Celfysiologie
Les 5:
Elektrofysiologie
2. Diversiteit van actiepotentialen
a. Inleiding
b. AP in neuronen
Inleiding: De AP
- Niet meer dan een transiënte depolarisatie van de membraanpotentiaal
- Rustpotentiaal wordt bepaald door K
De AP: Componenten en variatie
- Komen in verschillende vormen → verschillende componenten
- Upstroke = initiële depolarisatie
- Repolarisatie kan heel snel gaan → AP heel kort
- Repolarisatie kan ook traag gaan → lange AP
- Eigenschappen AP → welke conductanties worden actief?
- Neuronen: super korte AP
- Knoop van Ranvier: iets langere AP
- Hartspiercel: nog langere AP
- Skeletspiercellen: iets langere AP dan bij neuronen
- Hele range van AP → veel variatie
- Essentie verschillen → welke ionenkanalen doen mee aan de AP?
Elektrische stimulatie → AP
- Voorwaarde AP → drempelpotentiaal overschreden
- Prikkel verdwijnt terug → rustpotentiaal
- AP → prikkel niet meer van belang → feed forward mechanisme
- Drempel overschreden → spanningsafhankelijke Na en Ca kanalen nemen de
depolarisatie van de cel over
- AP worden voorgeleid door het hele axon
Het begrip drempelpotentiaal → dynamisch
- Een vast gegeven? NEE
- Drukt de exciteerbaarheid van een cel uit
- Ontstaat door een evenwicht tussen inwaartse en uitwaartse stroom → variabel
- Zwarte: Achtergrond stroom → bepaalt de rustpotentiaal
- Rood: Na-kanaal → upstroke AP → initiatie AP
- Groene: Som achtergrond stroom en spanningsafhankelijke Na stroom
- Drempelpotentiaal is overschreden op het punt waar de totale membraan stroom
inwaarts wordt
- Prikkel kan aangelegd worden of via excitatorische neurotransmissie
- In het begin: Netto stroom = uitwaarts
Chloë Van Hove
2de bach Biomedische Wetenschappen
, - Prikkel weg → membraanpotentiaal → rustpotentiaal
- Beetje verder: Netto inwaartse stroom → AP kan ontstaan
- Genoeg Na stroom om de K uitstroom te compenseren
- NaV kanalen openen → depolarisatie → meer Na influx
- Omslagwaarde = drempelpotentiaal
Variatie in drempelpotentiaal
1.
- Spanningsafhankelijke Na stroom veel kleiner → drempelpotentiaal verschuift naar
rechts ⇒ meer depolarisatie nodig
- Nergens een netto inwaartse stroom ⇒ cel is niet prikkelbaar
2.
- Uitwaartse Cl stroom sterk vergroten → drempelpotentiaal verschuift meer naar
rechts
- Als de Cl stroom heel groot wordt → cel wordt minder prikkelbaar
De AP in neuronen
- 2 types van ionenstromen die actief zijn tijdens de AP
- Spanningsafhankelijk Na en K kanaal → actief bij elektrische stimulatie
- Korte depolarisatie → korte AP → snelle repolarisatie
- Conductantie van K stijgt trager dan die van Na
- Conductantie van Na = transient → Na kanalen activeren en inactiveren
- Repolarisatie = K uitstroom groter dan Na instroom → verplaatsing van ladingen
- Piek Na stroom valt samen met de steilste fase van de AP
- Na instroom gedurende de hele fase
- 3de deel: Na stroom maar de uitwaartse stroom van K is groter
- Grillig verloop: 1e dal is heel dicht bij de piek van de AP
- Tijdens de AP wordt de drijvende kracht voor Na influx kleiner
- Membraanpot → repolariseert → drijvende kracht voor Na wordt terug groter
- Tijdens de volledige AP → evenwicht tussen instroom en uitstroom
- Na-stroom niet alleen actief tijdens de upstroke fase maar tijdens de volledig AP
De vorm van de AP kan gemanipuleerd worden
- TTX
- Lidocaine
→ Invloed op de drempelpotentiaal en de duur van de AP
→ NaV kanaal blokkeren ⇒ kortere AP
- Sea Anemone toxine
- TEA
→ Spanningsafhankelijke K kanalen blokkeren ⇒ grotere influx van Na dan efflux van K
→ Na inactivatie verhinderen ⇒ AP langer
Chloë Van Hove
2de bach Biomedische Wetenschappen
,Refractaire periode
- Na een AP → fase van onprikkelbaarheid
- Gevolg van de inactivatie van spanningsafhankelijke Na kanaal
- Verschuiving drempelpotentiaal naar meer positieve waarde
- Er kan geen nieuwe AP ontstaan
- Bepaalt de min tijd tussen 2 AP
