Επ. 06: Από τα ιόντα στο ηλεκτρικό σήμα

Αυτόματη μεταγραφή — ενδέχεται να περιέχει λάθη.

01:00 Η διαφορά δεν είναι απλώς χημική. Μπορεί να δημιουργήσει και μια ηλεκτρική διαφορά. Και κάπως έτσι αρχίζει η σημερινή μας ιστορία. Σήμερα θα προσπαθήσουμε να καταλάβουμε πώς ένα κύτταρο μπορεί να δημιουργήσει ηλεκτρικό σήμα, όχι με μαθηματικά, με εξισώσεις, αλλά βήμα-βήμα, σαν να χτίζουμε ένα κύκλωμα από την αρχή. Πριν μιλήσουμε για ηλεκτρισμό, πρέπει να ξεκαθαρίσουμε έτσι κάτι βασικό.

01:31 Ένα ιόν είναι ένα άτομο ή μόριο που έχει ηλεκτρικό φορτίο. Μπορεί να είναι είτε θετικά φορτισμένο, τα κατ' ιόντα, είτε αρνητικά φορτισμένο, τα ανιόντα. Σήμερα θα μας απασχολήσουν τρία πολύ σημαντικά ιόντα. Το νάτριο, το κάλιο και το χλώριο. Τα δύο πρώτα είναι θετικά φορτισμένα, ενώ το τελευταίο είναι αρνητικά φορτισμένο.

01:55 Και εδώ είναι το πρώτο σημαντικό πράγμα. Δεν βρίσκονται στην ίδια συγκέντρωση μέσα και έξω από το κύτταρο. Γενικά το νάτριο βρίσκεται περισσότερο έξω από το κύτταρο, ενώ το κάλιο βρίσκεται περισσότερο μέσα. Και αυτή η διαφορά είναι απολύτως απαραίτητη για να μπορεί ένα κύτταρο να δημιουργήσει ηλεκτρικά σήματα. Και κάπου εδώ εμφανίζεται ένας παλιός μας γνωστός από το προηγούμενο επεισόδιο, η Αντλία Νατρίου Καλίου ή αλλιώς η Τιπάση Νατρίου Καλίου, γιατί επειδή χρησιμοποιεί ενέργεια και άρα ATP για να λειτουργήσει.

02:33 Και τι κάνει, καταρχήν δουλεύει ασταμάτητα και συνεχώς, είναι πρωτοήνη της κυταρικής μεμβράνης και η δουλειά της είναι να μεταφέρει τρία ανάτρια προς τα έξω και δύο κάλια προς τα μέσα. Και επειδή αυτή η μεταφορά, όπως είπαμε, γίνεται κόντρα στις φυσικές βαθμίδες των ιόντων, χρειάζεται ενέργεια. Και άρα ATP. Αν θέλουμε να το φανταστούμε έτσι και λίγο πιο απλά, μπορούμε να σκεφτούμε δύο δεξαμενές.

02:59 Στη μία πλευρά θέλουμε να κρατάμε πολύ νάτριο και στην άλλη πλευρά θέλουμε να κρατάμε πολύ κάλιο. Αν τις αφήσουμε μόνες στους αυτές τις δύο δεξαμενές, οι διαφορές σιγά σιγά θα χαθούν και θα επέλθει η ισορροπία. Ενώ η αντιλία ανατρίου καλείου δουλεύει συνεχώς για να τις διατηρεί. Πάμε στο δεύτερο bullet και θα θυμηθούμε πάλι από το προηγούμενο επεισόδιο, ότι τα φορτισμένα ιόντα δεν μπορούν απλώς να περάσουν μέσα από τη λιπιδική διπλωστιβάδα, κυρίως επειδή είναι φορτισμένα.

03:32 Χρειάζονται κανάλια ή αλλιώς channels στα αγγλικά. Και υπάρχουν διαφορετικά κανάλια για διαφορετικά ιόντα. Ποιοι υπάρχουν κανάλια ανατρίου, καλείου και χλωρίου. Κάποια ανοίγουν μόνο όταν συμβαίνει κάτι συγκεκριμένο, ενώ κάποια είναι είτε σχεδόν συνεχώς ανοιχτά και επιτρέπουν μια συνεχή μικρή διαρροή. Αυτά ονομάζονται κανάλια διαρροής ή leak channels.

