재분극화

신경과학에서 재분극화는 작용전위의 탈극화 단계 직후 이를 음의 값으로 되돌리는 막전위의 변화를 말하며, 막전위를 양의 값으로 변화시켰다.재분극 단계는 보통 막 전위를 다시 휴식 막 전위로 되돌린다.칼륨(K⁺) 이온의 유출은 작용 전위의 하강 국면을 초래한다.이온은 K채널⁺ pore의 선택성 필터를 통과한다.

재분극화는 일반적으로 양전하 K⁺ 이온이 세포 밖으로 이동하면서 발생한다.작용 전위의 재극화 단계는 초기에 극극화, 막 전위의 달성, 후극극화라고 하는 결과를 낳는데, 이는 휴식 전위보다 음극이다.재분극화는 보통 몇 밀리초가 걸린다.^[1]

재분극화는 전기화학 구배를 따라 칼륨(K⁺) 이온의 유출로 인해 셀이 전압 감소를 경험하는 작용 전위의 단계다.이 위상은 셀이 탈극화로부터 최고 전압에 도달한 후에 발생한다.재분극 후 세포는 휴면막 전위(-70mV in 뉴런)에 도달하면서 고극화된다.나트륨(Na⁺)과 세포 내외부의 칼륨 이온은 나트륨 칼륨 펌프에 의해 이동하며, 전기화학 평형 상태를 유지하여 세포가 휴식 막 전위 상태를 유지할 수 있도록 한다.^[2]작용 전위의 그래프에서 초극화 부분은 휴식 막 전위의 선보다 낮은 하향 하강으로 보인다.이 후극성화(하강하강하강)에서는 재극화와 관련된 일차⁺ K 채널인 전압⁺ 게이트 K 지연 정류기 채널의 느린 불활성화로 인해 셀이 정지(약 -80mV)보다 음전위에 위치한다.^[3]이러한 낮은 전압에서 모든 전압 게이트 K 채널은⁺ 닫히고, 셀은 몇 밀리초 이내에 휴면 전위로 돌아온다.재분극화를 겪고 있는 세포는 절대 내화기에 있다고 한다.그 밖에 재분극에 기여하는 전압 게이트 K⁺ 채널로는 A형 채널과 Ca-activated²⁺⁺ K 채널이 있다.^[4]단백질 운반 분자는 세포 밖으로 나⁺, K는⁺ 세포 안으로 들어가 원래의 휴식 이온 농도를 회복시키는 역할을 한다.^[5]

정상 재분극화로부터의 편차

전압 게이트 K⁺ 채널의 변경으로 인해 재분극의 막힘이 발생할 수 있다.이는 길항제 테트라에틸람모늄(TEA)으로 선택적으로 차단된 전압⁺ 게이트 K 채널을 통해 입증된다.채널을 막음으로써 재분극화가 효과적으로 중단된다.^[6]Dendrotoxins는 전압 게이트 K⁺ 채널에 대한 선택적 약리학적 차단기의 또 다른 예다.재분극화 부족은 뉴런이 높은 전압에 머물러 나트륨 채널 비활성화 속도가 내부 Na⁺ 전류가 부족하여 발화를 지속할 수 없을 정도로 느려진다는 것을 의미한다.^[7]

전압 게이트 K 메커니즘⁺

전압 게이트 K⁺ 채널의 구조는 지질 빌레이어를 따라 6개의 투과성 나선형이다.전압에 대한 이 채널의 선택성은 이러한 투과 영역 중 네 개(S1–S4) - 전압 감지 영역으로 매개된다.나머지 두 영역(S5, S6)은 이온이 이동하는 공극을 형성한다.^[8]전압 게이트 K⁺ 채널의 활성화 및 비활성화는 전압 감지 영역의 정합성 변화에 의해 트리거된다.구체적으로는 S4 도메인이 모공을 활성화·비활성화하도록 움직인다.활성화 중에는 외부 S4 모션이 있어 VSD-포어 연계가 더욱 촘촘해진다.비활성화는 내부 S4 모션이 특징이다.^[9]

