Siêu phân cực là một quá trình sinh học trong đó điện thế màng tăng và vượt quá giá trị nghỉ. Cơ chế này rất quan trọng đối với chức năng của cơ bắp, thần kinh cũng như các tế bào cảm giác trong cơ thể con người. Thông qua đó, cơ thể có thể kích hoạt và kiểm soát các hành động như vận động cơ bắp hoặc tầm nhìn.
Siêu phân cực là gì?
Siêu phân cực là một quá trình sinh học trong đó điện thế màng tăng và vượt quá giá trị nghỉ. Cơ chế này rất quan trọng đối với chức năng của cơ bắp, thần kinh cũng như các tế bào cảm giác trong cơ thể con người. Tế bào trong cơ thể người được bao bọc bởi một lớp màng. Nó còn được gọi là màng sinh chất và bao gồm một lớp kép lipid. Nó ngăn cách khu vực nội bào, tế bào chất, với khu vực xung quanh. Sức căng màng của các tế bào trong cơ thể con người, chẳng hạn như tế bào cơ, tế bào thần kinh hoặc tế bào cảm giác trong mắt, có điện thế nghỉ ở trạng thái nghỉ. Điện thế màng này là do thực tế là có một điện tích âm bên trong tế bào và một điện tích dương ở khu vực ngoại bào, tức là bên ngoài tế bào. Giá trị của điện thế nghỉ thay đổi tùy thuộc vào loại tế bào. Nếu điện thế nghỉ của điện thế màng bị vượt quá thì xảy ra hiện tượng siêu phân cực màng. Kết quả là, điện thế màng trở nên âm hơn so với điện thế nghỉ, tức là điện tích bên trong tế bào thậm chí trở nên âm hơn. Điều này thường xảy ra sau khi mở hoặc thậm chí đóng các kênh ion trong màng. Các kênh ion này là kali, canxi, clorua và natri kênh, hoạt động theo cách phụ thuộc vào điện áp. Siêu phân cực xảy ra do phụ thuộc vào điện áp kali các kênh cần thời gian để đóng lại sau khi điện thế nghỉ bị vượt quá. Chúng vận chuyển điện tích dương kali các ion vào vùng ngoại bào. Điều này nhanh chóng dẫn đến một điện tích âm hơn bên trong tế bào, siêu phân cực.
Chức năng và nhiệm vụ
Sự siêu phân cực của màng tế bào là một phần của cái gọi là thế hoạt động. Điều này bao gồm một số giai đoạn. Giai đoạn đầu tiên là vượt qua ngưỡng tiềm năng của màng tế bào, tiếp theo là sự khử cực, bên trong tế bào có điện tích dương hơn. Tiếp theo là sự tái phân cực, có nghĩa là điện thế nghỉ lại đạt được. Tiếp theo là quá trình siêu phân cực trước khi tế bào đạt đến điện thế nghỉ một lần nữa. Quá trình này làm nhiệm vụ truyền tín hiệu. Tế bào thần kinh hình thành điện thế hoạt động trong sợi trục vùng đồi sau khi nhận được tín hiệu. Điều này sau đó được truyền đi cùng sợi trục dưới dạng điện thế hoạt động. Các khớp thần kinh của các tế bào thần kinh sau đó truyền tín hiệu đến tế bào thần kinh dưới dạng chất dẫn truyền thần kinh. Chúng có thể có tác dụng kích hoạt hoặc tác dụng ức chế. Quá trình này rất cần thiết trong việc truyền tín hiệu trong não, ví dụ. Tầm nhìn cũng xảy ra theo cách tương tự. Các tế bào trong mắt, cái gọi là tế bào hình que và tế bào hình nón, nhận tín hiệu từ kích thích ánh sáng bên ngoài. Điều này dẫn đến sự hình thành của thế hoạt động và kích thích sau đó được truyền đến não. Điều thú vị là ở đây sự phát triển kích thích không xảy ra bằng cách khử cực như ở các tế bào thần kinh khác. Tế bào thần kinh có điện thế màng -65mV ở vị trí nghỉ, trong khi tế bào cảm thụ ánh sáng có điện thế màng -40mV ở thế nghỉ. Do đó, chúng đã có một điện thế màng tích cực hơn các tế bào thần kinh ở trạng thái nghỉ ngơi. Trong tế bào cảm thụ ánh sáng, sự phát triển của kích thích xảy ra thông qua quá trình siêu phân cực. Kết quả là, các tế bào cảm quang giải phóng ít hơn dẫn truyền thần kinh và các tế bào thần kinh hạ nguồn có thể xác định cường độ của tín hiệu ánh sáng dựa trên sự giảm chất dẫn truyền thần kinh. Tín hiệu này sau đó được xử lý và đánh giá trong não. Sự tăng phân cực kích hoạt điện thế ức chế sau synap (IPSP) trong trường hợp thị lực hoặc một số tế bào thần kinh nhất định. Mặt khác, trong trường hợp tế bào thần kinh, nó thường kích hoạt các điện thế sau synap.
(APSP). Một chức năng quan trọng khác của siêu phân cực là nó ngăn không cho tế bào tái kích hoạt thế hoạt động quá nhanh do các tín hiệu khác. Do đó, nó tạm thời ức chế sự hình thành kích thích trong tế bào thần kinh.
Bệnh tật và rối loạn
Trái Tim và tế bào cơ có kênh HCN. HCN ở đây là viết tắt của các kênh cation được kích hoạt theo chu kỳ siêu phân cực, chúng là các kênh cation được điều chỉnh bởi sự siêu phân cực của tế bào. Ở người, 4 dạng của các kênh HCN này đã được biết đến. Chúng được gọi là HCN-1 đến HCN-4. Chúng tham gia vào quá trình điều hòa nhịp tim cũng như hoạt động của các tế bào thần kinh hoạt hóa tự phát. Trong các tế bào thần kinh, chúng chống lại sự siêu phân cực để tế bào có thể đạt đến trạng thái nghỉ nhanh hơn. Do đó, chúng rút ngắn cái gọi là giai đoạn chịu lửa, mô tả giai đoạn sau khi khử cực. Trong tim mặt khác, tế bào điều hòa quá trình khử cực tâm trương, được tạo ra ở Nút xoang của trái tim. Trong các nghiên cứu với chuột, mất HCN-1 đã được chứng minh là gây ra khiếm khuyết trong các chuyển động của cơ thể. Sự thiếu vắng HCN-2 dẫn đến tổn thương tế bào thần kinh và tim, mất HCN-4 gây chết động vật. Người ta suy đoán rằng các kênh này có thể được liên kết với động kinh ở người. Ngoài ra, các đột biến ở dạng HCN-4 được biết là nguyên nhân rối loạn nhịp tim ở người. Điều này có nghĩa là một số đột biến nhất định của kênh HCN-4 có thể dẫn đến rối loạn nhịp tim. Do đó, các kênh HCN cũng là mục tiêu của các liệu pháp y tế cho rối loạn nhịp tim, mà còn đối với các khuyết tật thần kinh trong đó sự tăng phân cực của tế bào thần kinh kéo dài quá lâu. Bệnh nhân với rối loạn nhịp tim do rối loạn chức năng kênh HCN-4 được điều trị bằng thuốc ức chế cụ thể. Tuy nhiên, cần phải đề cập rằng hầu hết các liệu pháp liên quan đến kênh HCN vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm và do đó chưa thể tiếp cận với con người.