- Intensiteit van de prikkel die nodig is om een AP uit te lokken na een eerste AP
- Grote 2de prikkel wordt geplot → 2 ms → 2de prikkel kan nooit een AP uitlokken
⇒ Cel in absolute refractaire periode
⇒ Er komt GEEN NIEUWE AP
- We zien de drempelpotentiaal naar beneden komen in de curve
- Waarde van de drempelpotentiaal in de rustende cel = laatste bolletje in de plot
Complexe AP patronen in neuronen
- Frequentie van AP = betekenisvolle info van het neuron
- Kan bepalen hoeveel en welk type van NT wordt vrijgezet
Variabiliteit in kanalen bepaalt ontlading patroon
- Essentiële eigenschappen van de AP → min of meer gelijk
- Exciteerbaarheid neuron beïnvloeden door het verschuiven van de drempelpotentiaal
→ met een bepaald tijdsverloop
- Cel heeft een bepaald tijdsverloop van exciteerbaarheid
Inward currents:
- Persistent Na current: Na AP → langdurig een negatieve drempelpotentiaal
→ cel meer exciteerbaar
- Tijdsverloop van de verschillende stromen is verschillend
- T-type → tiny and transient → voor een veel kortere periode de drempelpotentiaal
naar links verschuiven
- I(L) → long lasting stroom → verschuift de drempelpotentiaal voor een langere tijd
naar links
- HCN stroom → ontstaat door hyperpolarisatie
Outward currents:
- K- kanalen maken de cel minder prikkelbaar → drempelpotentiaal verschuift naar
rechts
- In de fase waar de A stroom het meest actief is → drempelpotentiaal wordt het meest
naar rechts verschoven
Voorbeeld: de M-stroom beïnvloedt neuronale exciteerbaarheid
- Muscarine gevoelig
- Muscarine → inhibeert M-stroom → cel meer prikkelbaar → hele trein van AP tijdens
de volledige duur van de prikkel
- M stroom actief → cel weinig prikkelbaar ⇒ moeilijker om een AP te genereren
- Laat 1 AP toe en daarna is het gedaan
Chloë Van Hove
2de bach Biomedische Wetenschappen
, M-stroom: Spanningsafhankelijk K kanaal
- Activeert traag maar blijft langdurig actief
- Belangrijk voor het zetten van de drempelpotentiaal
- Gevoelig aan intracellulaire PIP2 levels → PIP2 daalt → kanaal sluit
Modulatie van M-stroom door ACh receptoren
- ACh zelfde effect → M stroom kleiner
- Muscarinische R → PLC → splitst PIP2 in DAG en IP3 → nodig voor de activiteit van
de M-stroom
- Als PIP2 verdwijnt → kanaal sluit
- In afwezigheid van ACh → neuron weinig prikkelbaar
- In aanwezigheid van ACh → M stroom volledig geblokkeerd → neuron kan veel
sterker gestimuleerd worden → neuron meer exciteerbaar
- A-stroom → adrenaline gevoelig
Modulatie van M-stroom door psychofarmaca
- Blokker M-stroom → doet hetzelfde als ACh of muscarine
- XE991 → verhoogt exciteerbaarheid → meer AP ontstaan
- Epilepsie tegengaan → iets nodig dat neuronen inhibeert
⇒ activator M-stroom: verlaagt de prikkelbaarheid van neuronen → pijnstillend
c. AP in de hartspier en skeletspier
AP in het hart
- Complexere AP
- LV = arbeidsmyocard → pompt bloed rond doorheen het hele lichaam
- RA = pacemaker regio → pacemaker cellen bepalen het hartritme = sinoatriale
knoopcellen → AP → wordt voortgeleid doorheen het volledige hart
⇒ gecoördineerde contractie, efficiënte pompfunctie
- Ongecoördineerde elektrische activiteit → pompfunctie om zeep
- Klok waarmee contractie geregeld wordt → sinoatriale knoop cellen → genereren
zelf AP → bepalen het hartritme → al de rest volgt hierop
- LV → cardiomyocyten: Genereren niet zelf AP → wachten op het signaal van de
sinoatriale knoop → drempel overschreden → AP → contractie
- Variatie ontstaat door verschillende types van ionenkanalen die tot expressie komen
in de verschillende types van cellen
Vgl tussen SA-knoop en arbeidsmyocard
A.
- Diastolische depolarisatie: fase tussen 2 AP
- Doet automatisch AP ontstaan → automaticiteit
- Altijd een trein van AP
- Depolarisatie gebeurt automatisch
- Funny stroom
- Wordt actief bij een hyperpolarisatie
- Als de membraanpotentiaal negatief wordt → actief
B.
