Appunti di Bioelettricità

CELLULA NERVOSA

NEURONI= cellule nervose costituite al 70-80% di acqua e il rimanente è costituito all’80% da proteine e al

20% da lipidi. Ogni neurone può essere suddiviso in 3 parti principali:

• DENDRITI= appendici del soma corte che ricevono

informazioni da altre cellule tramite delle zone di

giunzione (sinapsi) e portano informazioni dentro la

cellula (unidirezionali, solo dentro la cellula).

I dendriti ricevono impulsi (potenziale d’azione) dei

neuroni afferenti e li trasferiscono al corpo della

cellula (SEGNALI AFFERENTI). L’effetto di questi

impulsi può essere ECCITATORIO (aumenta

pot.d’az.) o INIBITORIO (diminuisce pot.d’az.).

• SOMA= corpo della cellula

• ASSONE= unica appendice lunga che termina con ramificazioni (terminazioni assoniche). L’assone

trasferisce il segnale (SEGNALE EFFERENTE) dal soma a un’altra cellula (nervosa o muscolare) ed è

tramite le terminazioni assoniche che si collega con i dendriti di altre cellule

Assoni di mammiferi assoni giganti del calamaro

≅ 1 − 20, ≅ 500,

assoni + lunghi del corpo umano (es. nervo sciatico che va dal midollo spinale fino

≅ 1 − 1

all’alluce del piede) L’assone contiene al suo interno ASSOPLASMA (fluido intracellulare), mentre

l’esterno può essere rivestito da GUAINA MIELINICA (strato isolante),

prodotta dalle CELLULE DI SCHWANN. Tale guaina mielinica non è continua

ma divisa in sezioni, separate a intervalli regolari (NODI DI RANVIER= punti

senza guaina ≅ 1 − 2).

Tale guaina mielinica permette di aumentare la velocità di propagazione del

potenziale d’azione.

Quindi si ha un flusso di informazioni che va dai dendriti (info provenienti da altre cellule), poi viene elaborato e

distribuito verso le altre cellule. Si ha una SOVRAPPOSIZIONE DEGLI EFFETTI delle informazioni provenienti

dalle altre cellule.

La frequenza con cui si propagano le informazioni è l’unica cosa che si può variare, quindi le cellule sono dei

MODULATORI DI FREQUENZA.

Ci sono migliaia di sinapsi (punti di contatto) tra le cellule.

Il modo con cui queste informazioni si compongono è il risultato di un'integrazione temporale e spaziale.

Gli stati di eccitazione e inibizione sono continuamente variabili nel tempo in base all'integrazione spazio-

temporale di tutte le informazioni che arrivano.

STIMOLAZIONE CELLULE NERVOSE: ECCITAZIONE E INIBIZIONE

Conduttore elettronico immerso in una soluzione salina.

L’ago fora la membrana cellulare e inietta corrente dentro la cellula.

Si prendono 2 MICROELETTRODI: 1 per imprimere corrente (che

andrà in parte dentro la cellula e in parte tenderà a uscire attraverso i

canali ionici) e 1 collegato al voltmetro che misura la tensione di

membrana Vm.

Nel momento in cui la corrente esce, osservando la membrana

cellulare (che separa interno-esterno) si ha una corrente che passa

da dentro a fuori e questo è possibile perché all’interno si crea un eccesso di carica +.

Quindi il fatto di applicare corrente,

tende a INVERTIRE LA POLARITA’ della membrana cellulare.

Quindi, supponendo di stimolare l’assone di una cellula nervosa, si ha che il potenziale trans-membrana

cambia e tale stimolazione può essere:

ECCITATORIA (depolarizzante): caratterizzata da un aumento del potenziale trans-membrana

➢ INIBITORIA (iperpolarizzante): caratterizzata da una diminuzione del potenziale trans-membrana

➢

Se lo stimolo della membrana è insufficiente per far sì che il potenziale trans-membrana raggiunga la soglia di

eccitazione, la membrana non si attiva STIMOLO SOTTO-SOGLIA e la variazione del potenziale è detta

→

ELETTROTONICA.

Se invece lo stimolo eccitatorio è abbastanza intenso e il potenziale di membrana raggiunge la soglia di

eccitazione, la membrana produce un potenziale d’azione STIMOLO SOPRA-SOGLIA

→

Dopo tale stimolazione, il potenziale di membrana ritorna al valore di riposo.

Per corrente = 0 → =costante

Nel momento in cui applico corrente (STIMOLO),

questa esce dalla membrana (si crea un contributo

positivo che tende a far uscire la corrente dalla

membrana).

Se misuro la ddp vedo che è ≅ −90.

Più lascio la corrente attaccata e + il potenziale

cresce, perché sto forzando gli ioni + a uscire dalla

cellula.

Il potenziale può crescere in modo diverse: + è

intenso lo stimolo, + è repentina la crescita del

potenziale.

potenziale dipende sia dall’intensità di

→Il

stimolazione sia dalla durata.

L’integrale del segnale della corrente dice quanta

carica sto iniettando.

CELLULE SENSORIALI

Gli organi di senso sono costituiti da cellule recettive sensoriali (RECETTORI), in grado di rispondere a stimoli

fisici e chimici inviando informazioni al SNC sotto forma di treni di potenziali d’azione, cha hanno una

frequenza variabile detta FREQUENZA DI SCARICA del recettore.

