Fisiologia

Depolarizzazione e canali voltaggio-dipendenti

Questa depolarizzazione fa sì che si aprano i canali voltaggio-dipendenti (dipendono dalla depolarizzazione) per il Ca, il quale entra nella cellula e stimola la produzione di insulina, per demolire il glucosio. I canali voltaggio-dipendenti sono importanti ricordare che l'insorgere di PdA è possibile solo in quelle cellule eccitabili, le quali presentano una membrana capace di depolarizzarsi e ripolarizzarsi, grazie alla presenza di canali ionici, canali voltaggio-dipendenti. Questi appartengono ad un gruppo più generale di canali, che sono comunque proteine transmembrana. La loro struttura tridimensionale permette il passaggio soltanto ad alcuni tipi di ioni. Un canale voltaggio-dipendente presenta una porzione proteica, con delle cariche (positive o negative) distribuite in modo da formare una struttura che presenta un'estremità positiva e una negativa. Facendo riferimento alla parte sinistra della figura, il campo elettrico fa sì che il

dipolo si orienti in modo da chiudere il canale. Se cambia la distribuzione delle cariche attorno alle proteine, il dipolo tende ad aprirsi, permettendo il passaggio di ioni. I canali chemio-dipendenti Il passaggio fra uno stato aperto e uno stato chiuso è fatto variare dal legame con una particolare molecola chimica. Ogni volta che una molecola chimica si lega ad un recettore specifico sulla proteina, questa cambierà la propria conformazione, aprendo o chiudendo il canale ionico. Stati dei canali ionici dipendenti Nella famiglia dei canali ionici dipendenti, esistono: - Dei canali a 2 stati, canali voltaggio-dipendenti per il K1. - Dei canali a 3 stati, canali voltaggio-dipendenti per il Na2. I primi presentano una sola porta, che apre il canale quando variano le condizioni elettriche o chimiche circostanti e lo chiude quando le condizioni ritornano quelle iniziali. I canali a 3 stati (attivato, chiuso e inattivato) possiedono 2 porte, una all'ingresso del canale e unaall'uscita: la prima è la porta di attivazione, mentre la seconda di inattivazione. La prima apre il canale quando variano le condizioni circostanti e lo chiude quando tornano normali. La seconda chiude il canale, mentre è attivo il primo, quando le condizioni continuano a variare; questa porta si riapre, rimuovendo l'inattivazione, solo quando le condizioni tornano normali. La prima porta, a causa della variazione elettrica, si apre, permettendo l'ingresso degli ioni. Dopo un po' di tempo anche la seconda porta risente del cambiamento elettrico e si chiude, inattivando il canale. La differenza fra i canali a 2 stati e i canali a 3 stati è che i primi, quando il campo elettrico cambia, si attivano e, una volta alla situazione di riposo, si chiudono. Nei secondi, quando il campo elettrico cambia, la prima porta si apre e, mentre il campo elettrico permane nella sua variazione, si chiude la seconda porta, che inattiva il tutto. Al ritorno alla situazionepotenziale di membrana inizia a ripolarizzarsi, tornando al suo valore di riposo. Durante la ripolarizzazione, il potenziale di membrana diventa negativo, fino a raggiungere un valore di -70mV, noto come potenziale di riposo. Durante il PdA, avviene un flusso ionico di sodio (Na+) verso l'interno della cellula, che causa la depolarizzazione. Questo flusso ionico è mediato dai canali voltaggio-dipendenti per il sodio. Una volta raggiunto il picco di depolarizzazione, i canali per il sodio si chiudono e si aprono i canali voltaggio-dipendenti per il potassio (K+). Questo permette al potassio di fuoriuscire dalla cellula, ripolarizzando la membrana. È importante notare che il PdA è un evento tutto-o-nulla, il che significa che una volta che viene evocato, si verifica sempre nella sua interezza. In altre parole, non esistono PdA parziali. Inoltre, la durata e l'ampiezza del PdA possono variare a seconda delle caratteristiche specifiche della cellula. In conclusione, il PdA è un evento elettrico che si verifica nelle cellule eccitabili, come i neuroni e le cellule muscolari. È fondamentale per la trasmissione dell'informazione elettrica all'interno del sistema nervoso e per la contrazione muscolare.

Il fenomeno si esaurisce e, attraverso una ripolarizzazione, si torna al potenziale di membrana. Questo viene anche superato (iperpolarizzazione) e, solo dopo, alcuni meccanismi riportano il potenziale all'equilibrio di membrana. La forma e la durata di un potenziale d'azione possono variare secondo il tipo di cellula, ma le sue componenti si mantengono:

1. Una fase ascendente
2. Una fase discendente
3. Una fase di ritorno al valore iniziale

Vediamo dal punto di vista ionico cosa accade durante un potenziale d'azione:

