Hiperpolarizimi është një proces biologjik në të cilin voltazhi i membranës rritet dhe tejkalon vlerën e pushimit. Ky mekanizëm është i rëndësishëm për funksionimin e muskujve, nervave si dhe qelizave shqisore në trupin e njeriut. Përmes tij, veprime të tilla si lëvizja e muskujve ose shikimi mund të mundësohen dhe kontrollohen nga trupi.
Çfarë është hiperpolarizimi?
Hiperpolarizimi është një proces biologjik në të cilin voltazhi i membranës rritet dhe tejkalon vlerën e pushimit. Ky mekanizëm është i rëndësishëm për funksionimin e muskujve, nervave si dhe qelizave shqisore në trupin e njeriut. Qelizat në trupin e njeriut janë të mbyllura nga një membranë. Quhet ndryshe membrana plazmatike dhe përbëhet nga një shtresë e dyfishtë lipidike. Ajo ndan zonën intraqelizore, citoplazmën, nga zona përreth. Tensioni i membranës së qelizave në trupin e njeriut, të tilla si qelizat e muskujve, qelizat nervore ose qelizat ndijore në sy, kanë një potencial pushimi në gjendjen e pushimit. Ky tension i membranës shkaktohet nga fakti se ka një ngarkesë negative brenda qelizës dhe një ngarkesë pozitive në zonën jashtëqelizore, pra jashtë qelizave. Vlera për potencialin e pushimit ndryshon në varësi të llojit të qelizës. Nëse tejkalohet ky potencial pushimi i tensionit të membranës, ndodh hiperpolarizimi i membranës. Si rezultat, voltazhi i membranës bëhet më negativ sesa gjatë potencialit të pushimit, dmth ngarkesa brenda qelizës bëhet edhe më negative. Kjo zakonisht ndodh pas hapjes ose edhe mbylljes së kanaleve të joneve në membranë. Këto kanale jonike janë kalium, kalcium, chloride dhe sodium kanale, të cilat funksionojnë në një mënyrë të varur nga voltazhi. Hiperpolarizimi ndodh për shkak të tensionit të varur kalium kanale që kërkojnë kohë për tu mbyllur pasi tejkalohet potenciali i pushimit. Ata transportojnë ngarkesën pozitive kalium jonet në rajonin jashtëqelizor. Shkurtimisht kjo rezulton në një ngarkesë më negative brenda qelizës, hiperpolarizimin.
Funksioni dhe detyra
Hiperpolarizimi i membranë qelizore është pjesë e të ashtuquajturave potenciali i veprimit. Kjo përbëhet nga disa faza. Faza e parë është kalimi i potencialit të pragut të membranë qelizore, e ndjekur nga depolarizimi, ka një ngarkesë më pozitive brenda qelizës. Kjo pasohet nga repolarizimi, që do të thotë se potenciali i pushimit arrihet përsëri. Kjo pasohet nga hiperpolarizimi përpara se qeliza të arrijë përsëri potencialin e pushimit. Ky proces shërben për të transmetuar sinjale. Qelizat nervore formojnë potenciale veprimi në Axon rajoni i kodrës pasi ka marrë një sinjal. Kjo pastaj transmetohet përgjatë Axon në formën e potencialeve të veprimit. synapses të qelizave nervore më pas transmetojnë sinjalin në tjetrën qeliza nervore në formën e neurotransmetuesve. Këto mund të kenë një efekt aktivizues ose një efekt frenues. Procesi është thelbësor në transmetimin e sinjaleve në tru, për shembull. Vizioni gjithashtu ndodh në një mënyrë të ngjashme. Qelizat në sy, të ashtuquajturat shufra dhe kone, marrin sinjalin nga stimuli i jashtëm i dritës. Kjo rezulton në formimin e potenciali i veprimit dhe stimuli më pas transmetohet në tru. Interesante, këtu zhvillimi i stimulit nuk ndodh nga depolarizimi si në qelizat e tjera nervore. Qelizat nervore kanë një potencial membranor prej -65mV në pozicionin e tyre të pushimit, ndërsa fotoreceptorët kanë një potencial membranor prej -40mV në një potencial pushimi. Kështu, ata tashmë kanë një potencial më pozitiv të membranës sesa qelizat nervore në gjendjen e tyre të pushimit. Në qelizat e fotoreceptorëve, zhvillimi i stimulit ndodh përmes hiperpolarizimit. Si rezultat, fotoreceptorët lëshojnë më pak neurotransmitter dhe neuronet në rrjedhën e poshtme mund të përcaktojnë intensitetin e sinjalit të dritës bazuar në zvogëlimin e neurotransmetuesit. Ky sinjal më pas përpunohet dhe vlerësohet në tru. Hiperpolarizimi shkakton një potencial frenues post-sinaptik (IPSP) në rastin e shikimit ose disa neuroneve. Në rastin e neuroneve, nga ana tjetër, ajo shpesh aktivizon potencialet post-sinaptike
(APSP). Një funksion tjetër i rëndësishëm i hiperpolarizimit është se parandalon qelizën që të mos shkaktojë sërish një potenciali i veprimit shumë shpejt për shkak të sinjaleve të tjera. Kështu, ajo përkohësisht pengon formimin e stimulit në qeliza nervore.
Sëmundjet dhe çrregullimet
Zemër dhe qelizat muskulore kane kanale HCN. HCN këtu qëndron për kanale kationale të mbyllura me nukleotide ciklike të aktivizuara nga hiperpolarizimi. Ato janë kanale katione të rregulluara nga hiperpolarizimi i qelizës. Tek njerëzit, njihen 4 forma të këtyre kanaleve HCN. Ata referohen si HCN-1 deri në HCN-4. Ato përfshihen në rregullimin e ritmit kardiak si dhe në aktivitetin e neuroneve që aktivizojnë spontanisht. Në neuronet, ato i kundërvihen hiperpolarizimit në mënyrë që qeliza të arrijë pontencialin e pushimit më shpejt. Ato shkurtojnë kështu të ashtuquajturën periudhë refraktare, e cila përshkruan fazën pas depolarizimit. Në zemër nga ana tjetër, ato rregullojnë depolarizimin diastolik, i cili gjenerohet në nyja sinusit të zemrës. Në studimet me minj, humbja e HCN-1 është treguar se prodhon një defekt në lëvizjet motorike. Mungesa e HCN-2 çon në dëmtime neuronale dhe kardiake, dhe humbja e HCN-4 shkakton vdekjen tek kafshët. Spekulohet se këto kanale mund të shoqërohen epilepsi te njerëzit. Përveç kësaj, dihet që shkaktojnë mutacione në formën HCN-4 aritmi kardiake te njerëzit. Kjo do të thotë që mutacione të caktuara të kanalit HCN-4 mund të shpie në aritmi kardiake. Prandaj, kanalet HCN janë gjithashtu shënjestra e terapive mjekësore për të aritmi kardiake, por edhe për defektet neurologjike në të cilat hiperpolarizimi i neuroneve zgjat shumë. Pacientët me aritmi kardiake për shkak të mosfunksionimit të kanalit HCN-4 trajtohen me frenues specifik. Sidoqoftë, duhet përmendur që shumica e terapive në lidhje me kanalet HCN janë ende në fazën eksperimentale dhe për këtë arsye nuk janë ende të arritshme për njerëzit.