03:58 Και για το δυναμικό ηρεμίας έχουν ιδιαίτερη σημασία τα κανάλια διαρροής του καλείου. Τώρα, τι είναι το δυναμικό ηρεμίας? Είναι η διαφορά ηλεκτρικού φορτίου ανάμεσα στο εσωτερικό και στο εξωτερικό του κυτάρου όταν το κύτταρο βρίσκεται σε ηρεμία και δεν δέχεται κάποιο νευρικό ερέθισμα. Δηλαδή το κύτταρο κρατάει περισσότερα θετικά φορτία έξω και το εσωτερικό του είναι πιο αρνητικό.

04:29 Κρατήστε το αυτό και θα το εξηγήσουμε λίγο αργότερα παραπάνω. Τώρα τρίτο μπούλετ. Τι είναι η ηλεκτροχημική βαθμίδος, η ηλεκτροχημική βαθμίδα όπως θέλετε πείτε το. Ένα ιόν δεν επηρεάζεται μόνο από το που υπάρχει περισσότερο και που λιγότερο. Επηρεάζεται από δύο δυνάμεις. Την χημική και την ηλεκτρική. Πάμε στη χημική δύναμη. Ένα ιόν τίνει να μετακινηθεί από μια περιοχή που υπάρχει σε υψηλή συγκέντρωση προς μια περιοχή που υπάρχει σε λιγότερη συγκέντρωση.

05:01 Αυτό το έχουμε δει ήδη με την διάχυση. Τώρα, η ηλεκτρική δύναμη. Τι ξέρουμε οι περισσότεροι από το σχολείο. Τα αντίθετα φορτία έλκονται. Δηλαδή ένα θετικό και ένα αρνητικό φορτίο έλκονται. Τα ίδια φορτία αποθούνται, άρα δύο θετικά αποθούνται, οι δύο αρνητικά. Άρα ένα θετικό ιόν επηρεάζεται και από το αν το εσωτερικό ή το εξωτερικό του κιτάρου είναι πιο θετικό ή πιο αρνητικό.

05:28 Αν ενώσουμε αυτές τις δύο δυνάμεις, τη χημική και την ηλεκτρική, κάνουμε την ηλεκτροχημική βαθμίδωση, που είναι η συγκέντρωση των ιόντων και το φορτίο που έχουμε. Τώρα, θυμηθείτε ότι μέσα στο κύτταρο έχουμε πολύ περισσότερο κάλιο από ό,τι έξω. Άρα από πλευρά συγκέντρωσης το κάλιο έχει την τάση να βγει προς τα έξω. Και επειδή υπάρχουν αρκετά κανάλια διαρροής καλείου, ένα μέρος του καλείου πράγματι φεύγει.

06:02 Και τι συμβαίνει όμως τότε, επειδή το κάλιο είναι θετικό, είναι κατιόν, κάθε φορά που φεύγει λίγο προς τα έξω, μέσα στο κύτταρο, μένουν περισσότερα αρνητικά φορτία. Άρα σιγά σιγά λοιπόν το εσωτερικό του κυττάρου γίνεται πιο αρνητικό σε σχέση με το εξωτερικό. Και εδώ δημιουργούμε κάτι πολύ σημαντικό. Αυτή η ηλεκτρική διαφορά ανάμεσα στο εσωτερικό και το εξωτερικό της μεμβράνης ονομάζεται δυναμικό ηρεμίας.

06:32 Και σε έναν τυπικό νευρό, ένα νευρικό κύτταρο, είναι περίπου στα πλήν 70 μιλιβολτ. Δεν χρειάζεται να κολλήσουμε στον αριθμό. Το σημαντικό είναι ότι το αρνικό πρόσημο σημαίνει ότι το εσωτερικό της μεμβράνης είναι πολύ πιο αρνητικό σε σχέση με το εξωτερικό. Και θέλω να προσέξετε και κάτι ακόμα τη λέξη ηρεμία. Δεν σημαίνει ότι το κύτταρο δεν κάνει τίποτα.

