Почему калий (К) важен для неврологии и мозга?

Основной клеткой головного мозга является нейрон. Нейрон имеет полупроницаемую мембрану, которая при определенных обстоятельствах пропускает калий. Другой распространенной клеткой является клетка глии, которая имеет только калиевые каналы. Калий К+ имеет положительный заряд и может проходить через мембрану по определенным каналам в зависимости от их состояния (открыт/закрыт). Каналы специфичны для ионов, поскольку аминокислоты, из которых состоят каналы (белки), имеют разные заряды и конфигурации.

Различные мембранные ионные каналы играют разные роли. K+ в основном находится в цитоплазме в состоянии покоя с равновесным потенциалом -75 мВ. В типичной модели нейрона этот потенциал больше, чем у Na+ или Cl-.

Ионы ищут равновесие, в котором им не нужно двигаться, потому что положительные и отрицательные заряды отталкивают друг друга. Однако клетка полна решимости справиться с этой ленью и избежать бездействия, она имеет отрицательный потенциал.

Когда K+ выходит из клетки, соотношение между положительными и отрицательными ионами меняется, что приводит к увеличению разницы потенциалов между внутренними цитоплазматическими и внешними внеклеточными ионами. Отрицательность в клетке увеличивается, и происходят две вещи: химическая движущая сила от K+ и электрическая движущая сила, возникающая в результате разницы потенциалов. По мере того, как K+ выходит из клетки, соседние каналы все чаще принимают тот же самый паттерн, и это вызывает эффект домино вдоль клеточной мембраны, которая проходит через аксон. Поскольку это переключение с -/+ на +/- происходит, когда K+ проходит через мембрану, внешние заряды ++++ переключаются на ----. Это приводит к напряжению +-, которое растет вдоль оси ++--, +++---, ++++----, но это опосредовано Cl-, что приводит к зацикливанию потенциала - и он движется:

------, +-----, ++----, +++---, +++++-, -+++++, --++++, - --+++, ----+, ------

(Кандел и др., Принципы нейробиологии, 5-е изд., стр. 126-129, стр. 144)

Калий управляет потенциалом действия, и именно поэтому нейроны могут «разговаривать друг с другом», а сигналы достигают места назначения. Вот почему калий важен для нервной системы.

Выше +++--- подразумевает внешний заряд, и, следовательно, клеточная мембрана имеет напряжение:

+ + + - - - 
- - - + + +

Без калия (К) химические вещества не движутся.

Центральная нервная система состоит из множества химических веществ, электрических сигналов и нейротрансмиттеров, которые посылают различные сигналы через мозг и различные рецепторы нервной системы. Если вы хотите послать сигнал о нейротрансмиттерах (лекарствах или других химических веществах, найденных в вашем списке), должно быть соответствующее напряжение для перемещения химических веществ.

Калий (K) и натрий (Na) взаимодействуют со своими соответствующими ионными каналами, деполяризуя клетку с -70 мВ (теоретический отдых) до примерно +55 мВ (примерно, когда происходит движение нейротрансмиттеров). Клетки пытаются создать равновесие, но находятся в петле обратной связи химических и электрических взаимодействий.

«Принципы нейробиологии» Луо (2015) — хороший справочник, и есть множество других текстов по биологии человека, которые также могут иллюстрировать примеры взаимодействия этих химических веществ. http://www.mindcreators.com/neuronbasics.htm также кажется хорошим источником визуальных эффектов .