Hiperpolarización

los Hiperpolarización es un proceso biológico en el que la tensión de la membrana aumenta y supera el valor de reposo. Este mecanismo es importante para el funcionamiento de las células musculares, nerviosas y sensoriales del cuerpo humano. Permite que acciones como los movimientos musculares o la visión sean habilitadas y controladas por el cuerpo.

¿Qué es la hiperpolarización?

Las células del cuerpo humano están encerradas por una membrana. También se conoce como membrana plasmática y consta de una bicapa lipídica. Separa el área intracelular, el citoplasma, del área circundante.

La tensión de la membrana de las células del cuerpo humano, como las células musculares, nerviosas o sensoriales del ojo, tiene un potencial de reposo cuando está en reposo. Esta tensión de membrana surge del hecho de que hay una carga negativa dentro de la célula y en el área extracelular, es decir. fuera de las células, hay una carga positiva.

El valor del potencial de reposo varía según el tipo de célula. Si se excede este potencial de reposo del voltaje de la membrana, se produce una hiperpolarización de la membrana. Esto hace que el voltaje de la membrana sea más negativo que durante el potencial de reposo, es decir, la carga dentro de la celda se vuelve aún más negativa.

Esto suele tener lugar después de la apertura o el cierre de canales iónicos en la membrana. Estos canales iónicos son canales de potasio, calcio, cloruro y sodio que funcionan de manera dependiente del voltaje.

La hiperpolarización se produce debido a los canales de potasio dependientes del voltaje, que necesitan un cierto tiempo para cerrarse después de que se excede el potencial de reposo. Transportan los iones de potasio cargados positivamente al área extracelular. Esto conduce brevemente a una carga más negativa dentro de la célula, la hiperpolarización.

Función y tarea

La hiperpolarización de la membrana celular forma parte del llamado potencial de acción. Este consta de diferentes etapas. La primera etapa es la superación del potencial umbral de la membrana celular, seguida de la despolarización, hay una carga más positiva dentro de la célula. Esto luego conduce a la repolarización, lo que significa que el potencial de reposo se alcanza nuevamente. Luego, la hiperpolarización tiene lugar antes de que la célula alcance nuevamente el potencial de reposo.

Este proceso se utiliza para transmitir señales. Las células nerviosas forman potenciales de acción en el área del montículo de axones después de recibir una señal. Esto luego se transmite a lo largo del axón en forma de potenciales de acción.

Las sinapsis de las células nerviosas luego transmiten la señal a la siguiente célula nerviosa en forma de neurotransmisores. Estos pueden tener un efecto activador o también un efecto inhibidor. El proceso es fundamental en la transmisión de señales, por ejemplo en el cerebro.

Ver se hace de manera similar. Las células del ojo, los llamados bastones y conos, reciben la señal del estímulo de luz externa. Esto conduce a la formación del potencial de acción y el estímulo se transmite al cerebro. Curiosamente, el desarrollo del estímulo no se produce por despolarización, como ocurre con otras células nerviosas.

En su posición de reposo, las células nerviosas tienen un potencial de membrana de -65 mV, mientras que las células visuales tienen un potencial de membrana de -40 mV en un potencial de reposo. Esto significa que ya tienen un potencial de membrana más positivo que las células nerviosas cuando están en reposo. En las células visuales, el estímulo se desarrolla mediante hiperpolarización. Como resultado, las células visuales liberan menos neurotransmisores y las células nerviosas aguas abajo pueden determinar la intensidad de la señal de luz basándose en la reducción de neurotransmisores. Luego, esta señal se procesa y evalúa en el cerebro.

La hiperpolarización desencadena un potencial postsináptico inhibitorio (IPSP) en el caso de la visión o en determinadas neuronas. Por el contrario, las neuronas suelen activar potenciales postsinápticos. (APSP).

Otra función importante de la hiperpolarización es que evita que la célula vuelva a activar un potencial de acción demasiado rápido basándose en otras señales. Por tanto, inhibe temporalmente la generación de estímulos en la célula nerviosa.

Enfermedades y dolencias

Las células cardíacas y musculares tienen canales de HCN. HCN significa canales catiónicos activados por hiperpolarización cíclicos activados por nucleótidos. Estos son canales de cationes que están regulados por la hiperpolarización de la célula. Se conocen 4 formas de estos canales de HCN en humanos. Se denominan HCN-1 a HCN-4. Están involucrados en la regulación del ritmo cardíaco y en la actividad de activación espontánea de las células nerviosas. En las neuronas, contrarrestan la hiperpolarización para que la célula pueda alcanzar el potencial de reposo más rápidamente. Por lo que acortan el llamado período refractario, que describe la fase posterior a la despolarización. En las células cardíacas, sin embargo, regulan la despolarización diastólica, que se genera en el nódulo sinusal del corazón.

En estudios con ratones, se ha demostrado que la pérdida de HCN-1 crea un defecto del movimiento motor. La ausencia de HCN-2 conduce a daños neuronales y cardíacos y la pérdida de HCN-4 conduce a la muerte de los animales. Se ha especulado que estos canales pueden estar relacionados con la epilepsia en humanos.

Además, se conocen mutaciones en la forma HCN-4 que conducen a arritmia cardíaca en humanos. Esto significa que determinadas mutaciones del canal HCN-4 pueden provocar una alteración del ritmo cardíaco.Por tanto, los canales de HCN también son el objetivo de terapias médicas para las arritmias cardíacas, pero también para los defectos neurológicos en los que la hiperpolarización de las neuronas dura demasiado.

Los pacientes con arritmias cardíacas que se remontan a un mal funcionamiento del canal HCN-4 se tratan con inhibidores específicos. Sin embargo, debe mencionarse que la mayoría de las terapias relacionadas con los canales de HCN aún se encuentran en etapa experimental y, por lo tanto, aún no son accesibles para los humanos.