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FISIOLOGIA
29 APRILE 2020
POTENZIALE DI MEMBRANA
È una caratteristica di tutte le cellule, indispensabile per la vita di queste; una cellula senza potenziale di membrana di riposo non può sopravvivere. Il segno meno sta a indicare che la faccia interna della membrana è negativa rispetto al liquido extracellulare, il quale è neutro.
METODO DI MISURA DEL POTENZIALE DI MEMBRANA
Si può misurare utilizzando un microelettrodo di vetro, riempito di soluzione fisiologica, a contatto con un elettrodo metallico, a sua volta collegato a un voltmetro che viene poggiato a terra con un elettrodo di riferimento. Quando il microelettrodo è posto nel liquido, la differenza di potenziale tra il microelettrodo e l'elettrodo di riferimento è 0. Quando invece il microelettrodo viene fatto penetrare nella cellula (l'elettrodo di vetro contiene punte micron), e fatto passare attraverso la membrana plasmatica, si genera una differenza di potenziale che rappresenta...
Il potenziale di membrana. Esempio membrana permeabile solo al K+
Una prima ipotesi avanzata per spiegare il potenziale di membrana è stata che questo potenziale fosse un potenziale di equilibrio, cioè nel quale il flusso netto nella membrana è nullo, facendo equilibrio al gradiente di concentrazione. Ci sono due compartimenti, in uno ci sono ioni potassio, in uno ioni cloro e sodio; se i canali potassio sono chiusi la differenza di potenziale tra i due compartimenti è 0. Se invece i canali sono aperti il potassio passa al comparto due spinto dal gradiente di concentrazione, generando una differenza di potenziale, con la faccia rivolta al comparto uno negativa, e la faccia rivolta al comparto due positiva. Dopo poco tempo si avrà che il flusso netto di ioni che passa dall'1 al 2 è uguale al flusso di ioni dal 2 all'1, generando un potenziale di equilibrio.
Calcolo del potenziale di equilibrio
Può essere fatta utilizzando l'equazione
equilibrio del potassio (EK) può essere calcolato utilizzando la formula di Nernst: EK = RT/zF * log(n K+(1) / K+(2)) Dove: - R è la costante dei gas - T è la temperatura assoluta - z è la valenza dello ione - F è la costante di Faraday (0,0058) - n K+(1) è la concentrazione di potassio nel compartimento 1 - n K+(2) è la concentrazione di potassio nel compartimento 2 Il potenziale di equilibrio del potassio è determinato dalla temperatura, dalla valenza dello ione e dal rapporto tra le concentrazioni di potassio nei due compartimenti. Questo potenziale di equilibrio è un parametro importante per tutti gli ioni in soluzione. Tra tutti gli ioni, il cloro è quello che si avvicina di più al potenziale di membrana a riposo. Si dice che il cloro sia all'equilibrio elettrochimico più o meno, il che significa che il suo potenziale di equilibrio coincide quasi con il potenziale di membrana. Tuttavia, è dimostrato che i due potenziali non coincidono per molti ioni, poiché i loro potenziali di equilibrio sono diversi. Ciò indica l'esistenza di un equilibrio chimico tra gli ioni. Il potenziale di equilibrio è un concetto fondamentale per comprendere il funzionamento delle membrane cellulari e il trasporto degli ioni attraverso di esse.diffusione Il potenziale di membrana è un potenziale di diffusione, generato da una diversa permeabilità della membrana nei confronti degli ioni e quindi gli ioni passano attraverso la membrana con differenti velocità, generando appunto un potenziale. Nell'esempio A il cloruro di sodio con differenti molarità; i due ioni tenderanno a passare dentro la cellula spinte dal gradiente. Se ammettiamo che il cloro è più permeabile vuol dire che ne passa di più rispetto al sodio, per cui si genera una differenza di potenziale negativa all'interno e positiva all'esterno. Nel tempo la quantità di sodio e di cloro che passano saranno uguali, grazie a questa differenza di potenziale che attira il sodio all'interno. Dopo un certo tempo avremo che il passaggio netto di ioni sarà nullo. Nell'esempio B, il sodio è più abbondante nel mezzo 1 e il potassio nel mezzo 2. La membrana è più permeabile al sodio, quindi il sodio tenderà a passare nel mezzo 2, generando una differenza di potenziale negativa nel mezzo 1 e positiva nel mezzo 2.la permeabilità dello ione sodio, diviso per la concentrazione di potassio intracellulare per la permeabilità dello ione potassio più la concentrazione dello ione sodio intracellulare per la permeabilità dello ione sodio. In sintesi, il potenziale di membrana a riposo dipende dalla permeabilità della membrana ai diversi ioni (potassio e sodio) e dalle loro concentrazioni intra ed extracellulari.La permeabilità dello ione sodio, fratto la concentrazione di potassio intracellulare per la permeabilità dello ione potassio più la concentrazione di sodio intracellulare per la permeabilità dello ione sodio. Tanto più la permeabilità di membrana è elevata per uno ione, tanto più il potenziale di membrana si avvicina al potenziale di equilibrio dello ione. È più permeabile la membrana al potassio per cui il potenziale di membrana tende ad avvicinarsi al potenziale di equilibrio del potassio, piuttosto che al sodio.
