Fisiologia cellulare, Appunti di Fisiologia

Scarica Fisiologia cellulare e più Appunti in PDF di Fisiologia solo su Docsity! 8-10-2019 Fisiologia 3 Avevamo detto che tra i trasporti passivi abbiamo osmosi, diffusione e diffusione facilitata, la differenza la differenza tra essi sta nel fatto che per l'osmosi il passaggio si ha nel solvente e si ha il passaggio da una concentrazione minore, verso una concentrazione maggiore la diffusione invece prevede che si ha lo spostamento da zone in cui la concentrazione è maggiore verso zone dove la concentrazione è minore. E la differenza tra diffusione e diffusione facilitata è che quest'ultima viene favorita da delle proteine integrate nella membrana cellulare. Per trasporto passivo si intende quello che avviene senza alcun dispendio di energia. Il trasporto attivo invece è contro gradiente di concentrazione. Analizziamo i trasporti perché noi ci ritroviamo a livello della membrana plasmatica in una situazione come quella rappresentata dalla slide. Questa immagine ci dice che abbiamo una porzione intracellulare ed una extracellulare e nei due lati di diverso ci sono le diverse concentrazioni di ioni, se guardiamo il potassio abbiamo una concentrazione di 140 mM, mentre all’esterno è 4mM. Se invece guardiamo il sodio notiamo che la concentrazione è maggiore all’esterno quindi all’esterno sarà 145 mM e all’interno sarà 12 mM. Lo stesso vale per il cloro perché all’esterno è 117 mM e invece all’interno è 4 mM. Anche il calcio è più concentrato all’esterno rispetto all’interno. All’interno della cellula quindi abbiamo le proteine di cariche negativamente (?). In realtà a livello della membrana succede che ci sono canali passivi che permettono il passaggio di ioni sodio secondo gradiente di concentrazione; quindi il sodio si muove dall’esterno verso L’interno; in più a livello della membrana c’è anche la pompa sodio- potassio che è una pompa elettrogenica con due ioni sodio all’esterno e due ioni potassio all’interno quindi questo fa si che si mantenga una diversa concentrazione e in particolare una maggiore concentrazione di sodio all’esterno e una minore concentrazione di potassio all’interno; questa diversa distribuzione di carica è importante e ci permette di capire quello che è il potenziale di una membrana e cioè come possiamo calcolare il potenziale di una membrana a riposo e si intende quel potenziale dal quale la membrana parte prima che arrivi uno stimolo. Immaginiamo quindi di essere in una situazione per la quale la cellula è inserita all’interno di una soluzione salina e possiamo quindi calcolare il potenziale della membrana a riposo mettendo un elettrodo di riferimento nella soluzione salina e un elettrodo di registrazione nella cellula. Se noi inseriamo una soluzione di 3 molare KCl significa che inibiamo cariche all’interno di questa cellula. Quindi la differenza tra l’elettrodo di registrazione e l’elettrodo di riferimento ci permetterà di calcolare la differenza di potenziale tra l’interno e l’esterno. Questa differenza di potenziale viene calcolata tramite il voltmetro e registrata al di sopra di un poligrafo, il quale registra rispetto ad uno standard delle variazioni che possono essere in positivo o in negativo del potenziale di membrana. Ma se noi ci trovassimo nelle condizioni in cui entrambi gli elettrodi sia quello di riferimento che quello di registrazione sono nella soluzione salina la differenza fra il potenziale intra ed extra è uguale a zero. Se invece inseriamo l’elettrodo di registrazione all’interno della cellula la differenza di potenziale a livello della membrana diventa negativa, questo significa che il potenziale di riposo di una membrana parte da valori negativi. Questi valori negativi possono variare dai -40 / -90 mV. Il potenziale di riposo negativo dipende dal fatto ce noi abbiamo una diversa distribuzione degli ioni ai due lati della membrana e se fossimo nelle condizioni ideali in cui una cellula non ha una membrana semipermeabile in realtà la cellula non ha le condizioni di comunicare con l’ambiente esterno, quindi ognuno avrebbe la sua carica invece noi ci ritroviamo nelle condizioni in cui la cellula presenta dei canali e quindi