le Hyperpolarisation est un processus biologique dans lequel la tension de la membrane augmente et dépasse la valeur de repos. Ce mécanisme est important pour le fonctionnement des cellules musculaires, nerveuses et sensorielles du corps humain. Il permet d'activer et de contrôler des actions telles que les mouvements musculaires ou la vision par le corps.
Qu'est-ce que l'hyperpolarisation?
Les cellules du corps humain sont entourées d'une membrane. Elle est également connue sous le nom de membrane plasmique et consiste en une bicouche lipidique. Il sépare la zone intracellulaire, le cytoplasme, de la zone environnante.
La tension membranaire des cellules du corps humain, telles que les cellules musculaires, nerveuses ou sensorielles de l'œil, a un potentiel de repos au repos. Cette tension membranaire provient du fait qu'il y a une charge négative à l'intérieur de la cellule et dans la zone extracellulaire, c'est-à-dire à l'extérieur des cellules, il y a une charge positive.
La valeur du potentiel de repos diffère selon le type de cellule. Si ce potentiel de repos de la tension de membrane est dépassé, une hyperpolarisation de la membrane se produit. Cela rend la tension de la membrane plus négative que pendant le potentiel de repos, c.-à-d. la charge à l'intérieur de la cellule devient encore plus négative.
Cela se produit généralement après l'ouverture ou la fermeture des canaux ioniques dans la membrane. Ces canaux ioniques sont des canaux potassium, calcium, chlorure et sodium qui fonctionnent en fonction de la tension.
L'hyperpolarisation se produit en raison de canaux potassiques dépendants de la tension qui ont besoin d'un certain temps pour se fermer après le dépassement du potentiel de repos. Ils transportent les ions potassium chargés positivement dans la zone extracellulaire. Cela conduit brièvement à une charge plus négative à l'intérieur de la cellule, l'hyperpolarisation.
Fonction et tâche
L'hyperpolarisation de la membrane cellulaire fait partie du soi-disant potentiel d'action. Cela se compose de différentes étapes. La première étape est le dépassement du potentiel seuil de la membrane cellulaire, suivi d'une dépolarisation, il y a une charge plus positive à l'intérieur de la cellule. Cela conduit alors à la repolarisation, ce qui signifie que le potentiel de repos est à nouveau atteint. L'hyperpolarisation a alors lieu avant que la cellule n'atteigne à nouveau le potentiel de repos.
Ce processus est utilisé pour relayer les signaux. Les cellules nerveuses forment des potentiels d'action dans la zone du monticule axonal après avoir reçu un signal. Celui-ci est ensuite transmis le long de l'axone sous forme de potentiels d'action.
Les synapses des cellules nerveuses transmettent alors le signal à la cellule nerveuse suivante sous forme de neurotransmetteurs. Ceux-ci peuvent avoir un effet activateur ou également avoir un effet inhibiteur. Le processus est essentiel dans la transmission des signaux, par exemple dans le cerveau.
Voir se fait de la même manière. Les cellules de l'œil, les soi-disant bâtonnets et cônes, reçoivent le signal du stimulus lumineux externe. Cela conduit à la formation du potentiel d'action et le stimulus est transmis au cerveau. Fait intéressant, le développement du stimulus n'a pas lieu ici comme avec d'autres cellules nerveuses par dépolarisation.
Dans leur position de repos, les cellules nerveuses ont un potentiel de membrane de -65mV, tandis que les cellules visuelles ont un potentiel de membrane de -40mV à un potentiel de repos. Cela signifie qu'elles ont déjà un potentiel membranaire plus positif que les cellules nerveuses lorsqu'elles sont au repos. Dans le cas des cellules visuelles, le stimulus se développe par hyperpolarisation. En conséquence, les cellules visuelles libèrent moins de neurotransmetteurs et les cellules nerveuses en aval peuvent déterminer l'intensité du signal lumineux en fonction de la réduction des neurotransmetteurs. Ce signal est ensuite traité et évalué dans le cerveau.
L'hyperpolarisation déclenche un potentiel postsynaptique inhibiteur (IPSP) dans le cas de la vision ou dans certains neurones. En revanche, les neurones activent souvent les potentiels postsynaptiques (APSP).
Une autre fonction importante de l'hyperpolarisation est qu'elle empêche la cellule de re-déclencher trop rapidement un potentiel d'action basé sur d'autres signaux. Ainsi, il inhibe temporairement la génération de stimuli dans la cellule nerveuse.
Maladies et affections
Les cellules cardiaques et musculaires ont des canaux HCN. HCN signifie canaux cationiques cycliques activés par hyperpolarisation. Ce sont des canaux cationiques qui sont régulés par l'hyperpolarisation de la cellule. 4 formes de ces canaux HCN sont connues chez l'homme. Ils sont appelés HCN-1 à HCN-4. Ils sont impliqués dans la régulation du rythme cardiaque et dans l'activité des cellules nerveuses spontanément activées. Dans les neurones, ils neutralisent l'hyperpolarisation afin que la cellule puisse atteindre plus rapidement le potentiel de repos. Ils raccourcissent donc la période dite réfractaire, qui décrit la phase après la dépolarisation. Dans les cellules cardiaques, cependant, ils régulent la dépolarisation diastolique, qui est générée au niveau du nœud sinusal du cœur.
Dans des études sur des souris, il a été démontré que la perte de HCN-1 crée un défaut de mouvement moteur. L'absence de HCN-2 entraîne des lésions neuronales et cardiaques et la perte de HCN-4 entraîne la mort des animaux. On a émis l'hypothèse que ces canaux pourraient être liés à l'épilepsie chez l'homme.
De plus, des mutations sous la forme HCN-4 sont connues qui conduisent à une arythmie cardiaque chez l'homme. Cela signifie que certaines mutations du canal HCN-4 peuvent entraîner une perturbation du rythme cardiaque.Les canaux HCN sont donc également la cible de thérapies médicales pour les arythmies cardiaques, mais aussi pour les anomalies neurologiques dans lesquelles l'hyperpolarisation des neurones dure trop longtemps.
Les patients souffrant d'arythmies cardiaques pouvant être attribuées à un dysfonctionnement du canal HCN-4 sont traités avec des inhibiteurs spécifiques. Cependant, il faut mentionner que la plupart des thérapies liées aux canaux HCN sont encore au stade expérimental et ne sont donc pas encore accessibles à l'homme.