탈극화에서 재극화로의 전환은 두 전압 게이트⁺ K와⁺ Na 채널의 운동 메커니즘에 따라 달라진다.전압 게이트 Na와⁺ K⁺ 채널 모두 거의 동일한 전압(-50mV)에서 활성화되지만, Na⁺ 채널은 더 빠른 운동성을 가지며 훨씬 빠르게 활성화/비활성화된다.^[10]재분극화는 Na⁺ 유입이 감소(채널 비활성화)하고 채널이 열리면 K⁺ 이온의 유출량이 증가하면서 발생한다.^[11]나트륨 이온의 전도도가 저하되고 칼륨 이온의 전도도가 증가하면 세포막 전위가 매우 빠르게 되돌아오고, 휴면막 전위를 지나게 되는데, 칼륨 채널이 천천히 닫히면서 과극화가 일어나 더 많은 칼륨이 휴면막 전위 ha를 통해 흐를 수 있게 된다.도달했다.^[10]

재분극 시 K 채널⁺ 유형

전압 게이트 Na⁺ 채널을 통한 Na⁺ 유입에 의해 특성적으로 발생하는 작용 잠재력에 이어, K⁺ 채널이 활성화되는 동안 Na⁺ 채널이 비활성화되는 재분극화 기간이 있다.K⁺ 채널에 대한 추가 연구는 세포막의 재생에 영향을 미치는 4가지 유형이 있다는 것을 보여준다.4종류로는_vv K1, K2, K3_v, K4가_v 있다.K1_v 채널은 주로 액손의 재분극화에 영향을 미친다.K2_v 채널은 특징적으로 더 느리게 활성화된다.K4_v 채널은 특징적으로 빠르게 활성화된다.K2와_v K4_v 채널이 차단되면 예상대로 행동전위가 넓어진다.^[12]K3_v 채널은 다른 K_v 채널보다 10배 빠른 속도로 더 많은 양의 막 전위로 개방되고 비활성화된다.이러한 특성들은 포유류 뉴런이 필요로 하는 고주파 발화를 가능하게 한다.K3_v 채널이 촘촘한 영역에는 빠른 재분극이 필요한 마이크로초차 작용전위를 만들어내기 때문에 신피질, 기저신경통, 뇌간, 해마 등이 있다.^[13]

설치 뉴런에 기반한 실험에서 나온 전압 클램프 데이터를 활용하여 K4_v 채널은 뉴런의 탈분극화에 따른 1차 재분극 전도율과 연관되어 있다.K4_v 채널이 차단되면 작용 전위가 넓어져 재분극 기간이 길어지면서 뉴런이 다시 발포할 수 없게 된다.재분극 속도는 세포로 들어가는 Ca²⁺ 이온의 양을 세밀하게 조절한다.재분극 기간이 길어지면서 다량의 Ca²⁺ 이온이 세포에 들어가면 뉴런이 죽어서 뇌졸중이나 발작의 발육으로 이어질 수 있다.^[12]

K1_v 채널은 K4_v 채널의 상향 조절과 관련이 있을 가능성이 있는 피라미드형 뉴런의 재분극화에 기여하는 것으로 밝혀졌다.K2_v 채널은 이들 채널을 차단해도 뉴런 재분극 비율의 변화가 일어나지 않아 재분극화에 기여하는 것으로 파악되지 않았다.^[12]

아트리움 세포의 재분극화

인간 아트리움의 재분극화를 중재하는 데 도움을 주는 K채널의⁺ 또 다른 형태는 SK채널로 Ca농도²⁺ 상승에 의해 활성화된⁺ K채널이다.'SK 채널'은 작은 전도성 칼슘 활성 칼륨 채널을 의미하며, 심장에서 채널이 발견된다.SK 채널은 특히 심장의 우심방에서 활동하며, 인간의 심장의 심실에서는 기능적으로 중요한 것이 발견되지 않았다.채널은 전류가 초극화를 거치는 심방 디아스톨 단계뿐만 아니라 재극화 과정에서도 활성화된다.^[14]구체적으로는 CaM의 N-lobe가 채널의 S4/S5 링커와 상호 작용하여 순응적 변화를 유도하기 때문에 Ca가²⁺ Calmodulin(CaM)에 결합할 때 이들 채널이 활성화된다.^[15]이러한 K⁺ 채널이 활성화되면 작용전위가 최고조에 달할 때 K 이온들이⁺ 세포 밖으로 뛰쳐나와 Ka²⁺ 이온의 유입이 계속적으로 세포에서 나가는 K⁺ 이온에 의해 초과되면서 세포가 다시 분극화된다.^[16]

심실 재분극화

인간 심실에서는 J파(Osborn), ST 세그먼트, T파, U파 등을 통해 심전도(ECG)에서 재분극화를 볼 수 있다.심장의 복잡성, 구체적으로는 세 겹의 세포(심막, 심근, 에피카듐)를 어떻게 포함하고 있는지 때문에 이러한 파동에도 영향을 미칠 생리학적 변화가 많다.^[17]재분열을 일으키는 심장 구조의 변화와는 별개로 같은 효과를 내는 약도 많다.

