2.1 Resting Potential

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Definition of resting potential
[신경세포의 임펄스 영화]



[glass electrode 사용해서 막의 안밖의 potential 차이 측정]

외부의자극에 의해 흥분되지 않은 resting 상태에서 그대로 일정한 membrane potential(MP)을 유지---> resting potential(RP)
nerve, muscle에서 항상 negative, constant, cell type에 특징적
e.g.: warm-blooded animal: -55 to -100 mV; smooth muscle: -30 mV

이러한 RP은 채널을 통해 ion들이 passive하게 이동함으로서 발생한다.
Resting시 대부분의 열린 채널은 K+ ion, 따라서 RP은 주로 K+ ion에 대한 transmembrane concentration gradient에 의해 주로 결정된다.

[Fig. 2.2]: Diffusion potential (1956년 Adrian의 실험)
측정한 MP(circles)과 막밖의 K+ 농도의 상호관련성
측정한 MP는 [K+]o의 logarithm에 비례
[K+]o이 높을때 Nernst equation으로 계산한 Ek (potassium equilibrium potential) 값과 거의 비슷하나,
[K+]o이 낮을때는 Ek보다 less negative하다. 이것은 [K+]o이 낮을때
Sodium permeability(PNa)가 상대적으로 중요하기 때문이다.

Changes in the [K+]o
Fig. 2.3A: schematic drawing of a neuron in the CNS
Neuron이 glial cell에 의해 가까이 있는 모세혈관으로 부터 분리되어있다.
extracellular space는 약 15 nm 정도
신경세포의 높은 활동시 Na+은 세포 안으로, K+은 밖으로 나온다.
--->[Na+]o 은 별반 변하지 않으나 [K+]o은 많이 증가한다
(3-4 mmol/l ---> 10 mmol/l): depolarizing cell
(epileptic seizure(간질발작)의 원인일 가능성이 있다)
증가된 [K+]o은 active transport에 의해 정상보다 낮은 농도로 떨어져서
신경세포를 hyperpolarization시킨다.
(세포외 Ca2+ ion은 신경세포의 terminal에서 활동에 따라 감소한다)

Influences of the glia on the intercellular milieu
Fig. 2.3A: Glial cell에서 MP측정
2.3B: MP at different [K+]o---> predominance of K permeability
mean RP: -89 mV, MP departs from the Ek only at 0.3 mmol/l
2.3C: 옆의 신경세포의 활동에 의해 [k+]o이 증가하면 glial cell도 depolarize
2.3D: glial cell의 depolarization은 매우 느리다 (seconds)
[K+]o가 감소하면 depolarization 서서히 감소
glial cell은 서로 gap junction으로 연결되어 있어 한 세포가 국소적인[K+]o 증가에 의해 depolarize 되면 옆의 다른 glial cell도 흥분하며이에 따라 [k+]o가 감소한다. 따라서 glial cell이 [K+]o의 증가에 대해서 buffer 작용을 한다.

-no evidence of active uptake (via ion pump) of K+ into glial cells.
-transmitter를 active하게 uptake: at some synapses.
-not excitable, but they do have potential-dependent Na and Ca channels
---not sufficient density to allow action potnetials to occur
신경세포에 영양 공급? mechanical support, protection
대부분의 신경세포는 가까운 모세혈관으로 부터 50 um away
intercellular cleft로 부터 diffusion에 의한 영양공급
Blood-brain barrier: brain capillary에는 endothelial fenestrae가 극소수
--> 큰 분자들이 통과하기 힘들다.
Diffuse한 것들도 glial cell의 process를 타고 상당한 거리를 가다가
glial cell에 의해 take up됨


Na-K pump: energy consuming process
making MP more negative (5-10 mV)
pump의 활동 정도에 따라 RP도 약간 변화
pump가 독이나 energy deficit에 의해 block이 되면 Na+ in K+ loses
---> RP progressively more positive


Reference link
diffusion
equilibrium potential
membrane conductance










BRAIN FACTS