Depolarizacija

Depolarizacija je otkazivanje razlika u naboju na dvije membranske strane živčane ili mišićne stanice. Potencijal membrane se mijenja na manje negativan. Kod bolesti poput epilepsije mijenja se ponašanje depolarizacije živčanih stanica.

Što je depolarizacija?

U stanju mirovanja polarizacija postoji između dvije strane netaknute membrane živčanih stanica, koja je poznata i kao membranski potencijal. Odvajanjem naboja stvaraju se električni polovi u staničnoj membrani. Depolarizacija je gubitak ovih svojstava kao što se događa na početku stimulacije. Tijekom depolarizacije, razlika naboja između dvije strane biološke membrane na kratko se otkazuje.

U neurologiji se podrazumijeva da depolarizacija znači promjenu potencijala membrane u pozitivne ili manje negativne vrijednosti, kao što se događa kada se prođe akcijski potencijal. Rekonstrukcija izvorne polarizacije odvija se pri kraju ovog procesa, a također je poznata i kao repolarizacija.

Suprotno depolarizaciji je ono što je poznato kao hiperpolarizacija, u kojoj napetost između unutarnje i vanjske strane biološke membrane postaje još jača i na taj način se uzdiže iznad napetosti potencijala za odmor.

Funkcija i zadatak

Membrane zdravih stanica uvijek su polarizirane i stoga imaju membranski potencijal. Taj potencijal membrane proizlazi iz različite koncentracije iona na dvije strane membrane. Na primjer, ionske pumpe nalaze se u staničnoj membrani neurona. Ove pumpe stalno stvaraju neravnomjernu raspodjelu na površini membrane, što se razlikuje od naboja s unutarnje strane membrane. Unutarćelijski postoji višak negativnih iona, a stanična membrana je pozitivnije nabijena izvana nego iznutra. To rezultira negativnom razlikom potencijala.

Stanična membrana neurona ima selektivnu propusnost i stoga je različito propusna za različite naboje. Zbog ovih svojstava, neuron ima potencijal električne membrane. U stanju mirovanja membranski potencijal naziva se potencijalom mirovanja i kreće se oko -70 mV.

Električno provodljive stanice depolariziraju čim dosegnu akcijski potencijal. Naplata membrane je oslabljena tijekom depolarizacije, kako se ionski kanali otvaraju. Ioni kroz difuziju teču u membranu kroz otvorene kanale i na taj način smanjuju postojeći potencijal. Primjerice, natrijevi ioni ulaze u živčanu stanicu.

Taj pomak naboja uravnotežuje membranski potencijal i na taj način preokreće naboj. U najširem smislu, membrana je i dalje polarizirana tijekom akcijskog potencijala, ali u suprotnom smjeru.

U živčanim stanicama depolarizacija je ili subliminalna ili supragična. Prag odgovara potencijalu praga za otvaranje ionskih kanala. Obični potencijal praga je oko -50 mV. Veće vrijednosti pomiču ionske kanale do otvora i pokreću akcijski potencijal. Subliminalna depolarizacija uzrokuje da se membranski potencijal vrati membranskom potencijalu u mirovanju i ne pokrene akcijski potencijal.

Osim živčanih stanica, mišićne stanice se također mogu depolarizirati kada dosegnu akcijski potencijal. Pobuđenje se prenosi sa središnjih živčanih vlakana na mišićna vlakna preko završne ploče motora. Na krajnjoj ploči nalaze se kationski kanali koji mogu provoditi ione natrija, kalija i kalcija. Povrh toga, struja natrija i kalcijevih jona teče kroz kanale zbog svojih posebnih pokretačkih sila i tako depolarizira mišićnu stanicu.

U mišićnoj ćeliji potencijal krajnje ploče raste od potencijala membrane u mirovanju do takozvanog generacijskog potencijala. Ovo je elektrotonski potencijal koji se, za razliku od potencijala djelovanja, pasivno širi kroz membranu mišićnih vlakana. Ako je potencijal generatora iznad praga, stvara se akcijski potencijal otvaranjem natrijevih kanala i ubacivanjem kalcijevih iona. Tako nastaje kontrakcija mišića.

Bolesti i bolesti

Kod bolesti živčanog sustava poput epilepsije mijenja se prirodno ponašanje depolarizacije živčanih stanica. Rezultat je prekomjerna uzbudljivost. Za epileptične napadaje karakteristično je abnormalno pražnjenje neuronskih asocijacija koje narušavaju normalnu aktivnost područja mozga. To rezultira neobičnom percepcijom i poremećajima motoričkih sposobnosti, razmišljanja i svijesti.

Fokalna epilepsija utječe na limbički sustav ili neokortex. Glutatergički prijenos pokreće ekscitacijski postinaptički potencijal s visokom amplitudom u tim područjima. Na taj se način aktiviraju vlastiti kalcijevi kanali membrane i podvrgavaju se posebno dugotrajnoj depolarizaciji. Na taj se način aktiviraju visokofrekventni rafali akcijskih potencijala koji su karakteristični za epilepsiju.

Nenormalna aktivnost širi se u zbiru od nekoliko tisuća živčanih stanica. Povećana sinaptička povezanost neurona također pridonosi stvaranju napadaja. Isto vrijedi i za nenormalna svojstva unutarnjih membrane, koja uglavnom utječu na ionske kanale. Mehanizmi sinaptičkog prijenosa također se često mijenjaju u smislu modifikacija receptora. Stalni napadaji vjerojatno su rezultat sinaptičkih petlji koji mogu obuhvatiti veća područja mozga.

Depolarizacijska svojstva živčanih stanica ne mijenjaju se samo kod epilepsije. Brojni lijekovi također imaju učinke na depolarizaciju i izraženi su u prekomjernoj ili nedovoljnoj ekscitabilnosti. Ti lijekovi uključuju, na primjer, mišiće relaksanse koji potpuno opuštaju skeletne mišiće intervenirajući u središnji živčani sustav.

Primjena je na primjer uobičajena za spastičnu kralježnicu. Osobito depolarizirajući mišićni relaksanti djeluju stimulirajuće na mišićni receptor i tako pokreću dugotrajnu depolarizaciju. U početku se mišići stežu nakon primjene lijekova i pokreću nekoordinirano drhtanje mišića, ali ubrzo nakon toga izazivaju ležernu paralizu pojedinih mišića. Budući da depolarizacija mišića traje, mišić je trenutačno neiskorišten.