c’è la possibilità di comunicare tra l’intracellulare e l’extracellulare. Ma se fra il liquido intracellulare e quello extra cellulare avessimo la stessa concentrazione ad esempio di kcl Quale tipo di potenziale di riposo di una membrana potremmo registrare? Avremo sicuramente delle stesse cariche che si muovono dall'interno verso l'esterno e viceversa quindi dall'esterno verso l'interno e quindi come registrazione noi avremo Zero. Ma noi ci troviamo in questa condizione? Noi abbiamo detto che il potassio nel caso delle cellule umane è più concentrato all'interno della cellula piuttosto che all'esterno Quindi dato che è più concentrato all'interno rispetto all'esterno il potassio si muove secondo il suo gradiente di concentrazione E cioè si muove dall'interno verso l'esterno. Ma che cosa succede quando il potassio si muove dall'interno verso l'esterno succede che la cellula all'esterno Si ripolarizza quindi diventa carico positivamente l'esterno della cellula in più all'interno della cellula abbiamo detto che restano intrappolate le proteine canali caricate negativamente. Quindi l'interno della cellula sarà a carico negativamente mentre l'esterno della cellula sarà a carico positivamente. Quindi mentre il potassio si muove secondo gradiente di concentrazione Dunque dall'interno verso l'esterno viene poi riatto dall'esterno verso l'interno secondo il suo gradiente elettrico Quindi in realtà il potassio si muove secondo un gradiente elettrochimico. E questo Fino a quando non raggiunge un equilibrio. Noi possiamo calcolare per i nostri ioni a livello della membrana il potenziale di equilibrio elettrochimico dello ione e quindi come questo ione si muove secondo il suo gradiente di concentrazione e secondo il suo gradiente elettrico. Quindi a questo punto se mai andiamo a registrare il potenziale della membrana vedremo che esso sarà pari a - 90mV e Questo significa che il gradiente elettrochimico del potassio è di - 90mV. In realtà quindi la diffusione passiva netta attraverso la membrana segue il gradiente chimico derivante dalla diversa concentrazione dello ione fra l'interno e l'esterno della cellula e la differenza di potenziale elettrico Quindi lo ione si muove con un ritmo simile tra l'interno e l'esterno e viceversa fino ad arrivare al suo equilibrio elettrochimico. Questo dipende dallo Stato di permeabilità della membrana e dal suo potenziale elettrico attraverso la membrana. In realtà noi degli ioni presenti a livello della membrana possiamo calcolare il potenziale di equilibrio elettrochimico secondo una equazione è tramite questa arriviamo al valore sopra indicato cioè - 90mV, questa equazione è l'equazione di Nernst. Infatti l'equazione di Nernst ci permette di stabilire il potenziale di equilibrio elettrochimico dei diversi ioni. Secondo questa equazione abbiamo che il potenziale di equilibrio elettrochimico del potassio è uguale alla formula espressa nella slide e in tutto questo R indica la costante dei gas F indica la costante di Faraday Z rappresenta la grandezza dello ione e ti rappresenta la temperatura assoluta. Per uno ione monovalente di tipo positivo questa costante è pari a 25. 2 quindi questa costante vale per uno ione positivo quindi un catione. Ma se Trasformiamo il logaritmo naturale in un logaritmo decimale avremmo che in realtà l'equazione si scrive modo diverso quindi si semplifica in foto punto questo tipo di Le pompe creano gradienti di concentrazione Le differenze nella concentrazione ionica tra l'interno e l'esterno dei neuroni sono principalmente dovute all'attività della pompa sodio-potassio (Na + / K + ), una proteina transmembrana che pompa continuamente tre ioni Na + fuori dalla cellula ogni due K + ioni che pompano. Ciò stabilisce gradienti di concentrazione, con una maggiore concentrazione di ioni Na + al di fuori dei neuroni e una maggiore concentrazione di ioni K + all'interno.Poiché la membrana è principalmente permeabile al K + a riposo, a causa della K aperta + canali-K + può diffondere verso il basso il suo gradiente di concentrazione della regione di bassa concentrazione, fuori dalla cella. Queste cariche positive che escono dalla cellula, combinate con il fatto