06:54 Η αντιλία δουλεύει κανονικότατα, τα ιόντα μετακινούνται, η μεμβράνη είναι ενεργή. Απλώς το ηλεκτρικό δυναμικό βρίσκεται σε μια σχετικά σταθερή κατάσταση. Μένει εκεί στα 70μV και επειδή εδώ αρχίζουν τα σημεία που, εντάξει, όπως και να το κάνουμε, είναι πολύ πιο εύκολο να τα δεις παρά μόνο να τα ακούσεις, μπορείτε να με ακολουθήσετε και στο Instagram, mapping__medicine, όπου εκεί ανεβάζω μικρά βιντεάκια και σχεδιαγράμματα ώστε να βλέπουμε πιο παραστατικά πού βρίσκεται το μάτριο, πού βρίσκεται το κάλιο και πώς αλλάζει το ηλεκτρικό φορτίο της μεμβράνης.

07:35 Οπότε μέχρι τώρα το κύτταρό μας βρίσκεται στη βασική του ηλεκτρική κατάσταση, σε δυναμικό ηρεμίας. Αλλά ένας νευρόνας υπάρχει για να παίρνει ερέθισμα και να μεταφέρει πληροφορίες. Άρα κάποια στιγμή θα δεχθεί ένα ερέθισμα Και αυτό το ερέθισμα μπορεί να προκαλέσει μια μικρή αλλαγή στο δυναμικό της μεμβράνης Για παράδειγμα το εσωτερικό μπορεί να γίνει λίγο λιγότερο αρνητικό Όμως αυτό δεν σημαίνει ότι κάθε μικρή αλλαγή δημιουργεί αμέσως ένα μεγάλο ηλεκτρικό σήμα Υπάρχει ένα όριο Ένα κατόφλι, το οποίο ονομάζουμε ουδό Ουδό ή κατόφλι όπως θέλετε πείτε το Αν φτάσεις στο συγκεκριμένο σημείο, τότε ξεκινά μια λυσσιδωτή αντίδραση και αυτή είναι η αρχή του δυναμικού ενεργίας ή action potential.

08:26 Όταν φτάσουμε σε αυτή την ουδό, ανοίγουν πολλά κανάλια νατρίου και λόγω της ηλεκτροχημικής βαθμίδωσης αρχίζει και μπαίνει πολύ γρήγορα μέσα στο κύτταρο νάτριο. Άρα επειδή είναι θετικά φορτισμένο, όσο μπαίνει το νάτριο, το εσωτερικό γίνεται όλο και λιγότερο αρνητικό. Και για λίγο μπορεί να γίνει ακόμα και θετικό να φτάσει στα συν 20 ή συν 40 μιλιβολτ.

08:51 Αυτό ονομάζεται εκπόλωση. Άρα όταν μπαίνει το νάτριο, γίνεται εκπόλωση. Αυτό λέγεται στα αγγλικά depolarization. Φυσικά το νάτριο δεν συνεχίζει να μπαίνει για πάντα. Τα κανάλια ανατρίου μετά από λίγο δρανοποιούνται. Ταυτόχρονα ανοίγουν άλλα κανάλια. Τα κανάλια καλείου. Όχι αυτά που είναι σχεδόν συνέχεια ανοιχτά και αφήνουν το κάλιο να διαραίει προς τα έξω.

09:19 Άλλα κανάλια τα οποία παραμένουν κλειστά και ξαφνικά ανοίγουν οπότε το κάλιο αρχίζει να βγαίνει προς τα έξω. Και θυμηθείτε ότι το κάλιο είναι θετικά φορτισμένο. Άρα όταν θετικά φορτία φεύγουν από το κύτταρο, το εσωτερικό αρχίζει να γίνεται ξανά αρνητικό. Άρα αυτή η επιστροφή προς την αρνητική κατάσταση ονομάζεται επαναπόλωση.

