Appunti di Fisiologia dell'esercizio fisico

RISPOSTA VELOCITÀ DELLA RAPIDA LENTA RISPOSTA PROCESSI RAPIDI LENTI CONTROLLATI ECCITABILITÀ CELLULARE

La cellula è la più piccola unità funzionale ed ogni cellula è programmata per svolgere compiti specifici. Le CELLULE ECCITABILI sono le cellule del sistema nervoso (neuroni) e le cellule muscolari che hanno la capacità di reagire a uno stimolo adeguato con una variazione della proprietà di membrana.

Sono costituite come tutte le altre cellule da una membrana plasmatica:

• formata da uno strato lipidico (isolante idrofobico) con immerse proteine strutturali (che danno la forma alla cellula) e proteine canale (idrofiliche) che permettono il passaggio delle cariche elettriche.
• Questi canali ionici formati da più subunità proteiche mettono in comunicazione l'ambiente extracellulare con l'ambiente intracellulare, ambienti che hanno una diversa distribuzione di specie ioniche; l'ambiente intracellulare è ricco.

di potassio e anioni proteici (non possono attraversare la membrana), quello extracellulare di sodio, calcio, cloro e ione bicarbonato. Le specie ioniche sono distribuite in maniera quantitativamente differente fuori e dentro. È importante la differenza di concentrazione tra potassio 140 mM all'interno e 5 mM all'esterno e sodio 140 mM all'esterno e 5 mM all'interno, per definire l'eccitabilità cellulare;

- separa l'ambiente intracellulare da quello extracellulare;

- è semipermeabile, ossia i passaggi avvengono secondo delle regole chimico-fisiche (trasporto attivo, diffusione, trasporto facilitato): il bistrato lipidico è isolante e si comporta come un condensatore separando le cariche elettriche; in particolare all'interno si accumulano le cariche negative, mentre all'esterno le cariche positive. In una particolare condizione a riposo le cariche non possono attraversare la membrana perché i canali ionici sono chiusi,

membrana è selettiva solo per il cloro, si sposterà il cloro e avremo più cariche positive all'esterno e più cariche negative all'interno. Questo è quello che accade nella nostra cellula. Le proteine cariche negativamente sono molto grandi però e non possono attraversare questa membrana cellulare neanche quando si aprono le proteine canale e quindi si accumulano all'interno.

Ma come mai sodio e potassio entrambi con carica positiva si accumulano uno all'interno e uno all'esterno? Perché a livello della membrana c'è una proteina atipiasica (consuma ATP nella sua funzione), proteina canale che elimina dalla cellula tre atomi di sodio e fa entrare due atomi di potassio (pompa sodio-potassio) che genera la differenza di potenziale di -70 mV. Molte sostanze terapeutiche possono influire sul funzionamento cellulare e diventare tossiche se impediscono il funzionamento della pompa sodio-potassio.

Quando stimoliamo

la cellula, introducendo delle cariche elettriche positive, dando uno stimolo ad onda quadra con una certa durata e intensità, la membrana risponde modificando il potenziale, in questo caso si parla di DEPOLARIZZAZIONE. Lo stesso accade se introduciamo cariche negative, rendendo la membrana più negativa, in questo caso si parla di IPERPOLARIZZAZIONE. La nostra membrana si comporta quindi come un circuito elettrico in cui ci sono resistenze (i canali proteici che si fanno attraversare) e capacità (bistrato lipidico) si comporta quindi seguendo la PRIMA LEGGE DI OHM: la differenza di voltaggio è direttamente proporzionale all'intensità di corrente che ho somministrato per la sua durata e per la resistenza della membrana stessa.

POTENZIALE DI AZIONE: Se aumentiamo l'intensità di corrente, la membrana non segue più la prima legge di Ohm, ma si ricorda di essere un sistema biologico e quindi quando raggiunge il potenziale di soglia pari a

-55 mV, si aprono le proteine canale specifiche per il sodio (voltaggio-dipendenti) che fanno entrare il sodio all'interno della cellula fino a raggiungere l'equilibrio (uguale dentro-fuori) diventando positiva al suo interno. A questo punto si aprono i canali voltaggio-dipendenti per lo ione potassio di carica positiva più concentrato dentro e quindi secondo il suo gradiente esce dalla membrana e la membrana si ripolarizza fino al potenziale di equilibrio del potassio. Quando si chiudono i canali del potassio la pompa sodio-potassio riprende il sopravvento e riporta il potenziale della membrana nella condizione di riposo pronti per un altro potenziale d'azione. Si alternano quindi tre fasi: prepotenziale che dipende dallo stimolo elettrico, fase ascendente sodio-dipendente - depolarizzazione, fase discendente potassio-dipendente - ripolarizzazione. Una cellula è tanto più eccitabile quanto più alta è la concentrazione del potassio.