che ci sono molte proteine caricate negativamente all'interno della cellula, fanno sì che l'interno sia relativamente più negativo. Alla fine, la diffusione esteriore di K + è bilanciata dalla repulsione elettrostatica delle cariche positive che si accumulano all'esterno della cellula e si raggiunge l'equilibrio elettrochimico. L'effetto netto è il potenziale di riposo negativo osservato. Il potenziale di riposo è molto importante nel sistema nervoso perché i cambiamenti nel potenziale di membrana - come il potenziale d'azione - sono la base per la segnalazione neurale. Attenti al pesce palla Il pesce palla non si trova spesso in molti menu di frutti di mare al di fuori del Giappone, in parte perché contengono una potente neurotossina. La tetrodotossina (TTX) è un bloccante del canale del sodio molto sensibile alla tensione che è letale in dosi minime. La dose media letale (LD50) per i topi è 334 μg / kg, g / kg, rispetto a 8,5 mg / kg per il cianuro di potassio. È stato anche uno strumento essenziale nella ricerca sulle neuroscienze. La tossina blocca il flusso di Na + nella cellula quando il canale si apre. Pertanto, interrompe i potenziali d'azione, ma non il potenziale di membrana a riposo, e può essere utilizzato per mettere a tacere l'attività neuronale. Il suo meccanismo d'azione fu dimostrato da Toshio Narahashi e John W. Moore alla Duke University, lavorando sull'assone di aragosta gigante nel 1964. Il potenziale di riposo negativo dipende dal fatto che sia il potassio che il sodio il calcio che il cloro si muovono allo stesso modo quindi è necessario utilizzare l'equazione di Goldman per poter calcolare il potenziale di riposo della membrana. In realtà la nostra membrana è come un circuito elettrico in cui il doppio strato fosfolipidico separa le cariche positive e negative in particolar modo all'esterno positivo e all'interno indicativo in più abbiamo i canali ionici che rappresentano la nostra resistenza della membrana e quindi è possibile calcolare il passaggio di corrente attraverso la membrana. Il canale Ionico in realtà crea l'apertura e quindi la permeabilità della membrana e quindi crea una conduttanza di quello ione a livello della membrana, quindi noi possiamo calcolare il passaggio di corrente attraverso la membrana attraverso la legge di ohm considerando quindi l'intensità della corrente per la resistenza. Quindi la variazione di voltaggio è direttamente proporzionale all'intensità della corrente e alla resistenza. Dunque all’aumentare della resistenza diminuisce quella che è l'intensità della corrente che passa perché l'intensità è uguale alla variazione di voltaggio diviso la resistenza. Quindi la membrana ha delle caratteristiche passive cioè la capacità di separare le cariche elettriche e in più imporre una certa resistenza attraverso la presenza di canali ionici; queste proprietà passive rendono una membrana capace di cambiare il suo potenziale e quindi di creare delle variazioni che possono essere positive o negative attraverso quello che hai passaggio di corrente tramite la membrana. Però in realtà perché una cellula può trasmettere un informazione oltre ad avere delle caratteristiche passive deve avere delle caratteristiche attive, e le caratteristiche attive nelle nostre cellule eccitabili sono una tipologia di canali diversa da quelli ionici chi sono i canali voltaggio dipendenti. E cioè sono quei canali che si attivano in seguito ad una variazione di potenziale di membrana. In questo caso noi abbiamo un neurone quindi abbiamo dei dendriti che sono delle terminazioni che ricevono le informazioni e questi integrano all'interno del soma in più c'è una zona di questo neurone che è la zona del movinculo assonico o cono di emergenza che è quella che deve avviare il segnale diverso Che è il potenziale di azione ed è quello che deve trasmettere lungo l'assone arrivare la terminazione sinaptica e permettere poi il trasferimento dell'informazione che in questo caso è un'analisi chimica quindi sarà un rilascio di neurotrasmettitori. Quindi quello che si deve generare sono dei segnali possono essere positivi o negativi. E un concetto importante da tener presente è questo valore soglia in