09:42 Άρα επαναπόλωση όταν βγαίνει το κάλαιο και εκπόλωση όταν το νάτριο μπαίνει μέσα. Τα κανάλια καλείο όμως δεν κλείνουν πάντα ακριβώς στη στιγμή που το κύτταρο επέστρεψε στο αρχικό του δυναμικό Μπορεί να μείνουν ανοιχτά λίγο περισσότερο, άρα συνεχίζει να βγαίνει κάλιο Και έτσι το εσωτερικό γίνεται λίγο ακόμα πιο αρνητικό από το φυσιολογικό δυναμικό ηρεμίας Αυτό ονομάζεται υπερπόλωση Μετά τα κανάλια κλείνουν και σταδιακά το κύτταρο επιστρέφει στη βασική κατάσταση ηρεμίας.

10:26 Θα σταματήσουμε τώρα για λίγο, δεν θέλω να περάσουμε παρακάτω αν δεν έχουμε μία καθαρή εικόνα. Φανταστείτε λοιπόν ότι ο νευρόνας είναι ήρεμος. Το εσωτερικό του είναι αρνητικό. Έρχεται το ερέθισμα και το δυναμικό αλλάζει λίγο. Φτάνουμε στην ουδό και ξαφνικά ανοίγουν τα κανάλια νατρίου και μπαίνει πάρα πολύ νάτριο μέσα οπότε έχουμε εκπόλωση του κυτάρου.

10:51 Σε κάποια στιγμή όταν έχει μπει πολύ νάτριο μέσα τα κανάλια νατρίου αδρανοποιούνται και ανοίγουν τα κανάλια καλείου τα οποία αφήνουν το κάλιο να βγει έξω από το κύτταρο. Άρα έχουμε την επαναπόλωση των νευρών. Και επειδή δεν κλείνουν στιγμιαία, σιγά σιγά βγαίνει και λίγο περισσότερο κάλιο, οπότε έχουμε την υπερπόλωση των νευρών.

11:17 Και μετά επιστρέφουμε ξανά στο δυναμικό ηρεμίας. Αυτός είναι ο βασικός κύκλος. Και αν όλα τα προηγούμενα πραγματικά σας φαίνονται σαν πολλά βελάκια μέσα στο κεφάλι σας, στο Instagram θα βρείτε έτσι μικρές οπτικές αναπαραστάσεις αυτού του κύκλου, ώστε να μπορείτε να δείτε ταυτόχρονα το γράφημα και το πού κινούνται τα ιόντα.

11:37 Θα σας βοηθήσει πάρα πολύ. Ειδικά το συγκεκριμένο κεφάλαιο, όσο πιο παραστατικά το βλέπουμε, τόσο πιο εύκολο θα είναι να το καταλάβουμε και άρα να το μάθουμε και να το εμπεδώσουμε. Όλα αυτά που μάθαμε τώρα ήταν έτσι ο βασικός κορμός. Πάμε να βάλουμε μικρούς αστερίσκους γύρω από όλα αυτά που είπαμε. Ένα ωραίο χαρακτηριστικό του δυναμικού ενεργίας είναι ότι λειτουργεί με την αρχή όλα ή τίποτα.

12:09 Τι σημαίνει αυτό? Αν το ερέθισμα δεν είναι αρκετό για να φτάσει στο νουδό, δεν δημιουργείται το κανονικό δυναμικό ενεργίας. Αν όμως φτάσουμε στο νουδό, τότε το δυναμικό ενεργίας θα συμβεί. Το νευρικό σύστημα μπορεί να κωδικοποιεί την ένταση ενός ερεθίσματος, όχι κάνοντας κάθε σήμα τεράστιο, αλλά αλλάζοντας το πόσο συχνά εμφανίζονται τα σήματα.

12:32 Αυτό είναι ήδη λίγο πιο προχωρημένο. Αν είμαστε ακόμα πιο αρχαροί, να κρατήσουμε μόνο ότι αν είμαστε κάτω από το κατόφλι, δεν έχουμε δυναμικό ενεργίας. Αν έχουμε φτάσει στον εδωκείμαστα και παραπάνω, δημιουργείται δυναμικό ενεργίας. Δεύτερος αστερίσκος. Μετά από ένα action potential δυναμικό ενεργίας, Ο νευρόνας δεν μπορεί αμέσως να ξανακάνει ακριβώς το ίδιο πράγμα.