Chloë Van Hove
2de bach Biomedische Wetenschappen
Les 5:
Elektrofysiologie
2. Diversiteit van actiepotentialen
a. Inleiding
b. AP in neuronen
Inleiding: De AP
- Niet meer dan een transiënte depolarisatie van de membraanpotentiaal
- Rustpotentiaal wordt bepaald door K
De AP: Componenten en variatie
- Komen in verschillende vormen → verschillende componenten
- Upstroke = initiële depolarisatie
- Repolarisatie kan heel snel gaan → AP heel kort
- Repolarisatie kan ook traag gaan → lange AP
- Eigenschappen AP → welke conductanties worden actief?
- Neuronen: super korte AP
- Knoop van Ranvier: iets langere AP
- Hartspiercel: nog langere AP
- Skeletspiercellen: iets langere AP dan bij neuronen
- Hele range van AP → veel variatie
- Essentie verschillen → welke ionenkanalen doen mee aan de AP?
Elektrische stimulatie → AP
- Voorwaarde AP → drempelpotentiaal overschreden
- Prikkel verdwijnt terug → rustpotentiaal
- AP → prikkel niet meer van belang → feed forward mechanisme
- Drempel overschreden → spanningsafhankelijke Na en Ca kanalen nemen de
depolarisatie van de cel over
- AP worden voorgeleid door het hele axon
Het begrip drempelpotentiaal → dynamisch
- Een vast gegeven? NEE
- Drukt de exciteerbaarheid van een cel uit
- Ontstaat door een evenwicht tussen inwaartse en uitwaartse stroom → variabel
- Zwarte: Achtergrond stroom → bepaalt de rustpotentiaal
- Rood: Na-kanaal → upstroke AP → initiatie AP
- Groene: Som achtergrond stroom en spanningsafhankelijke Na stroom
- Drempelpotentiaal is overschreden op het punt waar de totale membraan stroom
inwaarts wordt
- Prikkel kan aangelegd worden of via excitatorische neurotransmissie
- In het begin: Netto stroom = uitwaarts
Chloë Van Hove
2de bach Biomedische Wetenschappen
, - Prikkel weg → membraanpotentiaal → rustpotentiaal
- Beetje verder: Netto inwaartse stroom → AP kan ontstaan
- Genoeg Na stroom om de K uitstroom te compenseren
- NaV kanalen openen → depolarisatie → meer Na influx
- Omslagwaarde = drempelpotentiaal
Variatie in drempelpotentiaal
1.
- Spanningsafhankelijke Na stroom veel kleiner → drempelpotentiaal verschuift naar
rechts ⇒ meer depolarisatie nodig
- Nergens een netto inwaartse stroom ⇒ cel is niet prikkelbaar
2.
- Uitwaartse Cl stroom sterk vergroten → drempelpotentiaal verschuift meer naar
rechts
- Als de Cl stroom heel groot wordt → cel wordt minder prikkelbaar
De AP in neuronen
- 2 types van ionenstromen die actief zijn tijdens de AP
- Spanningsafhankelijk Na en K kanaal → actief bij elektrische stimulatie
- Korte depolarisatie → korte AP → snelle repolarisatie
- Conductantie van K stijgt trager dan die van Na
- Conductantie van Na = transient → Na kanalen activeren en inactiveren
- Repolarisatie = K uitstroom groter dan Na instroom → verplaatsing van ladingen
- Piek Na stroom valt samen met de steilste fase van de AP
- Na instroom gedurende de hele fase
- 3de deel: Na stroom maar de uitwaartse stroom van K is groter
- Grillig verloop: 1e dal is heel dicht bij de piek van de AP
- Tijdens de AP wordt de drijvende kracht voor Na influx kleiner
- Membraanpot → repolariseert → drijvende kracht voor Na wordt terug groter
- Tijdens de volledige AP → evenwicht tussen instroom en uitstroom
- Na-stroom niet alleen actief tijdens de upstroke fase maar tijdens de volledig AP
De vorm van de AP kan gemanipuleerd worden
- TTX
- Lidocaine
→ Invloed op de drempelpotentiaal en de duur van de AP
→ NaV kanaal blokkeren ⇒ kortere AP
- Sea Anemone toxine
- TEA
→ Spanningsafhankelijke K kanalen blokkeren ⇒ grotere influx van Na dan efflux van K
→ Na inactivatie verhinderen ⇒ AP langer
Chloë Van Hove
2de bach Biomedische Wetenschappen
,Refractaire periode
- Na een AP → fase van onprikkelbaarheid
- Gevolg van de inactivatie van spanningsafhankelijke Na kanaal
- Verschuiving drempelpotentiaal naar meer positieve waarde
- Er kan geen nieuwe AP ontstaan
- Bepaalt de min tijd tussen 2 AP