quanto il valore soglia rappresenta un equilibrio molto instabile in cui l'ingresso di sodio equivaglia all'uscita di potassio e quindi il sodio si muove verso l'interno il potassio si muove verso l'esterno. Nel momento in cui i due ioni si eguagliano raggiungiamo questo punto soglia. Questo punto soglia è un punto molto critico perché se c'è una piccola variazione di sodio che entra allora sfociamo in quello che è un segnale sopra soglia, e quindi avremo che la velocità con cui il sodio entra è maggiore rispetto alla velocità con la quale il potassio esce. Se invece la quantità di sodio che entra è minore rispetto alla quantità di potassio che esce avremo un segnale sotto soglia. Questa soglia è un concetto importante perché ci consente di passare da un segnale dipendente dallo stimolo ad un segnale diverso che è il potenziale di azione che diventa indipendente dallo stimolo. Quindi noi immaginiamo di dover trasmettere e quindi dover dare uno stimolo ad esempio da un nocicettore Ad esempio se c'è un chiodo sotto il nostro piede accade che veniamo punti quindi attiviamo il nocicettore e quindi questo mi deve determinare l'allontanamento del mio piede dal chiodo quello che noi dobbiamo fare quindi è fare in modo che questo segnale vada ad attivare il muscolo e per fare questo Noi dobbiamo passare attraverso una serie di segnali: In primo luogo abbiamo il nostro recettore che viene attivato dallo stimolo e questo recettore una volta che viene attivato dallo stimolo crea una variazione di potenziale perché in realtà di un recettore collegato a quello stimolo è legato o all'apertura dei canali o adesso stesso un canale e questo canale in realtà solitamente è un canale per il sodio o per il calcio e questi creano una variazione di potenziale verso valori più positivi. In questo caso ad esempio noi stimoliamo un termocettore quindi il recettore della temperatura e in questo caso si aprono dei canali dipendenti dallo stimolo questi canali fanno entrare il sodio Inoltre questo sodio porta il potenziale da un valore negativo verso un valore più positivo quindi andiamo verso lo zero o addirittura verso valori completamente positivi . Il numero di canali che si aprono dipende dallo stimolo e cioè da quanto questo stimolo È intenso. Quindi in realtà si crea quello che è un potenziale di tipo graduato o sotto soglia che dipende dallo stimolo che lo ha generato. Questo segnale deve puoi arrivare nella zona del motinculo assonico sopra la soglia per poter innescare il potenziale di azione. Un potenziale graduato è un potenziale che si genera in seguito ad uno stimolo, il potenziale di membrana a seguito di uno stimolo può diventare più positivo e in questo caso noi diciamo che la membrana si depolarizza oppure può diventare più negativo e in questo caso noi Diciamo che la nostra membrana si iperpolarizza. Quindi i potenziali graduati sono delle escursioni locali del potenziale di membrana e dipendono dallo stimolo e da quanto nello specifico lo stimolo sia intenso e di conseguenza da quanti canali questo stimolo riesce ad aprire e quindi da quanto sodio riesci ad entrare all'interno della cellula. Quindi il primo segnale che generiamo è un potenziale graduato che dipende dallo stimolo quindi noi immaginiamo che abbiamo una stimolazione che avviene sul corpo cellulare e questo stimolo riesce ad aprire un canale Dunque riesce ad entrare il sodio; il sodio che è all'interno della cellula tende a difendersi perché sul corpo cellulare del neurone noi non abbiamo canali voltaggio dipendenti ma abbiamo soltanto canali passivi . Tutto questo fa sì che il sodio tende ad uscire per gradiente di concentrazione e in più il sodio trova una certa Resistenza Nel passaggio attraverso Il citoplasma. Dobbiamo arrivare alla zona detta zona trigger che sarebbe sopra la soglia per innescare il potenziale di azione e se in quel punto lo stimolo È stato debole molto probabilmente non arriveremo alla zona Trigger sopra la soglia e quindi non genereremo il potenziale d'azione. Quindi in questa situazione Se lo stimolo è debole nel momento in cui noi andiamo a registrare varie potenziali del corpo cellulare molto probabilmente avremmo che nella zona