De Membraanpotentiaal College Hst 3, paragraaf 3.2-3.4 De Membraanpotentiaal Dr. Harold van Rijen h.v.m.vanrijen@umcutrecht.nl

Impuls vorming en geleiding in het hart electrische impuls ontstaat in de sinusknoop, wordt over de boezems geleid naar de AV-knoop. De voorgestelde banen in het atrium zijn op z’n zachtst gezegd discutabel. Waarschijnlijk afwezig dus. In de AV-knoop wordt de impuls zeer traag voortgeleid (vulling ventrikels) om vervolgens via het specifiieke geleidingssysteem (His-bundel- bundeltakken-purkinje vezels) snel te geleiden naar de Apex (hartpunt) en vervolgens het hele ventriculaire myocard te activeren. electrische activatie volgorde = contractie volgorde door excitatie-contractie koppeling

Membraanpotentiaal Membraanpotentiaal is een electrisch potentiaalverschil tussen binnenzijde cel en buitenzijde cel (=altijd 0mV)

Ion concentraties Een van de factoren die een belangrijke rol speelt bij het ontstaan en in stand houden van de memebraanpotentiaalk is het feit dat er verschillen zijn in ionconcentraties tussen de intracellulaire (cytoplasma) en extracellulaire vloeistof. 5

Kalium-Nernstpotentiaal 5 mM K+ 5 mM X- 150 mM K+ 150 mM X- EK=-90 mV Behalve dit verschil in ionconcentraties is ook de geleidbaarheid belangrijk. Bv. hier voor kalium Intra- en extracellulair is de kaliumconcentratie verschillend, maar door de aanwezigheid van dezelfde concentratie van een X-anion is er wel electrische neutraliteit in de cell. Membraanpotentiaal os dus 0 mV. Wanneer nu echter de cel specifiek permeabel wordt gemaakt door kalium-ionkanalen zullen de kaliumionen naar buiten diffunderen met hunne chemische gradient mee. Doordat positieve lading de cel verlaat zal de membraanpotentiaal negatief worden. Hierdoor wordt het steeds moeilijker voor positieve lading om de cel te verlaten totdat er evenwicht is tussen de electrische en chemische gradient voor kalium ionen. De ligging van dit electrochemisch evenwicht is uit te rekenen met de Nernst-vergelijking. In dit geval voor kalium is dit -90 mV. Voor de instelling van zo’n evenwicht gaan slechts enkele duizenden ionen over de membraan en hebben dus geen invloed op de ionconcentratie. Nernst-vergelijking E= R·T F·z ln [out] [in] = 8.3·310 9.64·104·1 ln [5] [150] = -0.091 V ≈ -90 mV

Natrium-Nernstpotentiaal ENa=+60 mV 15 mM Na+ 15 mM X- Gelijksoortig verhaal voor Natrium, maar nu chemische kracht naar binnen, electrische kracht naar buiten 150 mM Na+ 150 mM X- Nernst-vergelijking E= R·T F·z ln [out] [in] = 8.3·310 9.64·104·1 ln [150] [15] = 0.060 V ≈ +60 mV

Membraan potentiaal Goldman-Hodgkin-Katz-vergelijking 150 mM K+ 150 mM X- 5 mM K+ 5 mM X- EK=-90 mV 15 mM Na+ 15 mM X- 150 mM Na+ ENa=+60 mV 1 ATP 2 K+ 3 Na+ R·T F·z ln ·[K+]o PK ·[K+]i ·[Na+]o +PNa +P Na ·[Na+]i Vm= bv in neuron: PK>>PNa Vm=-70 mV In een cel zijn meerdere nernstpotentialen veantwoordlijk voor de ligging van de membraanpotentiaal. De acutele ligging is afhankelijk van de geleidbaarheid van de membraan voor verschillende ionen op dat moment. De evenwichtspotentiaal van het iom met de grootsts geleidbaarheid zal dan de grootste nadruk kunne leggen op de membraanpotentiaal. In dit geval bv is de PK>>PNa (bv 95:1). De membraanpotentiaal ligt dan dus dicht bij de EK. Dit is uit te rekenen met de GHK- vergelijking

Factoren die membraanpotentiaal beinvloeden geleidbaarheid voor verschillende ionen concentraties binnen/buiten van ionen Is normaliter constant

toegenomen Na+ geleidbaarheid ENa=+60 mV 0 mV toename GNa: Toename van bijdrage ENa aan Vm: Depolarisatie Vm=-70 mV EK=-90 mV Vm minder negatief: Depolarisatie

toegenomen K+ geleidbaarheid ENa=+60 mV 0 mV Als GK verder toeneemt wordt invloed EK nog groter: Hyperpolarisatie Vm=-70 mV EK=-90 mV Vm negatiever: hyperpolarisatie

Actiepotentiaal Tijdelijke regeneratieve verandering van de membraanpotentiaal, veroorzaakt door tijdelijke veranderingen van membraanpermeabiliteit voor specifieke ionen.