12:58 Για ένα πολύ μικρό χρονικό διάστημα υπάρχει ανερέφηστη περίοδος. Δηλαδή είναι μια φάση όπου είναι ουσιαστικά αδύνατον να ξεκινήσει ένα νέο δυναμικό. Και μετά μια δεύτερη φάση όπου είναι δυνατό αλλά χρειάζεται πολύ μεγαλύτερο αιρέθισμα. Άρα ο ουδός είναι πολύ πιο υψηλά. Και αυτό έχει μια πολύ σημαντική συνέπεια. Βοηθάει το ηλεκτρικό σήμα να ταξιδεύει προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση και όχι να αδιαχέεται από εδώ και από εκεί.

13:30 Σύν του ότι όταν ένα μικρό τμήμα της μεμβράνης εκπολώνεται προκαλώντας επίσης μια αλλαγή στο ηλεκτρικό περιβάλλον και του διπλανού του μήματος. Άρα σαν ντόμινο πέφτουν τα νευρικά κύτταρα. Και έτσι το σήμα προχωρά. Έχουμε μια διαδοχική αλλαγή της μεμβράνης τμήμα προς τμήμα. και αυτή η αλλαγή διαβίδεται. Το τρίτο αστεράκι έχουμε και την καλία, την καλία, την ατρία, την ατρία, την αντλία καλία νατρίου, παιδιά είναι 12 η ώρα, δεν αντέχω άλλο, που ουσιαστικά τι κάνει.

14:07 Χρησιμοποιώντας ένα ATP όπως έχουμε πει, βγάζει 3 νατρία έξω, 2 καλία μέσα και έτσι τι κάνει. Συμβάλλει στη δημιουργία και τη διατήρηση του δυναμικού ενέργου. Και τώρα τελειώνοντας το επεισόδιο, πάμε να κάνουμε μια μικρή κλινική στάση. Φανταστείτε ότι πηγαίνετε στον οδοντίατρο. Πριν κάνει μια υπόδονη πράξη, χρησιμοποιεί ένα τοπικό αισθητικό όπως πηχεί λιδοκαίνι.

14:34 Πώς λειτουργεί η λιδοκαίνι? Με πολύ απλά λόγια, τα τοπικά αισθητικά μπορούν να πλοκάρουν αυτούς τους διάβλους νατρίου, Οπότε άμα δεν ανοίξουν αυτή η διαβλή, το νάτριο δεν μπαίνει όπως πρέπει μέσα στο κύτερο και άρα αν δεν μπει δεν έχουμε φυσιολογική εκπόλωση. Αν δεν έχουμε εκπόλωση δεν θα έχουμε δυναμικό ενεργίας και άρα δεν θα μπορεί να δημιουργηθεί καν δυναμικό ενεργίας.

14:59 Επομένως το νεύρο δεν μεταφέρει αποτελεσματικά το σήμα του πόνου προς το κεντρικό νευρικό σύστημα και έτσι η περιοχή μου διάζει. Αυτό είναι πολύ ωραίο παράδειγμα για το πως κάτι που ακούγεται φουλ θεωρητικό, ένα κανάλι νατρίου, γίνεται αμέσως κλινική πράξη. Πάμε τώρα να ενώσουμε όλα όσα είπαμε. Μέσα και έξω από το κύτταρο έχουμε διαφορετικές συγκεντρώσεις ιόντων.

15:27 Η αντλία νατρίου καλείου βοηθά να διατηρήσουμε αυτές τις διαφορές. Τα leak channels του καλείου επιτρέπουν το κάλιο να βγαίνει. έτσι το εσωτερικό γίνεται πιο αρνητικό και δημιουργείται το δυναμικό ηρεμίας. Ένα ερέθισμα αλλάζει το δυναμικό και αν μας κάνει να φτάσουμε στην ουδό, ανοίγουν τα κανάλια νατρίου. Νάτριο μπαίνει μέσα, γίνεται εκπόλωση, μετά από λίγο αδρανοποιούνται και ανοίγουν τα κανάλια καλείου.