- Intensiteit van de prikkel die nodig is om een AP uit te lokken na een eerste AP
- Grote 2de prikkel wordt geplot → 2 ms → 2de prikkel kan nooit een AP uitlokken
⇒ Cel in absolute refractaire periode
⇒ Er komt GEEN NIEUWE AP
- We zien de drempelpotentiaal naar beneden komen in de curve
- Waarde van de drempelpotentiaal in de rustende cel = laatste bolletje in de plot
Complexe AP patronen in neuronen
- Frequentie van AP = betekenisvolle info van het neuron
- Kan bepalen hoeveel en welk type van NT wordt vrijgezet
Variabiliteit in kanalen bepaalt ontlading patroon
- Essentiële eigenschappen van de AP → min of meer gelijk
- Exciteerbaarheid neuron beïnvloeden door het verschuiven van de drempelpotentiaal
→ met een bepaald tijdsverloop
- Cel heeft een bepaald tijdsverloop van exciteerbaarheid
Inward currents:
- Persistent Na current: Na AP → langdurig een negatieve drempelpotentiaal
→ cel meer exciteerbaar
- Tijdsverloop van de verschillende stromen is verschillend
- T-type → tiny and transient → voor een veel kortere periode de drempelpotentiaal
naar links verschuiven
- I(L) → long lasting stroom → verschuift de drempelpotentiaal voor een langere tijd
naar links
- HCN stroom → ontstaat door hyperpolarisatie
Outward currents:
- K- kanalen maken de cel minder prikkelbaar → drempelpotentiaal verschuift naar
rechts
- In de fase waar de A stroom het meest actief is → drempelpotentiaal wordt het meest
naar rechts verschoven
Voorbeeld: de M-stroom beïnvloedt neuronale exciteerbaarheid
- Muscarine gevoelig
- Muscarine → inhibeert M-stroom → cel meer prikkelbaar → hele trein van AP tijdens
de volledige duur van de prikkel
- M stroom actief → cel weinig prikkelbaar ⇒ moeilijker om een AP te genereren
- Laat 1 AP toe en daarna is het gedaan
Chloë Van Hove
2de bach Biomedische Wetenschappen
, M-stroom: Spanningsafhankelijk K kanaal
- Activeert traag maar blijft langdurig actief
- Belangrijk voor het zetten van de drempelpotentiaal
- Gevoelig aan intracellulaire PIP2 levels → PIP2 daalt → kanaal sluit
Modulatie van M-stroom door ACh receptoren
- ACh zelfde effect → M stroom kleiner
- Muscarinische R → PLC → splitst PIP2 in DAG en IP3 → nodig voor de activiteit van
de M-stroom
- Als PIP2 verdwijnt → kanaal sluit
- In afwezigheid van ACh → neuron weinig prikkelbaar
- In aanwezigheid van ACh → M stroom volledig geblokkeerd → neuron kan veel
sterker gestimuleerd worden → neuron meer exciteerbaar
- A-stroom → adrenaline gevoelig
Modulatie van M-stroom door psychofarmaca
- Blokker M-stroom → doet hetzelfde als ACh of muscarine
- XE991 → verhoogt exciteerbaarheid → meer AP ontstaan
- Epilepsie tegengaan → iets nodig dat neuronen inhibeert
⇒ activator M-stroom: verlaagt de prikkelbaarheid van neuronen → pijnstillend
c. AP in de hartspier en skeletspier
AP in het hart
- Complexere AP
- LV = arbeidsmyocard → pompt bloed rond doorheen het hele lichaam
- RA = pacemaker regio → pacemaker cellen bepalen het hartritme = sinoatriale
knoopcellen → AP → wordt voortgeleid doorheen het volledige hart
⇒ gecoördineerde contractie, efficiënte pompfunctie
- Ongecoördineerde elektrische activiteit → pompfunctie om zeep
- Klok waarmee contractie geregeld wordt → sinoatriale knoop cellen → genereren
zelf AP → bepalen het hartritme → al de rest volgt hierop
- LV → cardiomyocyten: Genereren niet zelf AP → wachten op het signaal van de
sinoatriale knoop → drempel overschreden → AP → contractie
- Variatie ontstaat door verschillende types van ionenkanalen die tot expressie komen
in de verschillende types van cellen
Vgl tussen SA-knoop en arbeidsmyocard
A.
- Diastolische depolarisatie: fase tussen 2 AP
- Doet automatisch AP ontstaan → automaticiteit
- Altijd een trein van AP
- Depolarisatie gebeurt automatisch
- Funny stroom
- Wordt actief bij een hyperpolarisatie
- Als de membraanpotentiaal negatief wordt → actief
B.
Chloë Van Hove
2de bach Biomedische Wetenschappen
