Dit document is een samenvatting van de module MGZ (Mechanismen gezondheid en ziekte) in Q6 (kwartaal 6: Beweging & Stroming). De samenvatting is compleet en getypt als een lopend verhaal, waardoor alles goed te begrijpen is. De tekst wordt ondersteund door afbeeldingen uit colleges, boeken of duid...
Electrische verschijnselen (MEV)
In dit hoofdstuk zal vooral aandacht besteed worden aan de mechanismen die ten grondslag liggen
aan membraanpotentiaal, actiepotentiaal en signaaloverdracht (de elektrische verschijnselen in
zenuwcellen). Dit is natuurlijk niet alleen bij neuronen en spiercellen van belang, maar bij alle cellen
in alle organismen. Over het algemeen is er veel activiteit, maar pas bij een actiepotentiaal een
effect. De membraanpotentiaal zorgt dus voor communicatie, gecontroleerde activiteit van
netwerken, transport van stoffen en energieomzetting (reservoir).
Celmembraan en potentialen
De cel wordt van de buitenwereld (extracellulair vloeistof) gescheiden door het celmembraan. Ionen
zoals K+, Na+ en Cl- (en Ca2+) kunnen niet zomaar door het membraan heen, waardoor een verschil in
concentratie van deze stoffen kan ontstaan binnen en buiten de cel. Om te reguleren welke stof
binnen en welke stof buiten de cel wordt gehouden, zijn ion-kanalen essentieel. Deze selecteren
welke ionen naar binnen of naar buiten gaan (passief). Zo wordt K+ vooral binnen de cel gehouden en
Na+ en Cl- juist buiten de cel (Ca2+ zit voornamelijk in celorganellen opgeslagen).
Rustmembraanpotentiaal
Doordat K+ zich vooral in de cel bevindt is hier de concentratie groter dan buiten de cel en wil K+ de
cel uitstromen via de selectieve K+-kanalen (concentratie/diffusie gradiënt). Door deze uitstroom
neemt het aantal positief geladen ionen binnen de cel af en ontstaat een negatieve lading binnen de
cel en een positieve lading buiten de cel. Deze elektrische
kracht doet juist het tegenovergestelde en probeert het
positief geladen K+ weer naar binnen te trekken
(elektrische gradiënt). Door deze twee tegenovergestelde
krachten (gradiënten) ontstaat er een evenwicht
(equilibrium) in zowel concentratie als lading van K+
tussen het cytoplasma en de extracellulaire vloeistof, met
behulp van het celmembraan. Dit wordt het equilibrium
potentiaal van K+ genoemd (EK) en is -80 mV.
Aangezien kalium niet het enige ion is dat hierbij een rol
speelt, zijn er voor de verschillende ionen verschillende
equilibrium potentialen. Hierbij bepaalt het
concentratieverschil van een ion ook het equilibrium
potentiaal. Deze is voor Na+ ongeveer +60 mV en voor Cl-
ongeveer -90 mV. Het positieve Na+ bevindt zich
voornamelijk buiten de cel, waardoor het ENa positief is.
Ook Cl- bevindt zich buiten de cel, maar door de negatieve
lading van Cl- wordt het ECl juist negatief (zie afbeelding).
3
, MGZ – Samenvatting Q6 | Joris van Doremalen
Deze equilibrium potentialen vormen samen met de lading van andere moleculen (intracellulair
vooral negatief geladen moleculen) grotendeels de rustmembraanpotentiaal (Vm) van -70 mV
(meestal tussen -40 mV en -95 mV). Extracellulair is per definitie 0 mV. De permeabiliteit voor een
ion speelt hierbij ook een aanzienlijke rol. Deze wordt bepaald door het aantal geopende ion-kanalen
in de membraan. Dit is voor K+ (en Cl-) veel meer dan voor Na+, waardoor de
rustmembraanpotentiaal meer richting de EK ligt, dan de ENa. Hierbij is dus de regel: “Hoe hoger de
permeabiliteit, hoe meer invloed de equilibriumpotentiaal op de membraanpotentiaal heeft”.
Belangrijk bij het in standhouden van de rustmembraanpotentiaal is de Na+/K+-ATPase. Dit is een
transporteiwit in het membraan dat 3 Na+ naar buiten en 2 K+ naar binnen transporteert. Hiermee
compenseert het de lekkage van Na+ de cel in. Ook tijdens de actiepotentiaal speelt de Na+/K+-
ATPase weer een essentiële rol, namelijk het naar buiten pompen van het ingestroomde Na + tijdens
de actiepotentiaal.
Actiepotentiaal
Het openen en sluiten van ion-kanalen speelt een
belangrijke rol bij het ontstaan van een actiepotentiaal.
De kans dat verschillende typen ion-kanalen openen
kan door externe stimuli verhoogd of verlaagd worden.
Zo zijn de belangrijkste in dit geval de elektrisch
gereguleerde (membraanpotentiaal) en chemisch
gereguleerde (ligand: neurotransmitter) ion-kanalen.
Tijdens een actiepotentiaal zijn vooral de
permeabiliteit van Na+ en K+ belangrijk en daarmee het
wel of niet open staan van betreffende ion-kanalen.
