Embedded Files
Veel medische metingen zijn metingen van de bio-elektrische activiteit van ons lichaam. Dat komt omdat ons zenuwstelsel (de neuronen) en onze spieren echte elektrochemische machines zijn.
Van kikkerbil tot elektrocardiogram
Van kikkerbil tot elektrocardiogram
Ingelegd in de houten vloer van de kelder van het Faraday Museum in Londen vinden we een afbeelding van een groene kikker. Die herinnert er ons aan dat alle elektrische wonderen van vandaag begonnen zijn met spiertrekkingen in een kikkerbil. Dat was in de jaren 1780 in het laboratorium van Luigi Galvani.
Galvani dissecteerde kikkers. Hij slaagde er in om de poten van de dode beestjes te laten samentrekken met behulp van een Leidse fles of een elektriseermachine. Als Galvani koperen haken door de wervelkolom van de kikkers stak zag hij spiercontracties als hij de dieren met een ander metaal aanraakte.
Die spiercontracties hebben uiteindelijk geleid tot het vervagen van de grens tussen biologie, fysica en chemie. De interpretatie die Galvani gaf aan zijn ontdekking was het bestaan van een soort “dierlijke elektriciteit”. Dit is verkeerd, zoals zijn landgenoot Alessandro Volta kort daarna aantoonde. De experimenten van Galvani hebben wél rechtstreeks bijgedragen tot Volta’s verdere ontdekkingen én lieten biologen en medici inzien dat levende wezens mooie elektrochemische machines zijn.
Actiepotentialen
Actiepotentialen
Zenuwcellen reageren op een stimulus op de dendrieten. Dat kan van buitenaf (je voelt iets) of ze ontvangen die van andere neuronen. Die signalen gaan naar het cellichaam. Als de stimulus sterk genoeg is, dan wordt een ACTIEPOTENTIAAL gegenereerd. Die plant zich voort langs het axon naar andere cellen in het zenuwstelsel. Of naar spiercellen.
Bij alle levende cellen meet je een elektrische spanning over het celmembraan. Bij zenuwcellen is de binnenkant van het celmembraan negatief geladen ten opzichte van de buitenkant. Tussen de binnenkant en de buitenkant meet je -70 millivolt. Dit is de rustpotentiaal.
Het ladingsverschil ontstaat doordat de concentratie natriumionen (Na+) buiten de cel groter is dan in de cel. En bij kaliumionen (K+) is het precies het omgekeerde: binnen de cel is de concentratie K+ groter dan buiten de cel. Het membraan in rust laat geen Na+ en K+ door. Hierdoor blijft het concentratieverschil bestaan. Een enkele keer lekt er wel eens wat Na+ of K+ door het membraan. Hiervoor is er een natrium- kaliumpomp. Dit is een systeem dat de ionen die toch door het membraan zijn gekomen meteen weer terug pompt.
Als, bij zenuwcellen, het membraan geprikkeld wordt, wordt het opeens doorlaatbaar voor Na+. De natriumionen stromen dan meteen naar de binnenkant van het membraan omdat die kant negatief geladen is. De instroom van Na+ is zo groot dat de binnenkant zelfs even positief wordt. Een fractie van een seconde later wordt het membraan doorlaatbaar voor K+. De K+ stroomt snel uit de cel weg omdat die nu een positieve lading heeft en een hoge concentratie K+. Daardoor wordt het celmembraan aan de binnenkant weer negatief. De concentratie Na+ en K+ wordt daarna weer hersteld. Daarvoor zorgt de natrium-kaliumpomp. Doordat het even duurt voordat de concentratie weer goed is, heeft een neuron een korte herstelperiode voordat hij weer een nieuwe stimulus kan verwerken.
Een kenmerk van een actiepotentiaal is dat het een alles-of-nietsfenomeen is. De membraanpotentiaal schiet altijd van -70 millivolt naar +30 millivolt. De sterkte van een prikkel wordt dan ook niet bepaald door het verschil in actiepotentiaal, maar door hoe vaak die actiepotentiaal voorkomt. Bovendien moet het spanningsverschil tussen binnenkant en buitenkant van de cel een bepaalde drempelwaarde overschrijden voordat het membraan doorlaatbaar wordt voor Na+. Die drempelwaarde is -55 millivolt. Zwakke prikkels zullen minder vaak de drempelwaarde overschrijden dan sterkere prikkels.
Impulsen moeten zich ook kunnen verplaatsen anders heeft het niet zoveel zin om een actiepotentiaal op te wekken. Dat verplaatsen gebeurt doordat binnenkomend Na+ naar alle kanten in de cel verspreidt. De Na+ wekt op die manier verderop een nieuwe actiepotentiaal op.
Op die manier zouden naar alle kanten nieuwe actiepotentialen opgewekt kunnen worden. Dit is niet het geval omdat het membraan dat net een actiepotentiaal heeft gehad tijdelijk ongevoelig is. Er is een herstelperiode nodig is om alle Na+ en K+ weer aan de goede kant te krijgen. De impulsen bewegen zich met een snelheid van 30 tot 100 m/sec.
Van zenuw naar zenuw
Van zenuw naar zenuw
Nu weet je dus hoe een zenuwimpuls over het celmembraan van een neuron reist. Aan het eind van een axon liggen synapsen. Die zorgen er voor dat impulsen worden overgedragen aan andere cellen. Dit kunnen zenuwcellen zijn, maar ook een spier of een klier. Synapsen werken meestal niet elektrisch maar chemisch, d.m.v. stoffen die we neurotransmitters noemen.
Wanneer een neuron een spiercel activeert, dan maakt dat neuron in de zgn. neuromusculaire verbinding acetylcholine vrij. Die stof veroorzaakt op zijn beurt een actiepotentiaal in het spierweefsel. De spieren verkorten dan als respons op dit elektrisch signaal.
Bij de overdracht van zenuwimpulsen komt heel wat chemie kijken. Hier liggen dus ook heel veel verschillende mogelijkheden om in te grijpen met medicijnen.
Page updated
Report abuse