1. A riposo, il potenziale di membrana ha un valore di circa -70mV, con la presenza di correnti di Na e K, compensate dalla pompa sodio-potassio.
2. Lo stimolo per raggiungere la soglia deve provocare una depolarizzazione di almeno 15mV. Durante il raggiungimento della soglia si verifica uno squilibrio tra correnti di Na in ingresso e di K in uscita. Quando la depolarizzazione raggiunge la soglia, insorge un potenziale d'azione.
3. Il potenziale di membrana raggiunge il valore di picco di +30mV. La depolarizzazione risulta

essere un segnale per i canali voltaggio-dipendenti per il Na, che si aprono e permettono l'ingresso degli ioni Na: questi allontanano il valore di riposo della membrana verso il picco anche se non lo raggiunge. 4. Una volta raggiunto il picco, i canali per il Na si chiudono e si aprono quelli per il K, il quale esce dalla cellula, comportando una ripolarizzazione, tornando ad un valore vicino al potenziale di equilibrio del K (-95mV), senza raggiungerlo. Questi sono molto più lenti a richiudersi e provocano un'iperpolarizzazione. 5. Questo ciclo ricomincia, innescando un nuovo PdA. Fino a che non viene riaperta la porta di inattivazione del canale per il Na, non parte un nuovo PdA. Determina il fenomeno di refrattarietà, che è il tempo necessario ai cancelli dei canali per il Na per ritornare alla condizione di riposo. La refrattarietà limita la frequenza dei PdA e ne assicura lo spostamento unidirezionale. Tra potenziale e potenziale devono passare almeno.

10ms. La propagabilità del PdA

La propagazione del potenziale d'azione è:

1. Un processo veloce;
2. Non diminuisce, all'aumentare della distanza;
3. Si propaga lungo la cellula (nervosa o muscolare).

Le correnti associate al PdA sono le correnti elettrotoniche.

Facendo riferimento alla figura a lato, possiamo vedere come, a potenziale di riposo, le correnti negative siano all'interno. Nella zona in cui si trova il potenziale d'azione l'interno diventa positivo, creando una depolarizzazione locale. Grazie, poi, alle correnti locali, viene provocato un potenziale d'azione anche nelle zone adiacenti. Il PdA si rigenera sempre ex novo, in un preciso tratto di membrana. Questo accade fino a che non viene raggiunta la periferia. Il potenziale d'azione si rigenera lungo il percorso e il suo contenuto energetico viene trasferito al tratto di membrana successivo dove viene ricreato un nuovo PdA.

Le correnti elettrotoniche, che permettono la

depolarizzazione della sezione di membrana adiacente, si propagano in avanti e indietro. Tuttavia, le correnti che si propagano indietro, non riescono a generare un nuovo PdA, perché la zona precedente è in uno stato di refrattarietà: i PdA si spostano in un'unica direzione. Se andiamo a misurare i fenomeni elettrici di una membrana con degli elettrodi, notiamo che, nel punto in cui il PdA insorge, il fenomeno elettrico si delinea completamente. Nel punto 2, il PdA ha depolarizzazione, ripolarizzazione, ma non ha ancora l'iperpolarizzazione. Ecco che le correnti elettrotoniche possono provocare un PdA solo nei punti più vicini. La velocità del PdA La velocità di conduzione del potenziale d'azione dipende: 1. Dal diametro della cellula: la resistenza interna R è inversamente proporzionale al diametro della cellula. La costante di lunghezza (λ) è maggiore quando la resistenza interna è piccola. 2. Dalla

mielinizzazione della fibra: la mielinizzazione determina un aumento delle proprietà isolanti della membrana; perciò, aumenta la resistenza di membrana (R). La costante di lunghezza (λ) è maggiore quando la resistenza di membrana è grande.

La propagazione del PdA nelle cellule eccitabili dipende dalle loro proprietà fisiche. Perciò si dice che le fibre eccitabili mostrano "proprietà di cavo". La costante di lunghezza sarà uguale a...

La mielinizzazione è un fenomeno di formazione di una struttura accessoria alla fibra nervosa, costituita dalle cellule di Schwann, che hanno la funzione di avvolgere le parti più delicate delle cellule nervose, gli assoni. Queste cellule si avvolgono fino a formare una guaina mielinica, che funge da isolante elettrico, aumenta la resistenza elettrica e non permette variazioni del PdM. Fra i vari manicotti di mielina ci sono poi delle interruzioni, nodi di Ranvier: in questi...

Il PdM è vulnerabile a variazioni; in questo modo, durante la depolarizzazione le correnti non possono fluire attraverso la membrana dove questa presenta alta resistenza e si propagano lungo la fibra, all'interno, dove la resistenza è più bassa. Questo tipo di conduzione è chiamata saltatoria ed è molto più rapida.

Le sinapsi

Una sinapsi è una struttura di collegamento funzionale fra due elementi eccitabili, che permette il passaggio di informazioni da una cellula nervosa ad un'altra. La trasmissione sinaptica è l'invio a brevi distanze di segnali elettrici o chimici. In questo modo, è possibile raggiungere grandi distanze in poco tempo. La trasmissione sinaptica può avvenire sia fra due elementi eccitabili che fra un elemento eccitabile e l'organo bersaglio.

Gli elementi che formano una sinapsi sono:

1. L'elemento presinaptico
2. Lo spazio sinaptico
3. L'elemento postsinaptico

possono essere divise secondo classificazione strutturale in:

1. Singole, quando esiste un solo elemento presinaptico e un solo elemento postsinaptico;
2. Con divergenza, dove uno stesso elemento presinaptico si mette in contatto con diversi elementi postsinaptici;
3. Con convergenza, dove più elementi presinaptici si mettono in contatto con un solo elemento postsinaptico.

Abbiamo poi le sinapsi:

1. Asso-dendritiche, se il contatto è stabilito sui dendriti;
2. Asso-somatiche, se il contatto è stabilito sul corpo;
3. Asso-assoniche, se il contatto è stabilito direttamente con l'assone.

Secondo classificazione funzionale, troviamo sinapsi:

1. Elettriche;
2. Chimiche che permettono la trasmissione di informazioni più elaborate.

Abbiamo poi le sinapsi:

1. Eccitatorie;
2. Inibitorie.