Wat is hyperpolarisatie?

Hyperpolarisatie treedt op wanneer het verschil in elektrische potentiaal tussen twee zijden van een cellulair membraan aanzienlijk verandert, wat resulteert in een groot elektrisch potentiaal over het membraan. In het bijzonder wordt de waarde van de elektrische potentiaal over het membraan negatiever, wat betekent dat de lading aan de binnenkant van het celmembraan negatiever is dan de lading aan de buitenkant van het membraan. Dit proces wordt vaak waargenomen in de neurowetenschappen, omdat neuronen worden geactiveerd door processen waarbij veranderingen in elektrisch potentieel optreden. Het tegenovergestelde van hyperpolarisatie is depolarisatie, waarbij het potentieel van een cel positiever wordt, wat betekent dat er aanzienlijk minder negatieve lading in het celmembraan is.

Elektrochemische processen zijn in het algemeen verantwoordelijk voor het optreden van hyperpolarisatie door cellulaire membranen. De concentraties van verschillende chemicaliën aan verschillende zijden van een membraan kunnen ervoor zorgen dat een elektrisch potentiaal zich over het membraan ontwikkelt. Over het algemeen zal, wanneer de elektrische potentiaal een bepaald punt bereikt, een biologisch proces worden gestart, zoals het afvuren van een neuron. Na dit punt heeft het membraan de neiging terug te keren naar zijn rustpotentiaal, of de elektrische potentiaal voordat enige stimuli de elektrochemische gebeurtenis veroorzaakten. In neuronen gebeurt dit proces continu; stimuli veroorzaken polarisatie over een membraan, en wanneer de mate van die polarisatie een bepaalde drempel overschrijdt, vuurt het neuron en keert terug naar zijn rustpotentiaal.

Een neuron zal niet schieten totdat zijn elektrische potentiaal een bepaalde drempel overschrijdt. Bij het bereiken van de drempel neemt de elektrische potentiaal drastisch toe, waardoor het neuron een elektrisch signaal naar andere delen van het lichaam kan sturen. Hyperpolarisatie treedt op na deze piek in potentieel; de elektrochemische potentiaal wordt kort negatief en daalt onder de rustpotentiaal voordat hij terugkeert naar de rustpotentiaal. Gewoonlijk duurt deze fase van hyperpolarisatie slechts een korte fractie van een seconde.

Hyperpolarisatie en elektrische potentialen over membranen omvatten in het algemeen de overdracht van elektronen in ionen. Een ion is een atoom dat een positieve of een negatieve lading heeft. Kalium- en chloorionen zijn gewoonlijk betrokken bij elektrochemische potentialen; hun relatieve concentraties bepalen de grootte van het elektrochemische cellulaire potentieel. In de rustfase ligt kalium in het celmembraan; bij blootstelling aan een stimulus stroomt het kalium naar buiten en stromen negatieve chloorionen de cel in door het membraan. Af en toe veroorzaken natrium- en calciumionen ook elektrochemische cellulaire potentialen over cellulaire membranen.