Anatomia

POTENZIALE D’AZIONE

L’eccitabilità viene chiamata anche proprietà batmotropa: capacità di creare un potenziale d’azione se la cellula viene

depotenziata. Il potenziale d’azione è diverso dalle cellule nervose sia muscolari striate in cui avevo un potenziale

bifasico, uno di ripolarizzazione e uno di depolarizzazione; questo invece presenta un potenziale più lungo, all’incirca di

250 millisecondi, rispetto a 2-10 millisecondi nelle cellule scheletriche e millisecondi nelle cellule nervose e questa lunga

durata è dovuta al fatto che la ripolarizzazione è interotta

da un periodo in cui il potenziale rimane stabile a circa 0 V, la fase di plateau. Dopo avrò al ripolarizzazione della

membrana con il ritorno del potenziale a riposo. Posso numerare le fasi del potenziale d’azione

- Fase di depolarizzazione: molto rapida, chiamata fase 0

- Fase di ripolarizzazione: raggiunto il picco diminuisco la depolarizzazione, fase 1

- Fase di plateau: potenziale stabile intorno allo 0 V , fase 2

- Fase di ripolarizzazione: trono al potenziale a riposo, fase 3

- Potenziale a riposo, fase 4

Notiamo che le cellule cardiache, come le cellule muscolari scheletriche hanno un potenziale d’azione molto negativo,

circa -90mV , la fase di depolarizzazione è dovuta all’apertura dei canali di sodio nelle cellule determina l’inversione della

polarità della membrana si avrà un ciclo autogenerativo che consente il raggiungimento del picco massimo a 30 mV.

Inizia poi la fase di ripolarizzazione che si ferma a 0 mVm nella fase di plateau, fase un pò strana perchè normalmente il

potenziale si mantiene stabile solo se è quello di membrana, per l’azione della pompa sodio-potassio. Devo realizzare

quindi una situazione in cui il flusso ionico sia uguale e contrario. L’elevata negatività del potenziale a riposo è dovuto

all’elevata permeabilità del potassio nelle cellule cardiache, per la presenza di canali ad accesso non controllato per il

potassio e addizionali canali per i potassio che vengono chiamati canali kir o a rettificazione del potassio. Questi rendono

più favorita la corrente in entrata, che apporta quindi cariche positive al livello della membrana, quindi una corrente

depolarizzante, venga condotta meglio da quella in uscita. I canali per il potassio sono dei canali sempre aperti, ma

anche voltaggio dipendenti che si aprono all’inizio del potenziale d’azione, l’uscita di potassio determina quindi la

ripolarizzazione della membrana, la corrente in uscita sarà quindi polarizzante. Questi canali kir, a differenza dei canali

tradizionali per il potassio, sono aperti in condizione di potenziale di membrana a riposo, mentre si inattivano dopo la

depolarizzazione: il potassio che entra dai canali aperti quindi non esce e rimane dentro, è come se ci fosse un aumento

di cariche positive e posso considerarla una corrente in ingresso, che determina la depolarizzazione. Quindi i canali per il

potassio si aprono all’inizio del potenziale d’azione permettendo la fuoriuscita del potassio, mentre i canali kir sono chiusi

durante il potenziale d’azione e compensano la corrente in uscita trattenendo il potassio all’interno, successivamente

verrano riaperti a potenziale a riposo. Quindi durante il potenziale d’azione abbiamo:

• durante la fase 4 ho un potenziale molto negativo per l’elevata permeabilità del potassio nelle cellule cardiache,

poichè ho sia i canali ad accesso non controllato che i canali kir aperti;

• la depolarizzazione aprirà i canali per il sodio, quindi il sodio entra nella cellula determinando la fase 0, con

pendenza molto alta, ciò indica che è molto veloce perchè avrò sia i canali sodio che introducono cariche positive, ma

anche l’inattivazione dei canali kir che riducono la fuoriuscita del potassio;

• raggiunta la soglia i canali sodio si inattivano e abbiamo la fase 1 in cui il potassio esce per ripolarizzare la

membrana;

• successivamente si aprono i canali voltaggio dipendenti per il calcio, che si trova a livello extracellulare, per cui

entra nella cellula apportando cariche positive, mentre contestualmente esce il potassio. L’equilibrio quindi consiste nel

potassio che esce e il calcio che entra, entrambi con carica positiva ed è ciò che mantiene costante il potenziale a livello

della membrana.

• I canali per il calcio che sono simili a quelli per il sodio vanno incontro a un’inattivazione, determinata dalla

stessa presenza di calcio. Prevale quindi l’uscita di potassio che nella fase 3 è dovuta anche dai canali voltaggio

dipendenti del sodio che si riattivano: si induce quindi la ripolarizzazione fino al potenziale di riposo

