Hyperpolarizácia je biologický proces, pri ktorom sa zvyšuje napätie membrány a presahuje pokojovú hodnotu. Tento mechanizmus je dôležitý pre funkciu svalových, nervových a zmyslových buniek v ľudskom tele. Prostredníctvom neho môže telo umožňovať a riadiť činnosti ako pohyb svalov alebo videnie.
Čo je to hyperpolarizácia?
Hyperpolarizácia je biologický proces, pri ktorom sa zvyšuje napätie membrány a presahuje pokojovú hodnotu. Tento mechanizmus je dôležitý pre funkciu svalových, nervových a zmyslových buniek v ľudskom tele. Bunky v ľudskom tele sú uzavreté membránou. Tiež sa nazýva plazmatická membrána a pozostáva z lipidovej dvojvrstvy. Oddeľuje intracelulárnu oblasť, cytoplazmu, od okolia. Napätie membrány buniek v ľudskom tele, ako sú svalové bunky, nervové bunky alebo senzorické bunky v oku, majú pokojový potenciál v pokojovom stave. Toto membránové napätie je spôsobené skutočnosťou, že vo vnútri bunky je negatívny náboj a pozitívny náboj v extracelulárnej oblasti, tj mimo buniek. Hodnota pokojového potenciálu sa líši v závislosti od typu bunky. Ak sa prekročí tento pokojový potenciál membránového napätia, dôjde k hyperpolarizácii membrány. Výsledkom je, že membránové napätie sa stáva zápornejším ako počas pokojového potenciálu, tj náboj vnútri bunky sa stáva ešte zápornejším. K tomu obvykle dochádza po otvorení alebo dokonca zatvorení iónových kanálov v membráne. Tieto iónové kanály sú draslík, vápnik, chlorid a sodík kanály, ktoré fungujú spôsobom závislým od napätia. K hyperpolarizácii dochádza v dôsledku napätia draslík kanály, ktoré sa po prekročení pokojového potenciálu musia uzavrieť. Prepravujú kladne nabité draslík ióny do extracelulárnej oblasti. To krátko vedie k negatívnemu náboju vo vnútri bunky, k hyperpolarizácii.
Funkcia a úloha
Hyperpolarizácia bunková membrána je súčasťou tzv akčný potenciál. Skladá sa z niekoľkých etáp. Prvou etapou je prekročenie prahového potenciálu bunková membrána, po ktorej nasleduje depolarizácia, je vo vnútri bunky pozitívnejší náboj. Nasleduje repolarizácia, čo znamená, že sa opäť dosiahne pokojový potenciál. Nasleduje hyperpolarizácia predtým, ako bunka opäť dosiahne pokojový potenciál. Tento proces slúži na prenos signálov. Nervové bunky tvoria akčné potenciály v axon pahorkatina po prijatí signálu. To sa potom prenáša pozdĺž axon vo forme akčných potenciálov. The synapsie nervových buniek potom prenášajú signál do ďalších nervová bunka vo forme neurotransmiterov. Môžu mať aktivačný alebo inhibičný účinok. Tento proces je nevyhnutný pri prenose signálov v mozog, napríklad. Podobným spôsobom sa vyskytuje aj videnie. Bunky v oku, takzvané tyčinky a kužele, dostávajú signál z vonkajšieho svetelného stimulu. To má za následok tvorbu akčný potenciál a stimul sa potom prenáša na mozog. Je zaujímavé, že tu k vývoju stimulu nedochádza depolarizáciou ako v iných nervových bunkách. Nervové bunky majú v pokojovej polohe membránový potenciál -65 mV, zatiaľ čo fotoreceptory majú v pokojovom potenciáli membránový potenciál -40 mV. Teda už majú v pokojovom stave pozitívnejší membránový potenciál ako nervové bunky. Vo fotoreceptorových bunkách k vývoju stimulu dochádza prostredníctvom hyperpolarizácie. Vďaka tomu sa fotoreceptory uvoľňujú menej neurotransmiter a následné neuróny môžu určiť intenzitu svetelného signálu na základe redukcie neurotransmiteru. Tento signál sa potom spracuje a vyhodnotí v mozog. Hyperpolarizácia spúšťa inhibičný postsynaptický potenciál (IPSP) v prípade videnia alebo určitých neurónov. V prípade neurónov na druhej strane často aktivuje postsynaptické potenciály
(APSP). Ďalšou dôležitou funkciou hyperpolarizácie je to, že bráni bunke v opätovnom spustení an akčný potenciál príliš rýchlo kvôli iným signálom. Dočasne teda inhibuje tvorbu stimulov v nervová bunka.
Choroby a poruchy
Srdce a svalové bunky majú kanály HCN. HCN tu znamená hyperpolarizáciou aktivované katiónové kanály s cyklickým nukleotidom. Sú to katiónové kanály regulované hyperpolarizáciou bunky. U ľudí sú známe 4 formy týchto HCN kanálov. Označujú sa ako HCN-1 až HCN-4. Podieľajú sa na regulácii srdcového rytmu, ako aj na činnosti spontánne sa aktivujúcich neurónov. V neurónoch pôsobia proti hyperpolarizácii, aby sa bunka mohla rýchlejšie dostať do pokojného pontenciálu. Skracujú tak takzvanú žiaruvzdornú dobu, ktorá popisuje fázu po depolarizácii. V srdce bunky, na druhej strane, regulujú diastolickú depolarizáciu, ktorá sa generuje na sínusový uzol srdca. V štúdiách na myšiach sa preukázalo, že strata HCN-1 spôsobuje poruchu motorických pohybov. Neprítomnosť HCN-2 vedie k poškodeniu neurónov a srdca a strata HCN-4 spôsobuje u zvierat smrť. Špekuluje sa, že tieto kanály môžu byť spojené s epilepsie u ľudí. Okrem toho je známe, že spôsobujú mutácie vo forme HCN-4 srdcová arytmia u ľudí. To znamená, že určité mutácie kanála HCN-4 môžu viesť na srdcová arytmia. Preto sú kanály HCN tiež cieľom lekárskych terapií pre srdcové arytmie, ale aj pre neurologické poruchy, pri ktorých trvá hyperpolarizácia neurónov príliš dlho. Pacienti s srdcové arytmie kvôli dysfunkcii kanálu HCN-4 sú liečení špecifickými inhibítormi. Je však potrebné spomenúť, že väčšina terapií týkajúcich sa kanálov HCN je stále v experimentálnom štádiu, a preto ešte nie je pre ľudí dostupná.
