Αποπόλωση

ο Αποπόλωση είναι η ακύρωση των διαφορών φορτίου στις δύο πλευρές της μεμβράνης ενός νευρικού ή μυϊκού κυττάρου. Το δυναμικό της μεμβράνης αλλάζει σε λιγότερο αρνητικό. Σε ασθένειες όπως η επιληψία, η συμπεριφορά αποπόλωσης των νευρικών κυττάρων αλλάζει.

Τι είναι η αποπόλωση;

Στην κατάσταση ηρεμίας, υπάρχει πόλωση μεταξύ των δύο πλευρών μιας ανέπαφης νευρικής κυτταρικής μεμβράνης, η οποία είναι επίσης γνωστή ως το δυναμικό της μεμβράνης. Ο διαχωρισμός των φορτίων δημιουργεί ηλεκτρικούς πόλους στην κυτταρική μεμβράνη. Η αποπόλωση είναι η απώλεια αυτών των ιδιοτήτων καθώς συμβαίνει στην αρχή μιας διέγερσης. Κατά την αποπόλωση, η διαφορά φορτίου μεταξύ των δύο πλευρών μιας βιολογικής μεμβράνης ακυρώνεται για μικρό χρονικό διάστημα.

Στη νευρολογία, η αποπόλωση θεωρείται ότι μεταβάλλει το δυναμικό της μεμβράνης σε θετικές ή λιγότερο αρνητικές τιμές, όπως συμβαίνει όταν διέρχεται ένα δυναμικό δράσης. Η ανακατασκευή της αρχικής πόλωσης λαμβάνει χώρα προς το τέλος αυτής της διαδικασίας και είναι επίσης γνωστή ως επαναπόλωση.

Το αντίθετο της αποπόλωσης είναι αυτό που είναι γνωστό ως υπερπόλωση, στην οποία η ένταση μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού μιας βιολογικής μεμβράνης γίνεται ακόμη ισχυρότερη και έτσι αυξάνεται πάνω από την ένταση του δυναμικού ηρεμίας.

Λειτουργία & εργασία

Οι μεμβράνες υγιών κυττάρων είναι πάντοτε πολωμένες και επομένως έχουν δυναμικό μεμβράνης. Αυτό το δυναμικό μεμβράνης προκύπτει από τη διαφορετική συγκέντρωση ιόντων στις δύο πλευρές της μεμβράνης. Για παράδειγμα, οι αντλίες ιόντων βρίσκονται στην κυτταρική μεμβράνη των νευρώνων. Αυτές οι αντλίες δημιουργούν μόνιμα μια άνιση κατανομή στην επιφάνεια της μεμβράνης, η οποία διαφέρει από το φορτίο στο εσωτερικό της μεμβράνης. Ενδοκυτταρικό υπάρχει μια περίσσεια αρνητικών ιόντων και η κυτταρική μεμβράνη φορτίζεται πιο θετικά στο εξωτερικό παρά στο εσωτερικό. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια αρνητική διαφορά δυναμικού.

Η κυτταρική μεμβράνη των νευρώνων έχει επιλεκτική διαπερατότητα και συνεπώς είναι διαφορετική διαπερατή από διαφορετικά φορτία. Λόγω αυτών των ιδιοτήτων, ένας νευρώνας έχει ηλεκτρικό δυναμικό μεμβράνης. Στην κατάσταση ηρεμίας, το δυναμικό μεμβράνης ονομάζεται δυναμικό ηρεμίας και είναι περίπου −70 mV.

Τα ηλεκτρικά αγώγιμα κύτταρα αποπολώνονται μόλις φτάσουν σε δυναμικό δράσης. Το φορτίο μεμβράνης εξασθενεί κατά τη διάρκεια της αποπόλωσης, καθώς ανοίγουν τα κανάλια ιόντων. Τα ιόντα ρέουν στη μεμβράνη μέσω των ανοιγμένων καναλιών μέσω διάχυσης και έτσι μειώνουν το υπάρχον δυναμικό. Για παράδειγμα, ιόντα νατρίου ρέουν στο νευρικό κύτταρο.

Αυτή η μετατόπιση του φορτίου εξισορροπεί το δυναμικό της μεμβράνης και αντιστρέφει έτσι το φορτίο. Με την ευρύτερη έννοια, η μεμβράνη εξακολουθεί να είναι πολωμένη κατά τη διάρκεια ενός δυναμικού δράσης, αλλά προς την αντίθετη κατεύθυνση.

Στα νευρικά κύτταρα, η αποπόλωση είναι είτε υποσυνείδητη είτε υπερ-κατώφλι. Το κατώφλι αντιστοιχεί στο δυναμικό κατωφλίου για το άνοιγμα των καναλιών ιόντων. Συνήθως το δυναμικό κατωφλίου είναι περίπου −50 mV. Μεγαλύτερες τιμές μετακινούν τα κανάλια ιόντων στο άνοιγμα και ενεργοποιούν ένα δυναμικό δράσης. Η υποαυλική αποπόλωση προκαλεί το μεμβρανικό δυναμικό να επιστρέψει στο ηρεμιστικό μεμβρανικό δυναμικό και δεν προκαλεί κανένα δυναμικό δράσης.