trigger il segnale Sarà sotto soglia e quindi in questo caso non saremo capaci di poter generare un potenziale di azione e quindi abbiamo generato solo un potenziale graduato. Ma se lo stimolo invece è molto forte entrerà una grande quantità di sodio che bypassa la fuoriuscita passiva del sodio attraverso i canali passivi supera la resistenza citoplasmatica e arriva nella zona trigger provocando quindi un potenziale di azione e quindi generando un segnale di verso che noi definiamo un segnale sopra soglia. Cioè un potenziale di azione che è un potenziale che diventa indipendente dallo stimolo e che si propaga sempre con la stessa frequenza e sempre con la stessa intensità. Quindi le variazioni possono essere sotto la soglia quindi saranno potenziali graduati e in questo caso sono piccole variazioni di potenziali che possono essere depolarizzanti Quindi verso valori più positivi oppure iperpolarizzanti Quindi verso valori più negativi. Queste variazioni sotto soglia sono variazioni graduabili e quindi possiamo ricevere in più punti segnali diversi e possiamo sommarli in modo da permettere di raggiungere la zona trigger e quindi di raggiungere la soglia. Oppure possono essere anche sommati nel tempo quindi possono arrivare anche stimolazione in tempi diversi Ma che riescono a sommarsi e quindi sempre ci consentono di arrivare alla zona trigger e di creare il potenziale di azione. Quindi queste variazioni sotto soglia sono delle variazioni che si propagano a breve distanza quindi fra cellule vicine e quindi fra una cellula che è stata stimolata e il suo recettore e quindi sono segnali molto brevi. In più queste creano una variazione di potenziale che può essere di tipo eccitatorio quindi se va verso valori più positivi oppure di tipo inibitorio se va verso valori più negativi. Ma esiste anche un altro tipo di reazione che abbiamo detto che si chiama sopra soglia Oppure si chiama anche potenziale di azione o tutto o nulla perché ho si genera e quindi se si genera si genera sempre con la stessa ampiezza a e con la stessa frequenza oppure non si genera proprio; E questa variazione è indipendente dallo stimolo ed è il segnale che riesce invece a propagarsi a lunga distanza e ci permette di passare lungo lassù ne permette il rilascio nelle vescicole e quindi il rilascio dei neurotrasmettitori per trasmettere al neurone successivo. Quindi in realtà in questo caso abbiamo delle variazioni iperpolarizzanti che sono variazioni sempre più verso valori negativi oppure variazioni depolarizzanti che vanno sempre più verso valori positivi e abbiamo il potenziale d'azione che invece è il potenziale tutto un nulla. Ma poniamoci una domanda: di questi potenziali graduati iperpolarizzanti e depolarizzanti quale è quello che ci favorisce l'innesco del potenziale di azione? Se guardiamo bene l'immagine possiamo capire che per innescare questo potenziale d'azione dobbiamo raggiungere la soglia è questa soglia e verso valori più positivi o verso valori più negativi rispetto al nostro potenziale di riposo di membrana? È verso valori più positivi quindi è necessaria una variazione depolarizzanti e quindi questi sono stimoli e quindi potenziali graduati depolarizzanti che ci permettono di raggiungere la soglia quelli iperpolarizzanti invece ci allontanano dalla soglia, Quindi significa che iperpolarizzanti ne mettiamo sempre più cariche negative Oppure facciamo uscire sempre più cariche positive dalla cellula e quindi rendiamo la cellula sempre più negativa quindi perché io possa innescare il potenziale di azione devo generare più potenziali depolarizzanti graduali quindi più potenziali positivi e quindi devo far entrare più cariche positive. Quindi in realtà il potenziale di azione è un potenziale diverso dal potenziale graduato perché abbiamo detto che è un segnale di ampiezza costante, esso si estingue spontaneamente, è un fenomeno è ripetibile anche con frequenza elevata e è indipendente dallo stimolo. Queste sono quindi tre diversi potenziali di azione di tre diverse cellule il primo è un potenziale delle cellule nervose (A) il secondo invece è il potenziale di azione delle fibre muscolari scheletriche(B) e il terzo invece il