Az ingerületi folyamat sejtélettani alapjai

Átírás

1 Az ingerületi folyamat sejtélettani alapjai Dr. Oláh Attila DEOEC Élettani Intézet

2 Alapvetések I. Mi az a membránpotenciál? Az intakt sejtmembrán elektromosan szigetel -> a rajta keresztül megvalósuló ionmozgás szabályozható Ebből következően a sejtnek lehetősége van egyenlőtlen ioneloszlást létrehozni az intra- és extracelluláris tér között Az egyenlőtlen ioneloszlás eredményeként a sejthártya belső oldalán negatív, a külsőn pedig pozitív töltések halmozódnak fel -> a két oldal között mérhető potenciálkülönbség ( feszültség ) a membránpotenciál (általában -90 és -40 mv közötti értéket vesz fel) Eközben makroszinten mind az EC, mind az IC tér elektromosan semleges marad!!! (Passzív membrán = nincs benne feszültségvezérelt ioncsatorna)

3 Alapvetések II. Mi történhet a membránpotenciállal? Pozitívabb lesz (vagyis abszolútértékben CSÖKKEN): DEPOLARIZÁCIÓ Negatívabb lesz (vagyis abszolútértékben NŐ): HYPERPOLARIZÁCIÓ és egy korábbi depolarizáció után visszatérhet a nyugalmi értékre: REPOLARIZÁCIÓ A membrán kapacitása a potenciálváltozás sebességét szabja meg, az ellenállása pedig a változás nagyságát

4 Alapvetések III. Mire való a membránpotenciál? Az elektrokémiai hajtóerő elektromos komponensét adja (másodlagos aktív transzportok) Jelátvitel Ca 2+ -jel, de- és hyperpolarizáció-aktivált csatornák, ingerületvezetés, neurotranszmisszió, szekretoros működések stb.

5 Miből lesz a cserebogár? - Avagy a membránpotenciál eredete I. 1. Nem permeáló anionok az IC térben (fehérjék; Donnanpotenciál, a halott sejt membránpotenciálja ) 2. A Na + /K + pumpa elektrogenitása 3. Egyenlőtlen K + -eloszlás és szivárgó K + -csatornák IC tér fehérjék Cl - 2 K + 3 Na + EC tér Cl - inzulin, SZIR Θ digitalis; ouabain 4. Egyéb ionok K + K + Makroszinten mind az IC, mind az EC tér elektromosan semleges!!!

6 Honnan tudhatjuk, hogy mennyi az aktuális membránpotenciál? 1. lehetőség: megmérjük -> voltage és current clamp technikák, illetve membránpotenciál-érzékeny festékek 2. lehetőség: kiszámoljuk!!! -> Goldman-Hodgkin-Katz-egyenlet E= RT/zF * ln P K *[K + ] EC + P Na *[Na + ] EC + P Cl *[Cl - ] IC P K *[K + ] IC + P Na *[Na + ] IC + P Cl *[Cl - ] EC A GHK-egyenletben megadjuk, hogy az ionok akarnak-e (koncentráció-viszonyok), és azt is, hogy tudnak-e mozogni (permeabilitás)!

7 Mi van akkor, ha egy ionnak megengedjük a mozgást? 1. Csatorna-aktiváció -> nyitás 2. Az ion elindul arra, amerre az elektrokémiai grádiense hajtja De meddig mozog??? Minden ion esetében létezik egy olyan membránpotenciál-érték, amelynél a rá ható két erő (a koncentrációkülönbségből és az elektromos potenciálkülönbségből adódó erők) egyenlő. Ezt a membránpotenciál-értéket egyensúlyi- vagy Nernst- vagy megfordulási- vagy reverzálpotenciálnak nevezzük.

8 FONTOS!!!! Fiziológiás körülmények között a csatornanyitással járó ionmozgások NEM változtathatják meg érdemben sem az EC/IC ionkoncentrációkat, sem pedig a két térrész makroszintű elektroneutralitását!!! Az EGYETLEN KIVÉTEL az intracelluláris [Ca 2+ ]!!!

9 A Nernst-egyenlet tehát egyetlen ion esetében megmutatja, hogy az aktuális IC és EC ionkoncentrációk mellett milyen membránpotenciál-értéknél áll be az egyensúly. Ebből következően elvben, ha lehetőséget kap rá, MINDEN ION addig mozog, amíg a membránpotenciál el nem éri az ő saját egyensúlyi potenciálját. Tehát MINDEN ION a saját egyensúlyi potenciálja felé mozgatja a membránpotenciált!!!

10 Akkor az EC/IC ionkoncentrációk befolyásolják a membránpotenciált??? Igen, de CSAK AKKOR, HA az ionnak van lehetősége mozogni vagyis rendelkezésre állnak nyitott csatornák (ezt jelzi a P a G-H-Kegyenletben).

11 És most egy kis játék

12

13

14

15

16 Mi a helyzet a Na + -mal? Nyugalmi állapotban nincsenek nyitott Na + csatornák. Ebből következően az EC Na + koncentráció változásai a NYUGALMI membránpotenciált NEM befolyásolják.

