico inibitorio (IPSP) nel caso della visione o in alcuni neuroni. Al contrario, i neuroni attivano spesso potenziali postsinaptici (APSP).

Un'altra importante funzione dell'iperpolarizzazione è che impedisce alla cellula di riattivare un potenziale d'azione troppo rapidamente sulla base di altri segnali. Quindi inibisce temporaneamente la generazione di stimoli nella cellula nervosa.

Malattie e disturbi

Le cellule cardiache e muscolari hanno canali HCN. HCN sta per canali cationici ciclici nucleotidici attivati ​​dall'iperpolarizzazione. Questi sono canali cationici regolati dall'iperpolarizzazione della cellula. Nell'uomo sono note 4 forme di questi canali HCN. Sono indicati come da HCN-1 a HCN-4. Sono coinvolti nella regolazione del ritmo cardiaco e nell'attività di attivazione spontanea delle cellule nervose. Nei neuroni, contrastano l'iperpolarizzazione in modo che la cellula possa raggiungere più rapidamente il potenziale di riposo. Quindi accorciano il cosiddetto periodo refrattario, che descrive la fase dopo la depolarizzazione. Nelle cellule cardiache, invece, regolano la depolarizzazione diastolica, che si genera a livello del nodo del seno del cuore.

Negli studi sui topi, è stato dimostrato che la perdita di HCN-1 crea un difetto del movimento motorio. L'assenza di HCN-2 porta a danni neuronali e cardiaci e la perdita di HCN-4 porta alla morte degli animali. È stato ipotizzato che questi canali possano essere collegati all'epilessia negli esseri umani.

Inoltre, sono note mutazioni nella forma HCN-4 che portano ad aritmia cardiaca nell'uomo. Ciò significa che alcune mutazioni del canale HCN-4 possono portare a disturbi del ritmo cardiaco.I canali HCN sono quindi anche bersaglio di terapie mediche per aritmie cardiache, ma anche per difetti neurologici in cui l'iperpolarizzazione dei neuroni dura troppo a lungo.

I pazienti con aritmie cardiache riconducibili a un malfunzionamento del canale HCN-4 vengono trattati con inibitori specifici. Tuttavia, va detto che la maggior parte delle terapie relative ai canali HCN sono ancora in fase sperimentale e quindi non sono ancora accessibili all'uomo.