celspanningen

Celspanningen, ook wel membraanpotentiaal genoemd, zijn het elektrische potentiaalverschil over het plasmamembraan van een cel. Ze ontstaan door een onbalans in ionenconcentraties aan de binnen- en buitenkant van de cel en door de selectieve permeabiliteit van het membraan. Bij veel cellen is de binnenkant negatief ten opzichte van de buitenkant; de rustpotentiaal wordt uitgedrukt in millivolt (mV). De waarden verschillen per celtype: neuronen circa −70 mV, hartspiercellen circa −80 tot −90 mV; plantencellen en andere dierlijke cellen vertonen doorgaans een rustpotentiaal van −40 tot −80 mV.

Oorzaken zijn onder meer de gradienten van K+ binnen en Na+ en Ca2+ buiten de cel, een relatief permeabel membraan voor K+ en minder permeabel voor Na+ en Ca2+, en de Na+/K+-ATPase pomp die actief Na+ naar buiten en K+ naar binnen pompt. Deze combinatie houdt de rustpotentiaal in stand. Ionkanalen bepalen in sterke mate welke ionen door het membraan stromen. Het membraanpotentiaal kan berekend worden met de Goldman-Hodgkin-Katz-vergelijking (GHK), die rekening houdt met de permeabiliteiten van meerdere ionen.

Belangrijk is het potentiaal voor elektrische signaalprocessen in zenuwen en spieren; een drempelpotentiaal leidt tot een actiepotentiaal bij neuronen, gevolgd door snelle depolarisatie en repolarisatie. Het behouden van de rustpotentiaal vereist energie vanwege actief transport van ionen. Metingen gebeuren met micro-elektroden (sharp- of patch-clamp-technieken) en met spanning-sensorische fluorescente dyes. Celspanningen zijn ook relevant in planten, waar elektrische signalen een rol spelen bij groei en snelle responsen, naast een breed scala aan fysiologische processen en mogelijke aandoeningen zoals kanaalachieën en ischemische schade.