Hyperpolarisering er en biologisk prosess der membranspenningen øker og overstiger hvileverdien. Denne mekanismen er viktig for funksjonen til muskel, nerve så vel som sensoriske celler i menneskekroppen. Gjennom det kan handlinger som muskelbevegelse eller syn aktiveres og kontrolleres av kroppen.
Hva er hyperpolarisering?
Hyperpolarisering er en biologisk prosess der membranspenningen øker og overstiger hvileverdien. Denne mekanismen er viktig for funksjonen til muskel, nerve så vel som sensoriske celler i menneskekroppen. Celler i menneskekroppen er lukket av en membran. Det kalles også plasmamembran og består av et lipid dobbeltlag. Det skiller det intracellulære området, cytoplasmaet, fra det omkringliggende området. Membranspenningen til celler i menneskekroppen, slik som muskelceller, nerveceller eller sensoriske celler i øyet, har et hvilepotensial i hviletilstanden. Denne membranspenningen er forårsaket av det faktum at det er en negativ ladning inne i cellen og en positiv ladning i det ekstracellulære området, dvs. utenfor cellene. Verdien for hvilepotensialet varierer avhengig av celletype. Hvis dette hvilepotensialet til membranspenning overskrides, oppstår membranhyperpolarisering. Som et resultat blir membranspenningen mer negativ enn under hvilepotensialet, dvs. ladningen inne i cellen blir enda mer negativ. Dette skjer vanligvis etter åpning eller til og med lukking av ionekanaler i membranen. Disse ionekanalene er kalium, kalsium, klorid og natrium kanaler, som fungerer på en spenningsavhengig måte. Hyperpolarisering oppstår på grunn av spenningsavhengig kalium kanaler som tar tid å lukke etter at hvilepotensialet er overskredet. De transporterer de positivt ladede kalium ioner i det ekstracellulære området. Dette resulterer kort i en mer negativ ladning inne i cellen, hyperpolarisering.
Funksjon og oppgave
Hyperpolarisering av cellemembran er en del av det såkalte handlingspotensial. Dette består av flere trinn. Den første fasen er kryssing av terskelpotensialet til cellemembran, etterfulgt av depolarisering, er det en mer positiv ladning inne i cellen. Dette etterfølges av repolarisering, noe som betyr at hvilepotensialet nås igjen. Dette etterfølges av hyperpolarisering før cellen når hvilepotensialet igjen. Denne prosessen tjener til å overføre signaler. Nerveceller danner handlingspotensialer i axon bakkeregion etter å ha mottatt et signal. Dette overføres deretter langs axon i form av handlingspotensialene. De synapser av nervecellene overfører deretter signalet til det neste nervecelle i form av nevrotransmittere. Disse kan ha en aktiverende effekt eller en hemmende effekt. Prosessen er viktig i overføring av signaler i hjerne, for eksempel. Visjon forekommer også på en lignende måte. Celler i øyet, de såkalte stenger og kjegler, mottar signalet fra den eksterne lysstimulansen. Dette resulterer i dannelsen av handlingspotensial og stimulansen overføres deretter til hjerne. Interessant, her forekommer ikke stimulusutviklingen ved depolarisering som i andre nerveceller. Nerveceller har et membranpotensial på -65mV i hvilestilling, mens fotoreseptorer har et membranpotensial på -40mV ved et hvilepotensial. Dermed har de allerede et mer positivt membranpotensial enn nerveceller i hviletilstand. I fotoreseptorceller skjer utviklingen av stimulansen gjennom hyperpolarisering. Som et resultat frigjør fotoreseptorene mindre nevrotransmitter og nedstrøms nevroner kan bestemme intensiteten til lyssignalet basert på reduksjonen i nevrotransmitteren. Dette signalet blir deretter behandlet og evaluert i hjerne. Hyperpolarisering utløser et hemmende postsynaptisk potensial (IPSP) i tilfelle syn eller visse nevroner. Når det gjelder nevroner, derimot, aktiverer det ofte postsynaptiske potensialer
(APSP). En annen viktig funksjon ved hyperpolarisering er at den hindrer cellen i å utløse en handlingspotensial for raskt på grunn av andre signaler. Dermed hemmer det midlertidig stimuleringsdannelse i nervecelle.
Sykdommer og lidelser
Hjerte og muskelceller har HCN-kanaler. HCN står her for hyperpolariseringsaktiverte sykliske nukleotid-gated kationkanaler. De er kationkanaler regulert av hyperpolarisering av cellen. Hos mennesker er fire former for disse HCN-kanalene kjent. De blir referert til som HCN-4 til HCN-1. De er involvert i regulering av hjerterytme så vel som i aktiviteten til spontant aktiverende nevroner. I nevroner motvirker de hyperpolarisering slik at cellen raskere når hvilepontensen. De forkorter dermed den såkalte ildfaste perioden, som beskriver fasen etter depolarisering. I hjerte celler, derimot, regulerer de diastolisk depolarisering, som genereres ved bihuleknute av hjertet. I studier med mus har tap av HCN-1 vist seg å gi en defekt i motorbevegelser. Fraværet av HCN-2 fører til nerveskader og hjerteskader, og tapet av HCN-4 forårsaker død hos dyrene. Det spekuleres i at disse kanalene kan være assosiert med epilepsi hos mennesker. I tillegg er det kjent at mutasjoner i HCN-4-formen forårsaker hjertearytmi hos mennesker. Dette betyr at visse mutasjoner av HCN-4-kanalen kan føre til hjertearytmi. Derfor er HCN-kanaler også målet for medisinsk behandling for hjertearytmier, men også for nevrologiske defekter der hyperpolarisering av nevroner varer for lenge. Pasienter med hjertearytmier på grunn av HCN-4-kanals dysfunksjon behandles med spesifikke hemmere. Imidlertid må det nevnes at de fleste behandlinger angående HCN-kanaler fremdeles er i eksperimentfasen og derfor ennå ikke tilgjengelige for mennesker.
