hyperpolarization

hyperpolarization เป็นกระบวนการทางชีววิทยาที่ความตึงของเมมเบรนเพิ่มขึ้นและเกินค่าพัก กลไกนี้มีความสำคัญต่อการทำงานของกล้ามเนื้อเส้นประสาทและเซลล์ประสาทสัมผัสในร่างกายมนุษย์ ช่วยให้การเคลื่อนไหวของกล้ามเนื้อหรือการมองเห็นสามารถเปิดใช้งานและควบคุมได้โดยร่างกาย

Hyperpolarization คืออะไร?

เซลล์ในร่างกายมนุษย์ถูกปิดล้อมด้วยพังผืด เป็นที่รู้จักกันว่าพลาสมาเมมเบรนและประกอบด้วย lipid bilayer มันแยกพื้นที่ภายในเซลล์ไซโทพลาสซึมออกจากบริเวณโดยรอบ

ความตึงของเยื่อหุ้มเซลล์ในร่างกายมนุษย์เช่นกล้ามเนื้อเส้นประสาทหรือเซลล์ประสาทสัมผัสในดวงตามีศักยภาพในการพักผ่อนเมื่ออยู่นิ่ง ความตึงของเมมเบรนนี้เกิดจากการที่มีประจุลบอยู่ภายในเซลล์และในบริเวณนอกเซลล์นั่นคือ ภายนอกเซลล์มีประจุบวก

ค่าของศักยภาพในการพักจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับชนิดของเซลล์ ถ้าแรงดันไฟฟ้าของเมมเบรนในการพักเกินนี้จะมีการเกิด hyperpolarization ของเมมเบรน สิ่งนี้ทำให้แรงดันไฟฟ้าของเมมเบรนเป็นลบมากกว่าในช่วงที่เหลือนั่นคือ ประจุภายในเซลล์จะกลายเป็นลบมากขึ้น

ซึ่งมักเกิดขึ้นหลังจากการเปิดหรือปิดช่องไอออนในเมมเบรน ช่องไอออนเหล่านี้คือช่องโพแทสเซียมแคลเซียมคลอไรด์และโซเดียมที่ทำงานในลักษณะที่ขึ้นกับแรงดันไฟฟ้า

hyperpolarization เกิดขึ้นเนื่องจากช่องโพแทสเซียมที่ขึ้นกับแรงดันไฟฟ้าซึ่งต้องใช้เวลาในการปิดหลังจากเกินศักยภาพในการพักผ่อน พวกมันจะขนส่งไอออนโพแทสเซียมที่มีประจุบวกไปยังบริเวณนอกเซลล์ สั้น ๆ นี้นำไปสู่การมีประจุลบมากขึ้นภายในเซลล์ซึ่งก็คือการเกิดไฮโพลาไรเซชัน

ฟังก์ชันและงาน

hyperpolarization ของเยื่อหุ้มเซลล์เป็นส่วนหนึ่งของศักยภาพการกระทำที่เรียกว่า ซึ่งประกอบด้วยขั้นตอนต่างๆ ขั้นตอนแรกคือเกินขีด จำกัด ศักยภาพของเยื่อหุ้มเซลล์ตามด้วยการลดขั้วมีประจุบวกมากขึ้นภายในเซลล์ จากนั้นจะนำไปสู่การเปลี่ยนขั้วซึ่งหมายความว่าศักยภาพในการพักจะมาถึงอีกครั้ง จากนั้นไฮโพลาไรเซชันจะเกิดขึ้นก่อนที่เซลล์จะถึงจุดพักอีกครั้ง

กระบวนการนี้ใช้ในการถ่ายทอดสัญญาณ เซลล์ประสาทจะสร้างศักยภาพในการดำเนินการในพื้นที่ของเนินแอกซอนหลังจากได้รับสัญญาณ จากนั้นจะส่งต่อไปตามแอกซอนในรูปแบบของศักยภาพในการดำเนินการ

ไซแนปส์ของเซลล์ประสาทจะส่งสัญญาณไปยังเซลล์ประสาทถัดไปในรูปแบบของสารสื่อประสาท สิ่งเหล่านี้สามารถมีผลกระตุ้นการทำงานหรือมีผลยับยั้ง กระบวนการนี้มีความสำคัญในการส่งสัญญาณเช่นในสมอง

การเห็นจะทำในลักษณะเดียวกัน เซลล์ในดวงตาซึ่งเรียกว่าแท่งและกรวยรับสัญญาณจากสิ่งกระตุ้นด้วยแสงภายนอก สิ่งนี้นำไปสู่การก่อตัวของศักยภาพในการดำเนินการและสิ่งกระตุ้นจะถูกส่งต่อไปยังสมอง ที่น่าสนใจคือการพัฒนาสิ่งกระตุ้นไม่ได้เกิดขึ้นผ่านการลดขั้วเช่นเดียวกับเซลล์ประสาทอื่น ๆ

