過分極

の 過分極 膜張力が増加し、安静時の値を超える生物学的プロセスです。このメカニズムは、人体の筋肉、神経、感覚細胞の機能にとって重要です。筋肉の動きや視覚などのアクションを有効にし、体が制御できるようにします。

過分極とは何ですか？

人体の細胞は膜で囲まれています。これは原形質膜としても知られ、脂質二重層から構成されています。それは細胞内領域、細胞質を周囲の領域から分離します。

筋肉、神経、目の感覚細胞などの人体の細胞の膜張力は、安静時に静止電位を持っています。この膜張力は、細胞内および細胞外領域に負の電荷がある、すなわちセルの外では、正の電荷があります。

静止電位の値は、細胞の種類によって異なります。膜電圧のこの静止電位を超えると、膜の過分極が起こります。これにより、膜電位は、残りの電位の間よりも負になります。セル内の電荷はさらに負になります。

これは通常、膜のイオンチャネルの開閉後に行われます。これらのイオンチャネルは、電位依存的に機能するカリウム、カルシウム、塩化物、およびナトリウムのチャネルです。

過分極は、電位依存性カリウムチャネルが原因で発生します。これは、静止電位を超えた後、閉じるのに一定の時間を必要とします。それらは正に帯電したカリウムイオンを細胞外領域に輸送します。これにより、短時間に細胞内の負の電荷である過分極が生じます。

機能とタスク

細胞膜の過分極は、いわゆる活動電位の一部です。これはさまざまな段階で構成されます。最初の段階は、細胞膜の閾値電位を超えた後、脱分極が起こり、細胞内により多くの正電荷があります。これは再分極につながり、休止電位に再び到達します。その後、細胞が再び静止電位に達する前に過分極が起こります。

このプロセスは、信号を中継するために使用されます。神経細胞は、信号を受信した後、軸索マウンドの領域で活動電位を形成します。これは、その後、活動電位の形で軸索に沿って渡されます。

神経細胞のシナプスは、神経伝達物質の形で次の神経細胞に信号を送信します。これらは、活性化効果を有し得るか、または阻害効果も有し得る。このプロセスは、脳などの信号伝達に不可欠です。

見ることも同じように行われます。眼の中の細胞、いわゆる桿体と錐体は、外光刺激から信号を受け取ります。これにより活動電位が形成され、刺激が脳に伝えられます。興味深いことに、ここでの刺激の発生は、脱分極による他の神経細胞とは異なります。

それらの静止位置では、神経細胞の膜電位は-65mVですが、視覚細胞の静止電位では-40mVの膜電位があります。安静時でも、神経細胞よりも膜電位が高くなります。視覚細胞の場合、刺激は過分極を介して発生します。その結果、視覚細胞が放出する神経伝達物質は少なくなり、下流の神経細胞は神経伝達物質の減少に基づいて光信号の強度を決定できます。 この信号は脳で処理され、評価されます。

過分極は、視覚の場合または特定のニューロンで抑制性シナプス後電位（IPSP）をトリガーします。対照的に、ニューロンはしばしばシナプス後電位を活性化しています （APSP）。

過分極のもう1つの重要な機能は、細胞が他の信号に基づいて活動電位をあまりにも速く再トリガーするのを防ぐことです。したがって、それは神経細胞の刺激の生成を一時的に阻害します。

病気と病気

心臓と筋肉の細胞にはHCNチャネルがあります。 HCNは過分極活性化環状ヌクレオチドゲートカチオンチャネルの略です。これらは、細胞の過分極によって調節されるカチオンチャネルです。これらのHCNチャネルの4つの形式は人間で知られています。それらはHCN-1からHCN-4と呼ばれます。それらは、心臓のリズムの調節と、自発的に神経細胞を活性化する活動に関与しています。ニューロンでは過分極を打ち消し、細胞がより早く静止電位に到達できるようにします。したがって、それらは、脱分極後の段階を表す、いわゆる不応期を短縮します。ただし、心臓細胞では、心臓の洞結節で発生する拡張期脱分極を調節します。

マウスを用いた研究では、HCN-1の喪失が運動障害を引き起こすことが示されています。 HCN-2の欠如は神経および心臓の損傷につながり、HCN-4の喪失は動物の死につながります。これらのチャネルは人間のてんかんに関連している可能性があると推測されています。

さらに、HCN-4型の変異は、ヒトの不整脈につながることが知られています。これは、HCN-4チャネルの特定の変異が心調律の障害につながる可能性があることを意味します。したがって、HCNチャネルは、心不整脈の治療の標的でもありますが、ニューロンの過分極が長すぎる神経障害の標的でもあります。

HCN-4チャネルの機能不全にさかのぼることができる不整脈の患者は、特定の阻害剤で治療されます。ただし、HCNチャネルに関連するほとんどの治療法はまだ実験段階にあり、したがって人間にはまだアクセスできないことに言及する必要があります。