Le cellule sensoriali hanno varie funzioni: vista, udito, tatto, gusto, olfatto, percezione termica,..

ogni cellula recettiva può rispondere a diverse forme di stimolo e energia. Le cellule sensoriali possono essere

classificate come:

1. ESTEROCETTORI: rispondono a stimoli sensoriali provenienti dall’esterno del corpo (fotorecettori per la

vista, chemiocettori per l’odore e per il gusto, meccanocettori per il tatto e per l’udito, termocettori)

2. INTEROCETTORI: rispondo a sollecitazioni interne al corpo (es. chemiorecettori nella carotide e

nell’aorta per la pressione dell’ossigeno, meccanorecettori per l’equilibrio e osmorecetttori per la

pressione osmotica del sangue)

3. PROPRIOCETTORI: forniscono informazioni su variabili meccaniche muscolari, per monitorare

variazioni di posture o di posizione relativa di segmenti corporei

Tutte le cellule recettive hanno una caratteristica in comune: sono trasduttori di energia, ovvero trasformano

energia da una forma ad un’altra.

In generale, le cellule recettive non generano propriamente un potenziale d’azione ma danno vita ad un

graduale aumento del potenziale di membrana; ciò può innescare o meno l’attivazione della fibra nervosa alla

quale sono connesse. In particolare, durante l’evento di trasduzione si distinguono due fasi distinte:

1) sviluppo di una differenza di potenziale recettiva, che rappresenta il grado della risposta del recettore

allo stimolo;

2) conseguente generazione di una differenza di potenziale generatrice, che rappresenta il fenomeno

elettrico in grado di innescare, se viene superate la soglia di eccitabilità, il potenziale d’azione

dato che il segnale neuronale in uscita è trasportato nella forma di potenziale d’azione, l’informazione relativa

alla intensità della grandezza (stimolo) rilevata non può essere contenuta nella ampiezza del segnale generato

dal recettore. L’informazione viene, invece, codificata nella FREQUENZA DI SCARICA (firing rate) di un treno di

potenziali d’azione generato dal recettore. Pertanto, il recettore agisce come un MODULATORE DI FREQUENZA.

A seguito del fenomeno noto come adattamento, la frequenza di scarica del potenziale d’azione diminuisce

nel tempo.

ESEMPIO DI RECETTORE: CORPUSCOLO DI PACINI

Il corpuscolo di Pacini è un meccano-recettore della pelle (recettore del tatto),

che somiglia ad una cipolla, in quanto è costituito da diversi strati concentrici

(che fungono da amplificatori geometrici), il cui centro comprende il nucleo

dove è posizionata la parte terminale del neurone afferente.

I meccano-recettori modificano la conduttanza a seguito dell’evento

meccanico per alterare la frequenza di scarica del potenziale d’azione.

Una deformazione del corpuscolo di pacini aumenta la conduttanza e questo determina una depolarizzazione

della membrana che si propaga tramite conduzione ionica passiva (elettrotonica).

CELLULA MUSCOLARE

3 diversi tipi di muscolatura:

muscoli LISCI= sono involontari e la loro contrazione è controllata dal cervello attraverso il sistema

➢ nervoso autonomo (es. apparato digestivo, utero, vescica)

muscoli STRIATI (scheletrici) = sono volontari e ogni fibra è data dall’alternanza di bande chiare e scure.

➢ Sono detti muscoli scheletrici per la loro dislocazione anatomica, in quanto sono costituiti da fibre

muscolari organizzate in sotto-strutture e collegati alle ossa tramite i tendini

muscolo CARDIACO= anch’esso è striato ma si differenzia da quello scheletrico perché prima di tutto è

➢ un muscolo involontario, ma quando viene eccitato genera un potenziale d’azione molto più lungo

(circa 300ms) di quelli scheletrici e anche la contrazione meccanica permane + a lungo. Inoltre l’attività

elettrica di una cellula si diffonde a tutte le cellule miocardiche circostanti.

SINAPSI

SINAPSI= giunzione fra l’assone di una cellula nervosa e una cellula con la quale essa comunica (nervosa o

muscolare)

L’informazione procede dal corpo della cellula UNIDIREZIONALMENTE attraverso la sinapsi, prima lungo

l’assone e poi attraverso la sinapsi fino alla cellula nervosa o muscolare successiva.

terminazione pre-sinaptica=

porzione della sinapsi che si

trova dalla parte dell’assone

terminazione post-sinaptica=

porzione situata dalla parte

della cellula adiacente

tra queste 2 terminazioni esiste

un GAP= scissione sinaptica

Il potenziale d’azione si propaga in un unico verso dalla terminazione pre-sinaptica a quella post-sinaptica,

rilasciando un trasmettitore chimico (NEUROTRASMETTITORE) da parte di VESCICOLE SINAPTICHE situate

nella porzione pre-sinaptica

VESCICOLE: contengono un liquido neuro-trasmettitore, che ha la funzione di trasportare l'informazione per

via chimica attraverso il gap sinaptico.

Quando si ha la variazione del potenziale di membrana, queste vescicole si spostano e si fondono con la

parete della membrana cellulare, innescando il rilascio nel gap sinaptico di molecole del neuro-trasmettitore.

Quest'ultime si legano con dei recettori (proteine) di membrana che si trovano sulla parte post-sinaptica.

Questi recettori subiscono delle variazioni che portano a delle alterazioni del potenziale di membrana della

parte post sinaptica. Se il potenziale di membrana supera una certa soglia si forma il potenziale d'azione, che

rinasce nella parte post-sinaptica.

Il recettore libera il neuro-trasmettitore, che adesso si trova nel gap sinaptico. Questo, tramite delle proteine,

viene trasportato dentro la parte pre-sinaptica e inglobato nuovamente nelle vescicole.

Esempi di NEUROTRASMETTITORI:

ACETILCOLINA: adibita al movimento volontario dei muscoli

~ DOPAMINA: regola il movimento volontario e l’att