Εκτός από τα νευρικά κύτταρα, τα μυϊκά κύτταρα μπορούν επίσης να αποπολωθούν όταν φτάσουν σε ένα δυναμικό δράσης. Η διέγερση μεταδίδεται από ίνες κεντρικού νεύρου σε μυϊκές ίνες μέσω του κινητικού άκρου. Η τελική πλάκα διαθέτει κατιόντα κανάλια που μπορούν να διοχετεύσουν ιόντα νατρίου, καλίου και ασβεστίου. Πάνω απ 'όλα, τα ρεύματα ιόντων νατρίου και ασβεστίου ρέουν μέσω των καναλιών λόγω των ειδικών κινητήριων δυνάμεών τους και έτσι αποπολώνουν το μυϊκό κύτταρο.

Στο μυϊκό κύτταρο, το δυναμικό τελικής πλάκας αυξάνεται από το δυναμικό μεμβράνης ηρεμίας στο λεγόμενο δυναμικό γεννήτριας. Αυτό είναι ένα ηλεκτροτονικό δυναμικό που, σε αντίθεση με το δυναμικό δράσης, απλώνεται παθητικά σε όλη τη μεμβράνη των μυϊκών ινών. Εάν το δυναμικό της γεννήτριας είναι πάνω από το όριο, δημιουργείται ένα δυναμικό δράσης μέσω του ανοίγματος των καναλιών νατρίου και εισέρχονται τα ιόντα ασβεστίου. Έτσι συμβαίνει η συστολή των μυών.

Ασθένειες και παθήσεις

Σε ασθένειες του νευρικού συστήματος όπως η επιληψία, η φυσική συμπεριφορά αποπόλωσης των νευρικών κυττάρων αλλάζει. Το υπερ-ενθουσιασμό είναι το αποτέλεσμα. Οι επιληπτικές κρίσεις χαρακτηρίζονται από μια μη φυσιολογική απόρριψη νευρικών συσχετίσεων που διαταράσσουν τη φυσιολογική δραστηριότητα των περιοχών του εγκεφάλου. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα ασυνήθιστες αντιλήψεις και διαταραχές των κινητικών δεξιοτήτων, της σκέψης και της συνείδησης.

Η εστιακή επιληψία επηρεάζει το λεμφατικό σύστημα ή τον νεοφλοιό. Μια γλουταμινεργική μετάδοση ενεργοποιεί ένα διεγερτικό μετασυναπτικό δυναμικό με μεγάλο εύρος σε αυτές τις περιοχές. Με αυτόν τον τρόπο, οι δίαυλοι ασβεστίου της μεμβράνης ενεργοποιούνται και υφίστανται μια ιδιαίτερα μακροχρόνια αποπόλωση. Με αυτόν τον τρόπο, ενεργοποιούνται ριπές δυναμικού υψηλής συχνότητας, καθώς είναι χαρακτηριστικά της επιληψίας.

Η ανώμαλη δραστηριότητα εξαπλώνεται σε ένα σύνολο αρκετών χιλιάδων νευρικών κυττάρων. Η αυξημένη συναπτική συνδεσιμότητα των νευρώνων συμβάλλει επίσης στη δημιουργία επιληπτικών κρίσεων. Το ίδιο ισχύει για τις ανώμαλες ενδογενείς ιδιότητες της μεμβράνης, οι οποίες επηρεάζουν κυρίως τα κανάλια ιόντων. Οι συναπτικοί μηχανισμοί μετάδοσης επίσης συχνά αλλάζουν από την άποψη των τροποποιήσεων των υποδοχέων. Οι επίμονες επιληπτικές κρίσεις είναι πιθανώς το αποτέλεσμα συστημάτων συναπτικού βρόχου που μπορούν να καλύπτουν μεγαλύτερες περιοχές του εγκεφάλου.

Οι ιδιότητες αποπόλωσης των νευρικών κυττάρων αλλάζουν όχι μόνο στην επιληψία. Πολλά φάρμακα έχουν επίσης επιπτώσεις στην αποπόλωση και εκφράζονται είτε σε υπερβολική είτε σε χαμηλή διέγερση. Αυτά τα φάρμακα περιλαμβάνουν, για παράδειγμα, μυοχαλαρωτικά που χαλαρώνουν πλήρως τους σκελετικούς μύες παρεμβαίνοντας στο κεντρικό νευρικό σύστημα.

Η χορήγηση είναι συχνή για σπαστικότητα της σπονδυλικής στήλης, για παράδειγμα. Ειδικά τα αποχρωματικά χαλαρωτικά των μυών έχουν διεγερτική επίδραση στον μυϊκό υποδοχέα και έτσι ξεκινούν μια μακρόχρονη αποπόλωση. Στην αρχή, οι μύες συστέλλονται μετά τη φαρμακευτική αγωγή και προκαλούν μη συντονισμένο μυϊκό τρόμο, αλλά λίγο αργότερα προκαλούν παγωμένη παράλυση των αντίστοιχων μυών. Δεδομένου ότι η αποπόλωση των μυών επιμένει, ο μυς είναι στιγμιαία αναπόφευκτος.