La corrente dipende dalla forza elettromotrice, il calcio ha un potenziale di equilibrio elettrochimico pari a +40 mV quindi

la forza elettromotrice, che è la differenza tra potenziale di membrana (assunto 0) e il potenziale dell’elemento, è nel

caso del calcio negativo. Mentre invece il potenziale di equilibrio elettrochimico del potassio è -102 mV, per cui la forza

elettromotrice è positiva. Significa che la forza elettromotrice del potassio è molto maggiore di quella del calcio, i due

flussi però sono pari. La corrente è data dal prodotto della conduttanza per la potenza, per cui per equilibrare le correnti

la conduttanza del potassio è molto piccola, grazie alla chiusura dei canali kir. Canali kir e canali calcio sono i

responsabili della fase di plateau. La fase di plateau è fondamentale perchè prolunga il potenziale d’azione,

l’inattivazione dei canali sodio è rimossa quando il potenziale di membrana ritorna a quello di riposo per cui prolungando

il potenziale d’azione aumenta il periodo di refrattarietà, in modo che l’evento contrattile evolva e si concluda prima della

formazione di un secondo potenziale d’azione. Nel muscolo scheletrico sono possibili tetani, per cui contrazioni a

potenziale diversi, mentre nel muscolo cardiaco un potenziale d’azione si crea solo quando si conlcule l’evento

contrattile. La sommazione delle scosse in muscoli cardiaci produrebbe una spinta inefficace del sangue, poichè la

contrazione avverrebbe prima ancora che il cuore si sia riempito di sangue, ciò che avviene in una condizione patologica

chiamata extrasistole.

LEZIONE 13

POTENZIALE D’AZIONE NEL MUSCOLO CARDIACO

ECCITABILITÀ (continuazione)

Il potenziale d’azione nelle fibre muscolari cardiache è un potenziale di lunga durata, arriva anche a 250 millisecondi ed

è caratterizzato da una fase detta fase di plateau, che interrompe la ripolarizzazione e mantiene per un certo periodo il

potenziale stabile. Al termine abbiamo la ripolarizzazione della membrana. Questa prolungata durata del potenziale

d’azione fa sì che venga prolungata la fase di refrattarietà. Abbiamo precedentemente detto che i canali per il sodio

voltaggio-dipendenti vanno incontro a un processo di inattivazione per il quale non possono più aprirsi e devono prima

passare dalla configurazione di chiusura e questo può avvenire soltanto quando il potenziale ritorna ai valori di riposo,

proprio perché è un processo voltaggio-dipendente. Il potenziale induce la fase di contrazione dopo il processo di

accoppiamento eccitazione-contrazione e la fase di contrazione evolve in contemporanea al potenziale d’azione. Questo

comporta che non può avvenire, come nel caso del muscolo scheletrico, la sommazione delle scosse. Nel muscolo

scheletrico il potenziale di azione cessa prima dell’inizio della fase di contrazione, è quindi possibile l’arrivo di un nuovo

potenziale che determina un nuovo evento contrattile che si somma al precedente. Nel miocardio, invece, la fase di

contrazione evolve nello stesso periodo del potenziale d’azione, per cui una nuova contrazione può nascere soltanto

quando finisce l’evento contrattile. È quindi impossibile la sommazione delle scosse. Questo ha una un’importante

funzione: il compito della parete muscolare del cuore è quello di contrarsi e spingere il sangue nell’albero circolatorio e

dopo averlo espulso si riempie nuovamente. Il riempimento avviene durante la fase di rilasciamento, quindi una

contrazione alle scosse sarebbe inutile poiché non ci sarebbe liquido da spingere nell’albero circolatorio. La fase di

ripolarizzazione avviene al termine della fase di plateau, perché i canali per il calcio vanno incontro a inattivazione e

quindi prevale la fuoriuscita di potassio, che avviene grazie a una serie di canali voltaggio-dipendenti e l’aumento o la

riduzione della corrente di potassio incide sulla durata del potenziale d’azione.

Durante la fase di plateau entra calcio che induce il rilascio di calcio da parte del reticolo sarcoplasmatico e quindi da

inizio al fenomeno della contrazione. Nel muscolo scheletrico le strutture di calcio voltaggio-dipendenti erano unite

fisicamente dai “tappi” dei canali per il calcio nel reticolo sarcoplasmatico e quindi c’è un cambiamento conformazionale

per cui veniva stappato il canale e si verifica un’interazione. Nel muscolo cardiaco membrana e reticolo non sono

fisicamente uniti tra di loro, i recettori per la diidropiridina sono i canali ionici e sono aperti e quindi è il calcio che

determina il rilascio di calcio. Nel muscolo cardiaco vi è un rilascio di calcio calcio-indotto.

AUTOMATISMO

Il cuore è un muscolo involontario. Il potenziale di azione, anche in questo caso, nasce perché una depolarizzazione

raggiunge il valore soglia per l’apertura dei canali sodio. La depolarizzazione nelle cellule del muscolo scheletrico nasce

dopo un evento sinaptico, è comandata quindi dal neurone motore, si ha il potenziale di placca che poi genererà il

potenziale d’azione. Il muscolo cardiaco, che essendo un muscolo involontario non è sotto il controllo del sistema

nervoso, è in grado di generare spontaneamente potenziali di azione. Questa proprietà del muscolo cardiaco è detta

proprietà cronotropa o proprietà dell’automatismo. Nel cuore sono presenti delle cellule particolari contrattili che

prendono il nome di cellule del miocardio specifico perché sono debolmente contrattili e sono localizzate in punti ben

precisi. Queste cellule vengono anche chiamate cellule autoritmiche o cellule pacemaker. In queste cellule nasce

spontaneamente un potenziale d’azione che è un potenziale bifasico. Il potenziale di membrana non è stabile, ma

lentamente si depolarizza, questa depolarizzazione prende il nome di potenziale pacemaker e siccome avviene durante

la fase di rilasciamento del muscolo e il rilasciamento cardiaco prende il nome di diastole, questo potenziale viene anche

chiamato potenziale diastolico. Le cellule nel musco