Voor het opwekken van een actiepotentiaal moet een drempelwaarde overstegen worden. De
drempelwaarde is het voltage (membraanpotentiaal) dat minimaal gehaald moet worden om een
actiepotentiaal op te wekken. Wanneer deze drempelwaarde (ongeveer -50 mV) niet wordt
overstegen, wordt er gesproken van een lokale respons (graded potential). Wanneer deze
drempelwaarde wel wordt overstegen, vindt er depolarisatie plaats door het openen van voltage-
afhankelijke Na+-kanalen en ontstaat een actiepotentiaal. Een actiepotentiaal is altijd hetzelfde en is
onafhankelijk van de mate van overstijgen van de drempelwaarde (‘alles of niets’).
De actiepotentiaal resulteert in een tijdelijk positief membraanpotentiaal, waardoor de voltage-
afhankelijke Na+-kanalen geïnactiveerd worden en er meer K+-kanalen opengaan. Hierdoor vindt de
repolarisatie plaats. De K+-kanalen hebben echter een vertraagd effect (delayed rectifier), waardoor
ze nog iets te lang openblijven en zorgen voor een duik onder de rustmembraanpotentiaal. Dit wordt
de hyperpolarisatie genoemd.
De inactivatie van de Na+-kanalen houdt nog even aan, waardoor er niet direct een nieuwe
depolarisatie kan plaatsvinden. Deze absoluut refractaire periode begint bij het overstijgen van de
drempelwaarde en eindigt bij het duiken onder de drempelwaarde. Wanneer een deel van de Na+-
kanalen weer actief is (wel gesloten), kan er met een versterkte prikkel wel al een depolarisatie
teweeg gebracht worden (weer open). Deze relatief refractaire periode begint bij het duiken onder
de drempelwaarde en eindigt bij het bereiken van de rustmembraanpotentiaal na hyperpolarisatie.
De refractaire periode zorgt er dus ook voor dat het signaal maar één kant op kan gaan.
4
, MGZ – Samenvatting Q6 | Joris van Doremalen
Signaalgeleiding
Een stimulus is nodig om een reactie op te wekken, zowel een lokale respons als een actiepotentiaal.
Een stimulus kan bestaan uit een depolariserende stimulus (bijvoorbeeld door electrode), een
synaptisch potentiaal of een receptorpotentiaal. Wanneer de drempelwaarde niet wordt overstegen
en enkel een lokale respons opgewekt wordt, verspreidt het signaal over de axon, maar neemt snel
af door ‘weglekken’ over het membraan. Wanneer de drempelwaarde wordt overstegen en een
actiepotentiaal opgewekt wordt, verspreidt het signaal over de axon en blijft constant. Doordat de
drempelwaarde in het gebied van de stimulus wordt overschreden en daarmee het
membraanpotentiaal enorm stijgt (depolarisatie) door openen van de Na+-kanalen, is het
potentiaalverschil groot genoeg om in een nabijgelegen gebied ook de drempelwaarde te overstijgen
en daar ook een actiepotentiaal teweeg te brengen (werkt als een soort booster). Doordat de K+-
kanalen vertraagd werken en ‘achter het actiepotentiaal aanlopen’, wordt voorkomen dat het signaal
continue twee kanten op schiet en verspreidt het signaal maar één kant op. Dit gaat zo door tot het
einde van het axon.
Dit mechanisme van signaalgeleiding kan verbeterd worden op verschillende manieren. Zo zorgt het
vergroten van de diameter van het axon voor een snellere passieve geleiding van de actiepotentiaal.
Een andere manier is het isoleren van de axon, waardoor het signaal niet ‘weglekt’ en er grotere
afstand tussen de ion-kanalen kan zitten (als het ware). Deze elektrische isolering in de vorm van
zogenaamde myeline-schedes wordt gefaciliteerd door gliacellen. De ruimte tussen deze myeline-
schedes waar een actiepotentiaal opnieuw wordt opgewekt, wordt een knoop van Ranvier genoemd.
Het ‘springen’ van knoop naar knoop is een proces genaamd saltatory conduction (150 m/s). De
geleiding bij ongemyeliniseerde axonen heet continuous conduction (0.5-10 m/s).
Synaptische communicatie
Aan het eind van een axon bevindt zich altijd een synaps waar signaaloverdracht/-transductie kan
plaatsvinden. Het signaal van een axon kan op twee manieren doorgegeven worden, via een
5
The benefits of buying summaries with Stuvia:
Guaranteed quality through customer reviews
Stuvia customers have reviewed more than 700,000 summaries. This how you know that you are buying the best documents.
Quick and easy check-out
You can quickly pay through credit card or Stuvia-credit for the summaries. There is no membership needed.
Focus on what matters
Your fellow students write the study notes themselves, which is why the documents are always reliable and up-to-date. This ensures you quickly get to the core!
Frequently asked questions
What do I get when I buy this document?
You get a PDF, available immediately after your purchase. The purchased document is accessible anytime, anywhere and indefinitely through your profile.
Satisfaction guarantee: how does it work?
Our satisfaction guarantee ensures that you always find a study document that suits you well. You fill out a form, and our customer service team takes care of the rest.
Who am I buying these notes from?
Stuvia is a marketplace, so you are not buying this document from us, but from seller JorisVD. Stuvia facilitates payment to the seller.
Will I be stuck with a subscription?
No, you only buy these notes for $10.72. You're not tied to anything after your purchase.
