Refraktärzeit (Physiologie) - Refractory period (physiology)

Feuerfestigkeit ist die grundlegende Eigenschaft eines Objekts autoweller Natur (insbesondere eines anregbaren Mediums ), nicht auf Reize zu reagieren, wenn das Objekt im spezifischen Feuerfestzustand bleibt . Im gesunden Menschenverstand ist die Refraktärperiode die charakteristische Erholungszeit, eine Periode, die mit der Bewegung des Bildpunkts auf dem linken Zweig der Isokline verbunden ist (für weitere Einzelheiten siehe auch Reaktions-Diffusions- und parabolische partielle Differentialgleichung ).

Schema einer elektrophysiologischen Aufzeichnung eines Aktionspotentials, das die verschiedenen Phasen zeigt, die auftreten, wenn die Welle einen Punkt auf einer Zellmembran passiert .

In der Physiologie ist eine Refraktärperiode eine Zeitspanne, in der ein Organ oder eine Zelle eine bestimmte Aktion nicht wiederholen kann, oder (genauer) die Zeit, die eine erregbare Membran benötigt , um nach ihrer Rückkehr für einen zweiten Reiz bereit zu sein nach Erregung in den Ruhezustand. Es bezieht sich am häufigsten auf elektrisch erregbare Muskelzellen oder Neuronen. Die absolute Refraktärperiode entspricht der Depolarisation und Repolarisation, während die relative Refraktärperiode der Hyperpolarisation entspricht.

Elektrochemische Verwendung

Nach Einleitung eines Aktionspotentials wird die Refraktärzeit auf zwei Arten definiert: Die absolute Refraktärzeit fällt mit nahezu der gesamten Dauer des Aktionspotentials zusammen. In Neuronen wird es durch die Inaktivierung der Na + -Kanäle verursacht , die ursprünglich geöffnet wurden, um die Membran zu depolarisieren. Diese Kanäle bleiben inaktiviert, bis die Membran hyperpolarisiert. Die Kanäle schließen sich dann, deaktivieren sie und gewinnen ihre Fähigkeit, sich als Reaktion auf einen Reiz zu öffnen.

Die relative Refraktärzeit folgt unmittelbar auf das Absolute. Wenn sich spannungsgesteuerte Kaliumkanäle öffnen, um das Aktionspotential durch Repolarisation der Membran zu beenden, steigt die Kaliumleitfähigkeit der Membran dramatisch an. Aus der Zelle austretende K + -Ionen bringen das Membranpotential näher an das Gleichgewichtspotential für Kalium. Dies bewirkt eine kurze Hyperpolarisation der Membran, dh das Membranpotential wird vorübergehend negativer als das normale Ruhepotential. Bis die Kaliumleitfähigkeit wieder auf den Ruhewert zurückkehrt, ist ein größerer Reiz erforderlich, um die Initiationsschwelle für eine zweite Depolarisation zu erreichen. Die Rückkehr zum Ruhepotential des Gleichgewichts markiert das Ende der relativen Refraktärperiode.

Herzrefraktärzeit

Wirksame Refraktärzeit

Die Refraktärperiode in der Herzphysiologie hängt mit den Ionenströmen zusammen, die in Herzzellen wie in Nervenzellen frei in die Zelle hinein und aus dieser heraus fließen. Der Ionenfluss führt zu einer Änderung der Spannung im Inneren der Zelle relativ zum extrazellulären Raum. Wie in Nervenzellen wird diese charakteristische Spannungsänderung als Aktionspotential bezeichnet. Im Gegensatz zu Nervenzellen liegt die Dauer des Herzaktionspotentials näher bei 100 ms (mit Abweichungen je nach Zelltyp, autonomem Ton usw.). Nachdem ein Aktionspotential ausgelöst wurde, kann die Herzzelle für einige Zeit kein anderes Aktionspotential initiieren (was etwas kürzer ist als die "wahre" Aktionspotentialdauer). Diese Zeitspanne wird als Refraktärzeit bezeichnet, die 250 ms dauert und zum Schutz des Herzens beiträgt.

Im klassischen Sinne ist die Herzrefraktärperiode in eine absolute Refraktärperiode und eine relative Refraktärperiode unterteilt. Während der absoluten Refraktärzeit kann kein neues Aktionspotential hervorgerufen werden. Während der relativen Refraktärzeit kann unter den richtigen Umständen ein neues Aktionspotential hervorgerufen werden.

