Aksiyon Potansiyelinin Fazları ve Hodgkin-Huxley Kuramı
Aksiyon potansiyeli, uyarılabilir bir zarın depolarizasyon eşiği aştığında ürettiği, kalıplaşmış bir voltaj değişimleri dizisidir. Bu dizi, hızlı bir depolarize edici yükseliş, sıfırın üzerine çıkan bir aşım (overshoot), repolarize edici bir iniş ve genellikle geçici bir hiperpolarizasyon aşamasından geçerek dinlenim durumuna geri dönmektedir. Hodgkin-Huxley kuramı, bu diziyi voltaja ve zamana bağlı sodyum ve potasyum iletkenliklerinin bir ürünü olarak nicel bir şekilde açıklamaktadır.
Tanım
Aksiyon potansiyeli, depolarize edici bir yükseliş, bir aşım (overshoot), repolarize edici bir faz ve bir art-hiperpolarizasyon (afterhyperpolarisation) içeren, zar potansiyelinin geçici, rejeneratif bir tersine dönmesidir; Hodgkin-Huxley kuramı bu fazları, kapılama değişkenleri (gating variables) tarafından tanımlanan voltaja bağlı sodyum ve potasyum iletkenliklerinin bir sonucu olarak modellemektedir.
Kapsam
Bu konu, aksiyon potansiyelinin ardışık fazlarını ve bunları açıklayan Hodgkin-Huxley çerçevesini tanımlamaktadır. Her fazın iyonik temelini, iletkenliği yöneten kapılama değişkenlerini (gating variables) ve modelin impulsı nasıl yeniden ürettiğini ve tahmin ettiğini kapsamaktadır. Bu, klinik bir rehberlik olarak değil, temel fizyoloji ve elektrofizyoloji olarak ele alınmaktadır.
Temel sorular
- Aksiyon potansiyelinin yükselişini, repolarizasyonunu ve art-hiperpolarizasyonunu (afterhyperpolarisation) hangi iyonik akımlar üretmektedir?
- Hodgkin-Huxley kapılama değişkenleri (m, h, n), sodyum ve potasyum iletkenliğinin zaman seyrini nasıl yakalamaktadır?
- Zar, yükseliş sırasında neden sıfırın üzerine çıkmakta (overshoot) ve sodyum denge potansiyeline yaklaşmaktadır?
Anahtar kavramlar
- Depolarize edici yükseliş
- Aşım (Overshoot)
- Repolarizasyon
- Art-hiperpolarizasyon (Afterhyperpolarisation)
- Sodyum ve potasyum iletkenlikleri
- Kapılama değişkenleri (m, h, n)
- Denge (Nernst) potansiyelleri
Temel kuramlar
- Hodgkin-Huxley modeli
- Zar akımının sodyum, potasyum ve kaçak (leak) bileşenlerinin toplamı olduğu, iletkenliklerin voltaja ve zamana bağlı kapılama değişkenleri (gating variables) tarafından yönetildiği nicel bir açıklama; denklemler aksiyon potansiyelini, eşiğini ve iletimini yeniden üretmektedir.
- Sodyum hipotezi
- Aksiyon potansiyelinin yükseliş fazının ve aşımının (overshoot), zarın sodyuma karşı geçirgenliğindeki geçici bir artışla üretildiği ve potansiyeli sodyum denge potansiyeline doğru sürüklediği önerisi.
Mekanizmalar
Depolarizasyon eşiğe ulaştığında, voltaj kapılı sodyum kanalları hızla açılmaktadır; bunun sonucunda oluşan sodyum akışı rejeneratiftir, zarı sodyum denge potansiyeline doğru daha da depolarize etmekte ve dik yükseliş ile aşımı (overshoot) üretmektedir. Hodgkin ve Katz, yükselişin hücre dışı sodyuma bağlı olduğunu ilk kez göstermişlerdir. Sodyum kanalları daha sonra inaktive olurken, voltaj kapılı potasyum kanalları daha yavaş açılmaktadır, bu nedenle potasyum çıkışı zarı repolarize etmektedir; devam eden potasyum iletkenliği, potansiyeli geçici olarak dinlenim seviyesinin altına çekerek art-hiperpolarizasyonu (afterhyperpolarisation) oluşturabilmektedir. Hodgkin ve Huxley bu akımları deneysel olarak ayırmış ve her bir iletkenliği, voltaja ve zamana bağlılığı tüm faz dizisini ve yayılan impulsı yeniden üreten kapılama değişkenleri (gating variables) ile temsil etmişlerdir.
Klinik önem
Her aksiyon potansiyeli fazının iyonik temelini anlamak, uyarılabilirliğin ve değişen sodyum veya potasyum akımlarının ateşlemeyi nasıl değiştirdiğinin yorumlanmasının temelini oluşturmaktadır. Bu girdi, normal mekanizma hakkında açıklayıcı bir referans materyalidir ve bireysel klinik kararlar için bir temel teşkil etmemektedir.
Kanıt ve kılavuzlar
Faz yapısı ve iyonik temeli, Hodgkin-Huxley'in kalamar dev aksonu üzerindeki voltaj-kelepçe (voltage-clamp) çalışmalarından ve memeli nöronlarındaki aksiyon potansiyellerine ilişkin sonraki derlemelerden türemektedir; bunlar klinik kılavuzlardan ziyade mekanistik çalışmalardır.
Tarihçe
Hodgkin ve Katz'ın 1949'da aşımın (overshoot) hücre dışı sodyuma bağlı olduğunu göstermesinin ardından, Hodgkin ve Huxley, sodyum ve potasyum akımlarını ayırmak için kalamar dev aksonu üzerinde voltaj kelepçesini (voltage clamp) kullanmış ve 1952'de bunları bir denklem sistemi olarak ifade etmişlerdir. Bu model, aksiyon potansiyelinin şeklini, eşiğini, refrakterliğini ve iletim hızını yeniden üretmiş olup, hesaplamalı nörofizyolojinin temelini oluşturmaya devam etmektedir.
Öne çıkan isimler
- Alan Hodgkin
- Andrew Huxley
- Bernard Katz
- Bruce Bean
İlgili konular
Temel eserler
- hodgkin-huxley-1952
- hodgkin-katz-1949
- hodgkin-huxley-1952-currents
Sıkça sorulan sorular
- Aksiyon potansiyelinin yükselişine ne sebep olmaktadır?
- Hızla açılan voltaj kapılı sodyum kanalları aracılığıyla sodyum iyonlarının rejeneratif bir akışı, bu da zar potansiyelini sodyum denge potansiyeline doğru sürüklemektedir.
- Neden bir art-hiperpolarizasyon (afterhyperpolarisation) meydana gelmektedir?
- Voltaj kapılı potasyum kanalları, zar repolarize olduktan sonra açık kalmaya devam etmekte ve devam eden potasyum çıkışı, kanallar kapanmadan önce potansiyeli kısa bir süreliğine dinlenim seviyesinin altına çekebilmektedir.