potenziale di azione in una fibrocellula miocardica ventricolare(C). E da come possiamo vedere sono diversi l'uno dall'altro ma per la durata in quanto quello della cellula nervosa e quello della fibra muscolare sono più o meno simili ma comunque tutti e due molto brevi Invece quello della fibrocellula miocardica ventricolare è completamente diverso Quindi è un periodo molto lungo ma parliamo sempre di millisecondi e questo per il ruolo che il miocardio di lavoro a è fondamentale per alternare la fase di sistole e di diastole, quindi è fondamentale che sia così. Però quello che accomuna i tre potenziali sono la fase di ascesa del potenziale che viene definita fase di depolarizzazione è una fase di discesa del potenziale che viene definita fase di ripolarizzazione quindi nella fase di depolarizzazione noi partiamo da un valore di potenziale di membrana di meno 70 millivolt e andiamo verso valori più positivi quindi il potenziale diventa più positivo nella fase di ripolarizzazione invece torniamo al valore del potenziale di riposo della membrana. (A). segmenti transmembrana di cui tra il segmento S5- S6 abbiamo l'ANSA del Poro cioè quella ANSA che ci permette il passaggio dello ione e in più abbiamo S4 che è il sensore del voltaggio lo stesso che presente nel canale del potassio e quindi questo percepisce la variazione di voltaggio e quindi determina una variazione conformazionale del canale e quindi permette il passaggio dello ione. In più il canale del sodio ha una porzione intracellulare costituita da una sequenza di amminoacidi che rende inattivo il canale. Infatti dicevamo che la fase massima del potenziale corrisponde una fase di attivazione del canale e questo significa che possiamo ritrovare il canale del sodio come canale chiuso ma pronto ad aprirsi e Questo significa che noi abbiamo un cancello di attivazione centrale è un cancello di inattivazione intracellulare. E quando è chiuso ma pronto ad aprirsi Significa che in realtà non passano gli ioni Ma che nel momento in cui varia il voltaggio Quindi cambia la conformazione Questo cancello si apre e permette il passaggio degli ioni. Quindi se noi raggiungiamo il valore soglia il canale sodio voltaggio dipendente si apre e nello specifico si apre il cancello di attivazione. Quindi entra piu sodio. Al punto Massimo noi vediamo che il canale si inattiva e Questo significa che la porzione intracellulare va a bloccare il passaggio e in questo caso anche se arriva uno stimolo il canale non riesce ad aprirsi e quindi non entra il sodio e quindi in realtà non possiamo generare un altro potenziale di azione. Di conseguenza non possiamo generare nessun potenziale se il canale è chiuso e inattivo lo possiamo invece generare se il canale è chiuso ma pronto ad aprirsi. Nel momento in cui il residuo intracellulare si allontana dal canale noi possiamo nuovamente generale il potenziale di azione. Tutto ciò comporta che in realtà che noi abbiamo generato un ciclo detto di Hodgkin in cui il sodio entra ed entra sempre con un feedback positivo e in più avremo una ripolarizzazione. Ma in realtà il concetto di inattivazione è legato ad un concetto importante che è il concetto di refrattarietà del canale. La refrattarietà è lo stato in cui si ritrova un canale del sodio e se noi siamo in uno solo di refrattarietà assoluta ci ritroviamo tutti i canali sodio voltaggio dipendenti inattivati e quindi nella condizione in cui non potranno essere attivati e quindi di conseguenza non potremmo generare un potenziale di azione. Nel caso in cui invece ci troviamo nel caso di refrattarietà relativa abbiamo bisogno di uno stimolo più forte per poter generare il potenziale di azione Perché alcuni dei canali del sodio superano lo Stato inattivo. E dunque nel caso in cui ci ritroviamo nella refrattarietà assoluta non possiamo generare potenziale di azione Ma sì ci ritroviamo nella refrattarietà relativa in cui abbiamo alcuni canali pronti ad attivarsi e da altri nello stato inattivo abbiamo bisogno di uno stimolo più forte per generare il potenziale di azione. Il concetto di refrattarietà è importante quando parliamo di conduzione del segnale nervoso perché il segnale viene condotto lungo l'assone