Al het leven is afkomstig uit de zee. Daarom zijn er omstandigheden in het lichaam die voortbouwen op deze oorspronkelijke levensomstandigheden. Dit betekent dat er vitale bouwstenen in het organisme zitten zouten Ze maken alle fysiologische processen mogelijk, maken deel uit van de organen en vormen ionen in waterige oplossing. Natrium en kalium chloride zijn dominant zouten in cellen. In ionische vorm sturen ze eiwitfuncties aan, bepalen ze de osmotisch actieve componenten tussen de interne en externe condities van de cel en veroorzaken ze elektrische potentialen. Een van die mogelijkheden is de membraanpotentiaal.
Wat is het membraanpotentieel?
Een membraanpotentiaal is de elektrische spanning of het potentiaalverschil tussen de buitenkant en binnenkant van een celmembraan Alle cellen hebben de eigenschap een membraanpotentiaal te vormen. Onder membraanpotentiaal wordt verstaan de elektrische spanning of het potentiaalverschil tussen de buitenkant en de binnenkant van een celmembraan Bij geconcentreerde elektrolyt solutions van een membraan zijn van elkaar gescheiden en er is geleidbaarheid in het membraan voor ionen, er treedt een membraanpotentiaal op. Biologische processen in het lichaam zijn buitengewoon complex. Vooral voor spier- en zenuwcellen, en ook voor alle sensorische cellen, speelt de membraanpotentiaal een doorslaggevende rol. In al deze cellen verkeert het proces in rust. Alleen door een bepaalde prikkel of excitatie worden de cellen geactiveerd en treedt er een spanningsverandering op. De verandering vindt plaats vanuit het rustpotentieel en keert ernaar terug. In dit geval spreken we van depolarisatie. Dit is de afname van het membraanpotentieel als gevolg van elektrische, chemische of mechanische effecten. De spanningsverandering vindt plaats als een impuls en wordt langs het membraan overgedragen, waardoor informatie door het hele organisme wordt verzonden en de afzonderlijke organen met elkaar kunnen communiceren, de zenuwstelselen het milieu.
Functie en taak
De cel in het menselijk lichaam is prikkelbaar en bestaat uit natrium ionen, voor zover ze extracellulair zijn. Weinig natrium ionen zijn intracellulair aanwezig. De onbalans tussen de binnenkant en de buitenkant van de cel resulteert in een negatieve membraanpotentiaal. Membraanpotentialen zijn altijd negatief geladen en hebben constante en karakteristieke grootheden in individuele celtypen. Ze worden gemeten met micro-elektroden, de ene leidt naar het inwendige van de cel en de andere bevindt zich in de extracellulaire ruimte als referentie-elektrode. De oorzaak van een membraanpotentiaal is het verschil in concentratie van ionen. Dit betekent dat er elektrische spanning wordt opgebouwd over het membraan, zelfs als het net is distributie van positieve en negatieve ionen is aan beide kanten hetzelfde. Een membraanpotentiaal bouwt zich op omdat de lipidelaag van de cel het mogelijk maakt dat ionen zich ophopen op het membraanoppervlak, maar ze kunnen niet doordringen door niet-polaire gebieden. De celmembraan heeft een te lage geleidbaarheid voor de ionen om dit te doen. Dit resulteert in een hoge diffusiedruk. Niet alleen als geheel heeft elke individuele cel elektrische geleidbaarheid. De diffusiedruk leidt dan tot overdracht vanuit het cytoplasma. Zodra een kalium ion ontsnapt onder deze omstandigheden, positieve lading gaat verloren in de cel. Als gevolg hiervan wordt het binnenmembraanoppervlak negatief geladen om een evenwicht Aldus wordt een elektrische potentiaal gevormd. Dit neemt toe met elke verandering van zijden van de ionen. De concentratie gradiënt van het membraan neemt af, en daarmee de diffusiedruk van de kalium De uitstroom wordt hierdoor onderbroken en er ontstaat een nieuw evenwicht. Het niveau van een membraanpotentiaal verschilt van cel tot cel. In de regel is het negatief met betrekking tot de buitenkant van de cel en varieert in grootte van (-) 50 mV tot (-) 100 mV. In gladde spiercellen daarentegen ontwikkelen zich kleinere membraanpotentialen van (-) 30 mV. Zodra de cel uitzet, wat het geval is bij spier- en zenuwcellen, verschilt ook de membraanpotentiaal ruimtelijk. Daar dient het voornamelijk als voortplanting en signaaloverdracht, terwijl het in sensorische cellen informatieverwerking mogelijk maakt. Dit laatste gebeurt in dezelfde vorm in het midden zenuwstelsel. In de mitochondria en chloroplasten is de membraanpotentiaal de energetische koppeling tussen de energiestofwisselingsprocessen. In dit proces worden ionen tegen de spanning in getransporteerd. Onder dergelijke omstandigheden is meten moeilijk, vooral als het moet plaatsvinden zonder mechanische, chemische of elektrische interferentie. Andere verhoudingen komen voor aan de buitenkant van de cel, dwz in de extracellulaire vloeistof. Er zijn geen eiwitten moleculen daar, en daarom is de verhouding omgekeerd. Hoewel het proteïne moleculen hebben een hoge geleidbaarheid, ze kunnen de membraanwand niet passeren. Positieve kaliumionen streven altijd naar evenwicht de concentratie Daarom is een passief transport van de moleculen in de extracellulaire vloeistof komt voor. Dit proces gaat door totdat de opgebouwde elektrische lading weer in evenwicht is. In dit geval treedt een Nernst-potentiaal op. Dit stelt dat een potentiaal kan worden berekend voor alle ionen, aangezien de grootte afhangt van de concentratiegradiënt aan beide zijden van het membraan. Voor kalium is de grootte onder fysiologische omstandigheden (-) 70 tot (-) 90 mV en voor natrium ongeveer (+) 60 mV.
Ziekten en aandoeningen
De grootte van het membraanpotentiaal kenmerkt het algemeen volksgezondheid van de cellen. Een gezonde cel heeft de grootte van (-) 70 tot (-) 90 mV. De energiestroom is sterk en de cel is sterk gepolariseerd. Vijftig procent van de subtiele energie wordt gebruikt voor polarisatie. Dienovereenkomstig is het membraanpotentieel hoog. In een zieke cel is de situatie anders. Het heeft fijnstoffelijke energie uit zijn omgeving nodig door het energiearme gebied. Daarbij voert het ofwel een horizontale oscillatie uit of een bocht naar links. Het membraanpotentiaal van deze cellen is erg laag, evenals de celtrilling. Kanker cellen hebben bijvoorbeeld slechts een grootte van (-) 10 mV. De infectiegevoeligheid is daardoor erg hoog.