여기에 초기 조치 잠재력의 위치와 기간을 기준으로 재분극화도 변한다.에피카르듐에서 자극된 작용 전위에서는 정상 직립 T파를 주기 위해 작용 전위 지속시간이 40~60msec가 되어야 하는 반면, 20~40msec는 등전파를 발생시키고 20msec 미만일 경우 음극 T파를 발생시킨다는 것이 발견되었다.^[18]

조기 재분극은 J파라고도 하는 상승된 ST 세그먼트가 있는 심실세포의 심전도 기록에서 볼 수 있는 현상이다.J 파장은 심내막에 비해 심외막에서 바깥쪽 전류가 클 때 두드러진다.^[19]역사적으로 심장 박동의 정상적인 변종이라고 여겨져 왔지만 최근의 연구는 이것이 심장 마비의 위험 증가와 관련이 있다는 것을 보여준다.초기 재분극은 주로 남성에게서 발생하며 테스토스테론 호르몬에 의해 야기되는 더 큰 칼륨 전류와 관련이 있다.게다가, 비록 그 위험성은 알려지지 않았지만, 아프리카계 미국인들은 조기 재분극화를 더 자주 할 것 같다.^[20]

조기재분극증후군

앞 절에서 언급했듯이 조기 재분극은 ECG에서 상승파 세그먼트로 나타나는 것으로 알려져 있다.최근의 연구는 조기 재분열 증후군으로 확인된 조기 재분열과 갑작스러운 심장사이의 연관성을 보여주었다.이 상태는 심전도에서도 볼 수 있는 초기 탈분열 패턴뿐만 아니라 다른 구조적 심장 결함이 없는 심실세동에서도 나타난다.^[21]

초기 재분극 증후군의 1차적인 뿌리는 유전적 요인에 의한 이온 채널의 전기 전도성의 오작동에서 기인한다.신드롬의 오작동에는 변동하는 나트륨, 칼륨, 칼슘 전류가 있다.이러한 전류의 변화는 동시에 작용 전위의 다른 단계를 거치는 심근 부위의 중첩을 초래하여 심실세동 및 부정맥의 위험을 초래할 수 있다.^[22]

진단을 받은 즉시, 대부분의 개인들은 즉각적인 개입을 필요로 하지 않는다. 왜냐하면 심전도에서의 조기 재분열은 생명을 위협하는 어떤 의료 비상사태를 나타내지 않기 때문이다.^[23]건강한 사람의 3-13%가 심전도 검사에서 조기 재분극이 관찰되었다.^[21]다만 이식 가능한 심폐소생제(ICD)인 조기 재분열증후군(급성심박사 경험)에서 살아남은 뒤 조기 재분열을 보이는 환자들을 적극 추천한다.^[23]또한 조기 재분열 증후군이 있고 60세 미만인 경우 심방세동 발생 가능성이 더 높을 수 있다.^[21]

폐쇄성 수면 무호흡으로 심장 재분열 손상

폐쇄성 수면무호흡증을 앓고 있는 환자들은 심장 재분극이 손상돼 질환의 병인과 사망률이 크게 높아질 수 있다.특히 높은 고도에서 환자들은 재분극 장애에 훨씬 더 취약하다.이것은 아세타졸라마이드와 같은 약물을 사용함으로써 어느 정도 완화될 수 있지만, 그 약물은 충분한 보호를 제공하지 못한다.아세타졸라마이드와 유사 약물은 고도가 높은 환자들의 산소와 수면무호흡증을 개선할 수 있는 것으로 알려져 있으나, 약의 효능은 장기간 고도에 머무르는 사람이 아닌 일시적으로 고도를 여행할 때만 관찰됐다.^[24]

참조

외부 링크

• "Repolarization (Animation)". Psychology Department, Hanover College. Retrieved 18 May 2013.