e quindi nel momento in cui andiamo dal corpo cellulare verso la terminazione assonica i canali del sodio voltaggio dipendenti che sono a Monte si ritroveranno nella condizione di refrattarietà e quindi il segnale non può tornare indietro e quindi il segnale deve viaggiare sempre in direzione anterograda . Il concetto di refrattarieta sarà molto importante nel cuore perché il potenziale di azione che abbiamo visto nel cuore significa che i canali del sodio sono nella condizione refrattaria e quello è importante per il cuore perché noi dobbiamo fare avvenire la contrazione il rilassamento del cuore e quindi non dobbiamo mai far avvenire Una contrazione costante del cuore Altrimenti questo diventa letale. Quindi nel periodo refrattario assoluto ci ritroviamo sempre in questa condizione in cui tutti i canali del sodio sono inattivati e quindi non possiamo generare un potenziale di azione Ma nella refrattarietà relativa noi ci ritroviamo in alcuni canali pronti ad aprirsi altri invece che sono nello stato in attivo e quindi abbiamo bisogno di uno stimolo più forte per generare il potenziale di azione. Quindi il potenziale di azione è la risposta ad uno stimolo depolarizzante che possono dare le cellule elettricamente eccitabili cioè quelle cellule provviste di un corredo di canali ionici voltaggio dipendenti per il sodio e per il potassio. Il significato funzionale del potenziale di azioni nei neuroni questo ci permette la propagazione lungo la fibra nervosa e quindi consente la trasmissione di messaggi elettrici nelle fibre muscolari invece Esso innesca il processo di contrazione. Allora per le caratteristiche del potenziale di azione è necessaria la soglia la legge del tutto o nulla e la refrattarietà. La soglia è lo stimolo minimo depolarizzante che serve per attivare i canali voltaggio dipendenti e quindi per generare il potenziale d'azione di un neurone. Per quanto riguarda invece la legge del tutto o nulla in un neurone un potenziale di azione vuoi generato e si sviluppa in tutta la sua ampiezza se lo stimolo raggiunge o supera la soglia oppure non viene affatto generato in questo caso se l'ampiezza dello stimolo inferiore alla soglia. Invece per quanto riguarda la refrattarietà un neurone una volta generato potenziale d'azione viene a trovarsi in uno stato di refrattarietà che può essere di due tipi o essere assoluta Quindi quando nessuno stimolo per quanto intenso Esso possa essere in grado di generare un potenziale di azione e quindi canali sono tutti chiusi Oppure può essere un periodo di refrattarietà relativa se un secondo singolo a condizione che sia sufficientemente più intenso di quello soglia è in grado di generare il potenziale d'azione perché in questo caso noi avremo dei canali che sono pronti ad aprirsi e dei canali che invece sono bloccati. VIDEO: Il potenziale di azione: un cambiamento nella carica attraverso la membrana cellulare è il modo principale in cui Segnali elettrici si propagano nel sistema nervoso. I neuroni hanno tipicamente un potenziale di riposo di circa 70 millivolt e negativi. Quando ricevono segnali come i neurotrasmettitori il loro potenziale di membrana può essere iperpolarizzanti, diminuire o polarizzare, aumentare. Quando un neurone ed è polarizzato al potenziale di soglia il punto in cui viene attivato un potenziale di azione i canali del sodio voltaggio dipendente si aprono. A causa dell'attività della pompa del sodio potassio vi è una maggiore concentrazione di ioni sodio al di fuori dei neuroni e una maggiore concentrazione di ioni potassio all'interno. Pertanto quando i canali del sodio si aprono il sodio precipita giù per il suo gradiente. L'afflusso di carica positiva aumenta rapidamente il potere di membrana a circa 40 millivolt ovvero il picco del potenziale di azione. I canali del sodio quindi si disattivano impedendo che il sodio scorra ancora. I canali del potassio voltaggio dipendenti ora si aprono permettendo al potassio di fluire lungo il suo gradiente Riducendo il potenziale di membrana. La membrana diventa brevemente iperpolarizzata chiamata periodo refrattario riducendo notevolmente la possibilità di un nuovo potenziale di azione fino al ripristino