Her er en kort note om membranpotentialet og aktionspotentialet.
Membranpotenltialet
Cellers hvilemembranpotentialet er bestemt af ionernes permeabilitet og ligevægtspotentiale, primært K+ionens pga. dennes store permeabilitet, i forhold til de andre ioner. Permeabiliteten skyldes sandsynligvis primært lækkende Kalium kanaler – leak channels
Det er mulig at opretholde et, under normale omstændigheder, konstant hvilemembranpotentiale pga. Na+,K+ATPasens pumpeaktivitet. Der kommer på den måde et underskud af positive ladninger på indersiden, man kunne også sige at der kommer et overskud af positive ladninger på ydersiden. Indersiden vil derfor være negativ i forhold til ydersiden.
Som en konvention har man vedtaget at sætte ydersiden til 0 volt, og man måler så spændingsforskellen i forhold til det. Membranpotentialet kan derfor typisk måles til omkring – 70 mV.
Bliver membranpotentialet mere negativt taler man om hyperpolarisering, og omvendt hvis det bliver mindre negativt kalder man det depolarisering.
Aktionspotentialet
Nerve- og muskelceller kan exciteres. Når cellen exciteres menes det, at membranpotentialet ændres kortvarigt. Denne ændring vil typisk være det der kaldes et aktionspotentiale.
Aktionspotentialet er et ugraderet signal – det er ”All or none”. Der findes også graderede signaler der skyldes neuronets passive kabelegenskaber fx synapse potentialer, men de vil ikke blive behandlet i denne note.
Aktionspotentialet kan beskrives som at membranpotentialet kortvarigt ændres, fra at være negativt på indersiden til at være positiv, hvorefter det vender tilbage (repolariseres).
Disse potentialeændringer skyldes ændringer i permeabilitet over for Na+,K+ og Ca2+.
Aktionspotentialet starter med en åbning af Na+kanaler, der giver en lille Na+indflux og dermed en lille depolarisering af cellemembranen. Ved denne depolarisering åbnes yderlige Na+kanaler langs axonet, der er således tale om en selvforstærkende mekanisme, kaldet Hodgkins cyklus (man kan også kalde det positiv feedback). Denne type kanaler kaldes spændingsafhængige (voltage-gated). Den Na+indflux der opstår herved giver den meget hurtige initielle og maksimale depolarisering.
Der hvor cellekroppen (Soma) fortsætter ud i axonet findes et specialiseret område Axon hillock. Området er rigt på spændingsregulerede Na+-kananler og anses for vigtig i forbindelse med initiering af aktionspotentialet. Når membranpotentialet overstiger tærskelværdien i gang sættes aktionspotentialet pga. den selvforstærkende positive feedback.
Aktionpotentialet afsluttes med Na+kanalerne inaktiveres (inaktiveringstid, typisk nogle få ms), og K+kanalerne aktiveres. K+kanalerne er også spændingsafhængige, men åbner senere end Na+kanalerne. K+kanalerne forbliver åbne et lille stykke tid, faktisk så sker der en hyperpolarisering pga. deres åbningstid.
Når aktionspotentialet kun bevæger sig en vej er det fordi de Na+kanaler der lige har været aktiveret, vil være i en refraktærperiode i nogle ms. Det betyder at de ikke vil kunne aktiveres igen lige med det samme.
Refraktærperioden er typisk på 3-4 ms inden alle Na+ kanaler i et område er klar til aktion igen. Tidsrummet fra initiering af aktionspotentialet til lige efter toppen kaldes absolut refraktær periode (ARP) Her vil, selv ikke den stærkeste, stimulering give et nyt aktionspotentiale. ARP er typisk på 1-2 ms. Efter dette tidsrum begynder Na+ kanalerne at blive klar igen, og hvis en stærk nok stimuli gives kan der opstå et nyt aktionspotentiale. Stimuliet må dog være stærkere end det oprindelig påkrævede. Denne tilstand (relativ refraktær periode (RRP) fortsætter end til alle Na+ kanalerne er kommet ud af deres inaktive tilstand efter ca. 4 ms.
Refraktærperiodens molekylære baggrund er en inaktiverings-gate, således forstået at Na+ kanalen har to gate en aktiverings-gate (m-gate, lukket) og en inaktiverings-gate (h-gate, åben). Ved tilstrækkelig depolarisering åbner aktiverings-gaten og Na+ strømmer ind. Depolarisringen aktiverer også inaktiveringsgaten, men denne reagerer forsinket. Når inaktiverings-gate lukker afsluttes Na+ indstrømningen. Afslutningsvis vender kanalen tilbage til udgangstilstanden, hvor aktiverings-gaten er lukket og inaktiverings-gaten åben.
På grund af Na+gradientens vigtighed er det nødvendig, at se nærmere på Na+,K+ATPasen, der pumper Na+ ud igen. ATPasen sidder i cellemembranen og pumper 3 Na+ ud og 2 K+ ind, under hydrolysering af en ATP. I hvilende skeletmuskler er kun ca 2-6 % af Na+,K+ATPaserne aktive for at opretholde de cellulære og ekstracellulære koncentrationer af natrium og kalium (Clausen 1986). De gradienter denne aktive transport skaber, er f.eks. vigtige for cotransport og udveksling af bl.a. H+, Cl-, Ca2+, sukker og aminosyrer.
Na+,K+ATPasen er elektrogen dvs. den bidrager, i de fleste tilfælde, med nogle mV til membranpotentialet (pga. 3 Na+ ud og 2 K+ ind).
ATPasens aktivitet påvirkes af flere hormoner f.eks. insulin og katecholaminer (adrenalin og noradrenalin). Muskelaktivitet kan også direkte påvirke pumpeaktiviteten i skeletmuskulatur (Skou 1992).
Hæmmere:
TTX: Tetrodotoxin, fra pufferfisk (Kuglefisk Tetrodon) Hæmmer specifikt voltage-gatede Na+ kanaler.
TEA: Tetraethyl ammonium. Hæmmer specifikt voltage-gatede K+ kanaler.
Ouabain: fra fx Fingerbøl (Digitalis p.). Hæmmer specifikt Na+/K+ATPasen.
Hvad mangler jeg at skrive om?
Ligevægtspotentiale og beregning af dette
Gliacellernes evne til at optage K+
De passive kabelegenskaber og længdekonstant. De passive kabelegenskaber skyldes et K+ flow gennem passive ikke excitable kanaler der selektivt lader K+ passerer (leaky channels & nongated channels).
Synapser.