15:55 Έτσι γίνεται επαναπόλωση, συν έχουμε και λίγη ακόμα διαρροή καλείου που αυτό κάνει την υπερπόλωση. Και το κύτερο μαζί με την πάλι αντλία νατρίου καλείου βοηθά στη διατήρηση και στην επαναφορά του κυτάρου στην κατάσταση ηρεμίας και το σήμα ταυτόχρονα έχει ήδη προχωρήσει στο επόμενο τμήμα της μεμβράνης. Αυτό είναι το δυναμικό ενεργείας, δεν είναι κάτι μαγικό, είναι μια πολύ πολύ πολύ καλά οργανωμένη σειρά ανοίγματος και κλεισίματος καναλιών και μετακίνησης ιόντων.

16:34 Μόλις τώρα μάθαμε πώς δημιουργεί την ηλεκτρικό σήμα. Μάθαμε πώς ταξιδεύει κατά μήκος της μεμβράνης, αλλά κάποια στιγμή ο νευρόνας τελειώνει. Και εκεί υπάρχει ένα άλλο κύτταρο. Ένας μυς, ένας άλλος νευρόνας, ένας αδένας. Πώς περνά λοιπόν αυτή η πληροφορία από το ένα κύτταρο στο άλλο. Μπορεί το ηλεκτρικό σήμα να πηδήξει απλώς από τη μία μεμβράνη στην άλλη.

16:57 και τι ρόλο έχουν οι υποδοχοί, οι νευροδιαβιβαστές και οι χημικοί αγγελιοφόροι, τι είναι όλα αυτά. Από εκεί ξεκινά το επόμενο κομμάτι του ταξιδιού μας, η κυταρική επικοινωνία. Και εκεί θα δούμε πως τα κύτταρα δεν λειτουργούν απλώς το ένα δίπλα στο άλλο. Μιλούν, ακούν, απαντάνε και πολλές φορές αλλάζουν ολόκληρη τη συμπεριφορά τους επειδή έλαβαν ένα μόνο μήνυμα.

17:19 Μέχρι να τα ξαναπούμε, ελπίζω όλες και όλοι οι γιατροί μου να είσαστε πάρα πολύ καλά, να προσέχετε τον εαυτό σας και να περνάτε υπέροχα. Από μένα την Ιωάννα ένα τεράστιο ευχαριστώ που ήσασταν και σήμερα εδώ σε ένα πολύ δύσκολο επεισόδιο. Θα τα πούμε ξανά στο επόμενο επεισόδιο μικροί μου γιατροί φιλάκια! Πριν κλείσουμε, θα ήθελα να αναφέρω κάτι σημαντικό.

17:45 Το περιεχόμενο του Mapping Medicine έχει αποκλειστικά εκπαιδευτικό και ενημερωτικό χαρακτήρα. Δεν υποκαθιστά την ιατρική συμβουλή, τη διάγνωση ή τη θεραπεία από επαγγελματία υγείας. Για οποιοδήποτε θέμα αφορά την υγεία σας, συμβουλευτείτε πάντα τον γιατρό ή τον κατάλληλο επαγγελματία υγείας. Οι πληροφορίες που παρουσιάζονται στο podcast έχουν σκοπό την εκπαίδευση και την κατελύτερη κατανόηση της ιατρικής και δεν προορίζονται για αυτοδιάγνωση ή αυτοθεραπεία.

18:13 Παρόλο που καταβάλλεται κάθε εύλογη προσπάθεια για τη διασφάλιση της ακρίβειας και της επικαιρότητας του περιεχομένου, δεν παρέχεται καμία εγγύηση ως προς την πληρότητα, την ορθότητα ή τη διαχρονική εγκυρότητα των πληροφοριών. Οι ακροατές οφείλουν να αξιολογούν κριτικά και να διασταυρώνουν τις πληροφορίες από αξιόπιστες επιστημονικές και επαγγελματικές πηγές.

18:34 Σας ευχαριστώ πολύ.