Modello elettrico della membrana cellulare: RK indica la resistenza della membrana al potassio, mentre il suo opposto è la conduttanza, o permeabilità, GK della membrana al potassio. EK è 102, potenziale di equilibrio del potassio. Il circuito del potassio è parallelo a quello del sodio, il cui potenziale di equilibrio EK è 45. Il potenziale di diffusione si stabilisce ai capi della membrana.
al flusso netto degli ioni, quindi i flussi dei due ioni attraverso la membrana sono uguali. Il calcolo del potenziale di membrana si basa sull'equazione di Ohm. Il potenziale di membrana (Vm) si calcola come segue: Vm = ENa * GNa + EK * GK / GNa + GK La differenza di potenziale di membrana a riposo è data dalla somma del potenziale di equilibrio del sodio (ENa) moltiplicato per la conduttanza del sodio (GNa), più il potenziale di equilibrio del potassio (EK) moltiplicato per la conduttanza del potassio (GK), il tutto diviso per la somma delle conduttanze del sodio e del potassio (GNa + GK). L'azione della pompa Na/K e i flussi ionici passivi sono importanti per mantenere il potenziale di membrana. Poiché la permeabilità della membrana al potassio è maggiore di quella al sodio, l'ione potassio esce più velocemente di quanto non entri il sodio nella cellula. Questo crea una differenza di potenziale che stabilisce un potenziale di diffusione ai capi della membrana, tale da far sì che la quantità di potassio che esce sia uguale alla quantità di sodio che entra. Nel tempo, però, questo potenziale tenderebbe ad annullarsi se il flusso netto degli ioni si annullasse.Il gradiente di concentrazione; questo tuttavia non avviene poiché ogni cellula possiede una proteina, la pompa sodio-potassio, che mantiene questa distribuzione di ioni uguale tra mezzo extra e intracellulare, distribuzione responsabile del potenziale di membrana a riposo. La pompa è accoppiata 3 a uno, espellendo tre ioni potassio per ogni ione sodio che entra nella cellula, e quindi ha una piccola azione elettrogenica. Il suo compito è quindi mantenere il gradiente di concentrazione mantenendo il flusso ionico attraverso i canali, poiché il potenziale di riposo è dovuto al fatto che i due canali ionici hanno differente permeabilità.
FISIOLOGIA 29 APRILE 2020
POTENZIALE D'AZIONE
È un potenziale particolare che permette di mantenere la comunicazione elettrica su lunghe distanze. È un segnale molto rapido che si propaga lungo la membrana della cellula eccitabile (neuroni, fibrocellule cardiache). Le fibre nervose consentono a questo
Il potenziale d'azione è un segnale che permette di viaggiare su lunghe distanze molto rapidamente. Esso permette il rilascio di mediatori chimici e svolge un ruolo fondamentale in molti processi delle cellule eccitabili.
Le fasi del potenziale d'azione sono le seguenti:
A. Il potenziale d'azione della fibra nervosa è molto rapido, della durata di 2 millisecondi.
B. Il potenziale d'azione della fibra muscolare dura 5 millisecondi.
C. Il potenziale d'azione della fibrocellula muscolare cardiaca dura 200 millisecondi.
Tutti questi potenziali d'azione sono caratterizzati da tre fasi:
1. La fase di depolarizzazione, in cui il potenziale passa dal valore di riposo verso lo zero. Durante questa fase, il potenziale si inverte e la faccia interna della membrana diventa positiva. Questa fase è nota come fase di eccedenza.
2. Dopo la fase di depolarizzazione, segue la fase di ripolarizzazione, che riporta il potenziale di membrana al suo valore di riposo.
3. Il plateau è responsabile della lunga durata del potenziale d'azione nella fibrocellula cardiaca.
poiché l'ultima fase si prolunga. Soglia del potenziale d'azione Il potenziale d'azione presenta alcune caratteristiche specifiche come la presenza di una soglia, la legge del tutto-nulla, la refrattarietà e l'accomodazione. Il potenziale d'azione viene generato solo quando il potenziale d'azione a riposo viene portato a un determinato valore, in genere +15 millivolt superiore al potenziale di membrana; questa è la soglia. Se la depolarizzazione non raggiunge la soglia, non si avrà un potenziale d'azione. La legge del tutto-nulla La presenza di una soglia fa sì che il potenziale d'azione sia un evento del tutto-nulla: se il potenziale di membrana viene portato a un determinato valore, il potenziale d'azione insorge; se il potenziale di membrana viene portato a un valore inferiore alla soglia, il potenziale d'azione non insorge. Vengono utilizzate delle correnti depolarizzanti, di pochi milliampere, perstimolare il raggiungimento della soglia. Gli stimoli sottoliminari generano correnti depolarizzanti che non sono sufficienti a raggiungere la soglia. Lo stimolo liminare è sufficiente a generare potenziale d'azione, mentre lo stimolo sovraliminare fa sì che si raggiunga la soglia più velocemente, anche se non modifica l'ampiezza o il decorso del potenziale d'azione.
La refrattarietà assoluta e relativa
Nel periodo che intercorre tra uno stimolo liminare e un altro, si presentano degli stimoli sottoliminari; in questo periodo si dice che la cellula è refrattaria allo stimolo. Lo stimolo liminare è in grado di generare un potenziale d'azione solo dopo un determinato periodo.
La refrattarietà assoluta è un periodo durante il quale qualsiasi stimolo di qualsiasi intensità non
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