Il potenziale d'azione costituisce un'informazione che deve viaggiare lungo l'assone delle nostre cellule ed essere trasmesso ad altre cellule. La conduzione dell'impulso lungo l'assone può avvenire:

- PUNTO A PUNTO negli assoni non mielinizzati, conduzione lenta, ingresso di cariche positive e uscita di cariche negative; quando un punto si è depolarizzato le cariche positive viaggiano lungo l'assone per depolarizzare il punto successivo e all'esterno le cariche negative vanno verso il punto depolarizzato e così avremo negative all'interno e positive all'esterno nel punto precedentemente polarizzato.

- CONDIZIONE SALTATORIA negli assoni ricoperti da guaine mieliniche e avviene solo in alcuni punti, i nodi di Ranvier. Un punto si depolarizza, le cariche viaggiano fino al nodo successivo, saltando lunghi tratti di assone. La conduzione è veloce fino a 120 m/s. La guaina mielinica è costituita da una serie di cellule.

che si avvolgono attorno all'assone in più strati e grazie al loro bistrato lipidico l'assone è completamente isolato dall'ambiente extracellulare.

Inoltre, i canali ionici sono maggiormente presenti all'interno dei nodi di Ranvier. Se la guaina degenera (es: SLA) per vari motivi (virus o doping) le cariche elettriche non riescono più a raggiungere il nodo e la conduzione si rallenta diventando punto a punto, anzi dove era prevista la guaina sono presenti molto meno canali ionici, rallentando ancora di più la trasmissione.

A livello del corpo cellulare del nostro assone mielinizzato si forma il potenziale d'azione, viaggia lungo l'assone nodo per nodo fino a raggiungere la terminazione dell'assone che perde la guaina mielinica e attraverso molecole neurotrasmettitori l'informazione viene trasferita ad altre cellule (SINAPSI).

TRASMISSIONE SINAPTICA

Esistono quattro tipi di comunicazione tra le cellule:

- NERVOSA: tipica del

sistema nervoso, le molecole di neurotrasmettitore trasformano il segnale elettrico in segnale chimico e sulla cellula bersaglio di nuovo il segnale diventa elettrico e noi avremo una risposta

ENDOCRINA: le cellule endocrine producono ormoni che vengono immessi nei vasi sanguigni per raggiungere più cellule bersaglio contemporaneamente; la risposta c'è solo dove è presente un recettore di membrana che le riconosce

NEUROENDOCRINA: l'ormone è prodotto da una cellula del sistema nervoso (ad esempio a livello ipotalamico) ed immesso nel sangue per raggiungere la sua cellula bersaglio

PARACRINA-AUTOCRITA: le cellule vicine tra loro comunicano attraverso sostanze chimiche

TRASMISSIONE SINAPTICA TRAMITE CELLULE ECCITABILI

Le sinapsi sono un punto di contatto funzionale e non fisico (non si toccano mai) tra le cellule dove avviene la trasmissione del segnale da un elemento all'altro. Si distinguono in:

- sinapsi elettriche, non rilasciano alcuna sostanza chimica,

sono vicine ma non si toccano. Una cellula presinaptica e una cellula postsinaptica, sono costituite da due membrane strettamente accostate, queste congiunzioni si chiamano giunzioni comunicanti (es nuclei ipotalamici neuroendocrini o cellule non nervose come miocardio); attraverso i canali di membrana quando il neurone presinaptico si depolarizza, quindi ha un accumulo di sodio al suo interno, questo sodio passa alla cellula postsinaptica, quindi quasi immediatamente senza nessun ritardo nella risposta; il passaggio del messaggio può avvenire anche in direzione contraria a seconda della concentrazione ionica in una cellula o nell'altra, inoltre le modificazioni nella cellula postsinaptica sono dello stesso segno delle modificazioni della cellula presinaptica.

sinapsi chimiche, molto più diffuse nel nostro sistema, è costituita da un elemento presinaptico che contiene