Die Herzrefraktionsperiode kann zu verschiedenen Formen des Wiedereintritts führen , die eine Ursache für Tachykardie sind. Erregungswirbel im Myokard ( Autowellenwirbel ) sind eine Form des Wiedereintritts . Solche Wirbel können ein Mechanismus für lebensbedrohliche Herzrhythmusstörungen sein. Insbesondere der Autowellenhall , der üblicherweise als Spiralwellen oder Rotoren bezeichnet wird, befindet sich in den Vorhöfen und kann eine Ursache für Vorhofflimmern sein.

Neuronale Refraktärzeit

Die Refraktärperiode in einem Neuron tritt nach einem Aktionspotential auf und dauert im Allgemeinen eine Millisekunde. Ein Aktionspotential besteht aus drei Phasen.

Phase eins ist die Depolarisation. Während der Depolarisation öffnen sich spannungsgesteuerte Natriumionenkanäle, was die Membranleitfähigkeit des Neurons für Natriumionen erhöht und das Membranpotential der Zelle depolarisiert (von typischerweise -70 mV in Richtung eines positiven Potentials). Mit anderen Worten wird die Membran weniger negativ gemacht. Nachdem das Potential die Aktivierungsschwelle (-55 mV) erreicht hat, wird die Depolarisation vom Neuron aktiv angetrieben und überschreitet das Gleichgewichtspotential einer aktivierten Membran (+30 mV).

Phase zwei ist die Repolarisation. Während der Repolarisation werden spannungsgesteuerte Natriumionenkanäle aufgrund der jetzt depolarisierten Membran inaktiviert (anders als im geschlossenen Zustand), und spannungsgesteuerte Kaliumkanäle werden aktiviert (offen). Sowohl die Inaktivierung der Natriumionenkanäle als auch die Öffnung der Kaliumionenkanäle bewirken, dass das Membranpotential der Zelle wieder auf ihr ruhendes Membranpotential zurückpolarisiert wird.

Wenn die Membranspannung der Zelle ihr ruhendes Membranpotential (nahe -60 mV) überschreitet, tritt die Zelle in eine Phase der Hyperpolarisation ein. Dies ist auf eine über dem Ruhezustand liegende Kaliumleitfähigkeit durch die Zellmembran zurückzuführen. Diese Kaliumleitfähigkeit nimmt schließlich ab und die Zelle kehrt zu ihrem Ruhepotential zurück.

Die Refraktärperioden sind auf die Inaktivierungseigenschaft von spannungsgesteuerten Natriumkanälen und die Verzögerung der Kaliumkanäle beim Schließen zurückzuführen. Spannungsgesteuerte Natriumkanäle haben zwei Gate-Mechanismen, den Aktivierungsmechanismus, der den Kanal mit Depolarisation öffnet, und den Inaktivierungsmechanismus, der den Kanal mit Repolarisation schließt. Während sich der Kanal im inaktiven Zustand befindet, öffnet er sich nicht als Reaktion auf Depolarisation. Der Zeitraum, in dem die meisten Natriumkanäle im inaktiven Zustand verbleiben, ist der absolute Refraktärzeitraum. Nach dieser Zeit befinden sich im geschlossenen (aktiven) Zustand genügend spannungsaktivierte Natriumkanäle, um auf Depolarisation zu reagieren. Spannungsgesteuerte Kaliumkanäle, die sich als Reaktion auf die Repolarisation öffneten, schließen jedoch nicht so schnell wie spannungsgesteuerte Natriumkanäle. um in den aktiven geschlossenen Zustand zurückzukehren. Während dieser Zeit bedeutet die zusätzliche Kaliumleitfähigkeit, dass sich die Membran an einer höheren Schwelle befindet und einen größeren Reiz benötigt, um Aktionspotentiale zum Feuern zu bringen. Mit anderen Worten, da das Membranpotential innerhalb des Axons relativ zur Außenseite der Membran zunehmend negativ wird, ist ein stärkerer Stimulus erforderlich, um die Schwellenspannung zu erreichen und somit ein anderes Aktionspotential zu initiieren. Diese Periode ist die relative Refraktärperiode.

Refraktärzeit der Skelettmuskulatur

Das Muskelaktionspotential beträgt ungefähr 2–4 ms und die absolute Refraktärzeit beträgt ungefähr 1–3 ms, kürzer als bei anderen Zellen.

Siehe auch

Verweise

  • Bücher
  • Papiere