ในตำแหน่งพักของพวกเขาเซลล์ประสาทมีศักยภาพในการเป็นพังผืด -65mV ในขณะที่เซลล์ภาพมีศักยภาพของเยื่อหุ้ม -40mV ที่ศักยภาพในการพัก พวกมันมีศักยภาพในการสร้างพังผืดในเชิงบวกมากกว่าเซลล์ประสาทแม้ว่าจะอยู่ในช่วงพักก็ตาม ในเซลล์การมองเห็นสิ่งกระตุ้นจะถูกพัฒนาโดยการเกิด hyperpolarization เป็นผลให้เซลล์การมองเห็นปล่อยสารสื่อประสาทน้อยลงและเซลล์ประสาทส่วนปลายสามารถกำหนดความเข้มของสัญญาณแสงได้โดยอาศัยการลดลงของสารสื่อประสาท จากนั้นสัญญาณนี้จะถูกประมวลผลและประเมินในสมอง

hyperpolarization ก่อให้เกิดการยับยั้ง postynaptic potential (IPSP) ในกรณีของการมองเห็นหรือในเซลล์ประสาทบางชนิด ในทางตรงกันข้ามเซลล์ประสาทมักจะกระตุ้นศักยภาพโพสต์ซินแนปติก (APSP)

หน้าที่ที่สำคัญอีกประการหนึ่งของการเกิดไฮโพลาไรเซชันคือการป้องกันไม่ให้เซลล์กระตุ้นให้เกิดการกระทำอีกครั้งเร็วเกินไปตามสัญญาณอื่น ๆ ดังนั้นจึงยับยั้งการสร้างสิ่งเร้าในเซลล์ประสาทชั่วคราว

ความเจ็บป่วยและความเจ็บป่วย

เซลล์หัวใจและกล้ามเนื้อมีช่อง HCN HCN ย่อมาจาก hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated channels นี่คือช่องไอออนบวกที่ควบคุมโดยไฮโพลาไรเซชันของเซลล์ ช่อง HCN 4 รูปแบบเหล่านี้เป็นที่รู้จักในมนุษย์ พวกเขาเรียกว่า HCN-1 ถึง HCN-4 พวกเขามีส่วนร่วมในการควบคุมจังหวะการเต้นของหัวใจและในการกระตุ้นเซลล์ประสาทตามธรรมชาติ ในเซลล์ประสาทพวกมันต่อต้านการเกิด hyperpolarization เพื่อให้เซลล์สามารถเข้าถึงศักยภาพในการพักผ่อนได้เร็วขึ้น ดังนั้นพวกเขาจึงย่นระยะเวลาที่เรียกว่าวัสดุทนไฟซึ่งอธิบายถึงระยะหลังจากการลดขั้ว ในเซลล์หัวใจในทางกลับกันพวกมันควบคุมการลดขั้วของไดแอสโตลิกซึ่งสร้างขึ้นที่โหนดไซนัสของหัวใจ

ในการศึกษากับหนูพบว่าการสูญเสีย HCN-1 ทำให้เกิดข้อบกพร่องในการเคลื่อนไหวของมอเตอร์ การขาด HCN-2 นำไปสู่ความเสียหายของเซลล์ประสาทและหัวใจและการสูญเสีย HCN-4 ทำให้สัตว์ตาย มีการคาดเดาว่าช่องเหล่านี้อาจเชื่อมโยงกับโรคลมบ้าหมูในมนุษย์

นอกจากนี้การกลายพันธุ์ในรูปแบบ HCN-4 เป็นที่ทราบกันดีว่านำไปสู่ภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะในมนุษย์ ซึ่งหมายความว่าการกลายพันธุ์บางอย่างของช่อง HCN-4 อาจนำไปสู่การรบกวนจังหวะการเต้นของหัวใจดังนั้นช่อง HCN จึงเป็นเป้าหมายของการรักษาทางการแพทย์สำหรับภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะ แต่ยังรวมถึงข้อบกพร่องทางระบบประสาทซึ่งการเกิด hyperpolarization ของเซลล์ประสาทเป็นเวลานานเกินไป

ผู้ป่วยที่มีภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะที่สามารถตรวจสอบย้อนกลับไปถึงความผิดปกติของช่อง HCN-4 ได้รับการรักษาด้วยสารยับยั้งเฉพาะ อย่างไรก็ตามต้องกล่าวถึงการรักษาส่วนใหญ่ที่เกี่ยวข้องกับช่อง HCN ยังอยู่ในขั้นทดลองดังนั้นมนุษย์จึงยังไม่สามารถเข้าถึงได้