17 Mennyi az egyes ionok egyensúlyi potenciálja? K + : ~-100 mv Na + : ~ +60 mv Ca 2+ : ~+120 mv Cl - : ~-70 mv hyperpolarizál depolarizál depolarizál stabilizálja a nyugalmi membránpotenciált

18 A membránpotenciál változásai -Elektrotónusos potenciál -Akcióspotenciál

19 Mi az az akcióspotenciál? 2. 0.: Elektrotónusos potenciál Túllövés 1.: Felszállószár (depolarizáció; idegsejteken Na + csatorna aktiváció) 2.: Csúcspotenciál 0. 3.: Leszállószár (repolarizáció; K + csatorna aktiváció) 4. 4.: Utóhyperpolarizáció Csak néhány ms (idegsejt)!!!

20

21

22

23 Mit kell tudnunk ezekről a csatornákról? Feszültségfüggő Na + csatorna Három állapota van: aktív, inaktivált és zárt Gyorsan aktiválódik és gyorsan inaktiválódik Az inaktív állapot felelős az abszolút refrakter periódus kialakulásáért Gátlószerek: TTX, STX, lidokain Feszültségfüggő K + csatorna Lassabban aktiválódik és lassabban záródik Nincs inaktivált állapota (amíg az aktivációs küszöb felett vagyunk, addig nyitva van, és utána is viszonylag lassabban záródik) Gátlószer: TEA

24 Szóval mitől AP az AP? 1. Feszültségfüggő ioncsatorna aktivációja váltja ki (általában Na +, de pl. a sinuscsomóban -> Ca 2+ ) 2. Van túllövése Minden más membránpotenciál-változást elektrotónusos potenciálnak nevezünk.

25 Egy kis memoriter Elektrotónusos potenciál Lehet de- és hyperpolarizáció is Gradált (az inger nagyságával arányos) Szummálódhat Nincs refrakter periódus Lokális válasz, dekrementummal terjed A membrán passzívan viselkedik Küszöb alatti inger váltja ki Ebből indul ki az AP Akcióspotenciál (AP) Csak depolarizáció lehet Minden vagy semmi ; az amplitúdó független az inger nagyságától Nincs szummáció Van refrakter periódus Dekrementum nélkül terjed ( tárolható ) A membrán aktívan viselkedik Küszöb feletti inger váltja ki Frekvenciakódolás

26 dendritek meg egy kis szövettan axonterminális axondomb Ranvier-féle befűződés sejtmag Schwann sejt sejtmag

27 Hogyan alakul ki AP az idegsejteken? A beérkező serkentő és gátló jelek az axondombon összegződnek Ha itt a membránpotenciál eléri a küszöbértéket, akkor AP alakul ki (kinyílnak a feszültségfüggő Na + csatornák)

28 Minden vagy semmi Ha a membrán eléggé depolarizálódott, akkor megnyílnak a feszültségfüggő Na + csatornák (de legalább egy darab) A tovaterjedő depolarizáció újabb Na + csatornákat nyit meg, ami további depolarizációt okoz Ez(ek)en keresztül Na + áramlik a sejtbe, fokozva a depolarizációt a csatorná(k) környezetében Ez a jelenség a Hodgkin-ciklus. Feladata a minden vagy semmi szabály biztosítása. A ciklust a Na + csatornák inaktivációja szakítja meg.

29 AP (depolarizáció) Na + Kész az AP, de mi lesz vele? Na + Na + Na + Kulcs: a diffúzió nagyon gyors, a csatorna aktiváció lassabb! Kérdés: elég-e az 1. csatornán át bejutó Na + által okozott depolarizáció a 3. megnyitásához is?

30 Az AP tehát vezetődhet pontról-pontra Kis átmérőjű, rosszul szigetelt axon (nem myelinizált, velőtlen rostok) Ilyenkor a a depolarizációs hullám csak a következő Ranvierbefűződésig ér el Lassú vezetés C rostok (fájdalom; m/s) vagy szaltatórikusan Nagy átmérőjű, jól szigetelt axon (vastag myelinhüvely) A depolarizációs hullám a 2., 3 X. Ranvier-befűződést is eléri Gyors(abb) vezetés Aα ( m/s; szomatomotoros), Aβ (30-70 m/s), Aγ (15-30 m/s), Aδ (12-30 m/s) és B ( 3-15 m/s) rostok

31 Miért nem terjed visszafelé is az AP? AP (depolarizáció) Na + X Na + Na + Na + Mert a proximalisan elhelyezkedő Na + csatornák még inaktívak!!!

32 Meddig tart az ingerelhetetlenség (refrakter periódus)? Abszolút refrakter periódus Relatív refrakter periódus Semmilyen ingerrel sem váltható ki új akcióspotenciál A Na + csatornák inaktív fázisa miatt alakul ki Nagyjából a teljes repolarizáció 2/3-ának lezajlásáig tart Csak a normális küszöbingernél nagyobb ingerléssel lehet akcióspotenciált kiváltani A K + konduktancia okozza Az abszolút refrakter periódus után kezdődik, és a hyperpolarizáció végéig tart

33 És a ráadás: még két definíció a membránok jellemzésére Reobázis Kronaxia Az az elméletileg létező legkisebb inger, amit végtelenül hosszú ideig alkalmazva még éppen sikerül AP-t kiváltani A reobázis amplitúdójának kétszereséhez tartozó időtartam

34 Köszönöm a figyelmet!