del potenziale di riposo. Negli assoni mielinizzati il potenziale di azione viene rigenerato su ciascun nodo del ranvier consentendo la trasmissione del segnale in modo affidabile e rapido su lunghe distanze. VIDEO: 18.9: Potenziali d'azione Panoramica I neuroni comunicano sparando potenziali d'azione: il segnale elettrochimico che si propaga lungo l'assone. Il segnale provoca il rilascio di neurotrasmettitori ai terminali degli assoni, trasmettendo in tal modo le informazioni nel sistema nervoso. Un potenziale d'azione è una specifica variazione "tutto-o- nessuno" nel potenziale di membrana che provoca un rapido picco di tensione. Potenziale di membrana nei neuroni I neuroni hanno in genere un potenziale di membrana a riposo di circa -70 millivolt (mV). Quando ricevono segnali, ad esempio da neurotrasmettitori o stimoli sensoriali, il loro potenziale di membrana può iperpolarizzare (diventare più negativo) o depolarizzare (diventare più positivo), a seconda della natura dello stimolo. Se la membrana viene depolarizzata a un potenziale soglia specifico, i canali del sodio (Na + ) con tensione di apertura si aprono in risposta. Na + ha una concentrazione più alta all'esterno della cellula rispetto all'interno, quindi si precipita quando i canali si aprono, scendendo lungo il suo gradiente elettrochimico. Man mano che la carica positiva entra, il potenziale di membrana diventa ancora più depolarizzato, aprendo a sua volta più canali. Di conseguenza, il potenziale di membrana aumenta rapidamente fino a un picco di circa +40 mV. Al culmine del potenziale d'azione, diversi fattori guidano il potenziale verso il basso. L'afflusso di Na + rallenta perché i canali Na + iniziano a inattivarsi. Man mano che l'interno della cellula diventa più positivo, c'è meno attrazione elettrica che guida Na + verso l'interno. La depolarizzazione iniziale innesca anche l'apertura dei canali di potassio (K + ) in tensione, ma si aprono più lentamente dei canali Na + . Una volta che questi canali K + si aprono, attorno al picco del potenziale d'azione, K + si precipita fuori, lungo il suo gradiente elettrochimico. Il ridotto afflusso di carica positiva da Na + combinato con l'efflusso di carica positiva da K + abbassa rapidamente il potenziale di membrana. Per un breve periodo dopo un potenziale d'azione, la membrana viene iperpolarizzata rispetto al potenziale a riposo. Questo è chiamato periodo refrattario perché, durante questo periodo, la cellula non è in grado di produrre un nuovo potenziale d'azione, impedendo così al potenziale d'azione di spostarsi all'indietro in una cellula. La guaina mielinica aumenta la conduttività Le cellule gliali specializzate (oligodendrociti nel SNC e cellule di Schwann nel PNS) estendono lunghi processi che avvolgono gli assoni neuronali. Questo involucro fornisce isolamento, impedendo la dispersione della corrente mentre viaggia lungo l'assone. Inoltre, i segnali elettrici vengono propagati lungo gli assoni mielinizzati mediante un flusso passivo di corrente positiva nelle regioni mielinizzate. I canali Na + e K + dipendenti dalla tensione si trovano solo negli spazi tra la mielina, ai nodi di Ranvier, innescando la rigenerazione del potenziale d'azione in ciascun nodo. In questo modo, il potenziale d'azione sembra "saltare" lungo l'assone ai nodi, un processo chiamato conduzione salivare. I nervi giganti del calamaro John Z. Young, uno zoologo e neurofisiologo, ha scoperto che il calamaro ha cellule nervose con assoni molto più larghi dei neuroni dei mammiferi. Questi nervi controllano una manovra di fuga rapida facilitata dai potenziali d'azione più rapidi che sono possibili solo negli assoni più grandi. Il diametro maggiore degli assoni ha consentito gli studi iniziali e le descrizioni dei meccanismi ionici coinvolti in un potenziale d'azione. Questo lavoro è stato inaugurato negli anni '50 da Alan Hodgkin e Andrew Huxley mentre lavorava sul nervo gigante del calamaro atlantico. Insieme, hanno descritto la permeabilità delle membrane assonali agli ioni sodio e potassio e sono stati in grado di ricostruire quantitativamente il potenziale d'azione sulla base delle loro registrazioni di elettrodi.