Appunti esame Fisiologia generale

DV

Se faccio un campionamento di sarà massimo man mano che mi

DV, DV0

sposto deltav diminuisce fino a valori prossimi allo 0.

Quella corrente che ho iniettato e che si è trasmessa secondo x si sarà

attenuata fino a 0 perché ogni resistenza (sia quella del citosol che quella

del LEC) avrà l’effetto di attenuare l’intensità di corrente e quindi avrà l’effetto di attenuare il che vedo in

DV

tutti gli x diversi da 0.

Sto attenuando la corrente, la mia corrente si dissipa per effetto della resistenza del mezzo.

Propagazione passiva dei potenziali elettrotonici attraverso correnti elettrotoniche

A) Resistenza al flusso nel citoplasma (ri)

B) La resistenza della membrana è rm (dipende dalla conduttanza)

e (perché

-1 l/l)

è la distanza dal punto di iniezione della corrente dove vedo il massimo diminuire fino al 63 % (cioè ne

DV

l

rimane ancora il 37 %).

Se diminuisce è perché la resistenza agisce su quella corrente che si sta propagando.

DV

La corrente sarà propagata meglio se è grande o se è piccolo ? Cioè quell’assone sarà un conduttore

l

migliore se l è grande o è piccolo? Se è grande.

l

(Se è piccolo vuol dire che la membrana della cellula è un buon conduttore, adesso se è grande vuol dire

t l

che quell’assone è un buon conduttore).

la esprimo come la radice quadrata tra la resistenza di membrana / la resistenza intracellulare + resistenza

L

extracellulare. Ma siccome la resistenza intracellulare è molto maggiore di quella extracellulare, quest’ultimo

posso trascurarlo.

Visto così quel rapporto è un numero puro, come fa ad avere le dimensioni di cm ? In realtà queste

resistenze non sono misurate in Ohm, sono resistenze misurate in Ohm corrette per il fattore geometrico.

Il fattore geometrico è, per la resistenza che attraversa la membrana, è quello che tiene conto di una corrente

che passa per una lunghezza molto piccola ed una superficie molto grande. La resistenza del liquido

intracellulare è la resistenza che passa per una sezione piccola ma per una lunghezza molto grande.

Quindi sono fattori geometrici tale per cui la formula reale di è questa :

l

è data dalla resistività specifica di membrana (r ) / la resistività specifica intracellulare tra i due e al

l sm

numeratore troviamo anche il raggio R (del conduttore che stiamo osservando).

La resistività specifica di membrana (r ) si misura in Ohm cm ; la resistività specifica intracellulare (r ) si

2

sm sin

misura in Ohm cm :

Se da un punto qualsiasi origine della stimolazione vedo attenuare perché i voltaggi nelle regioni

DV

adiacenti sono fatti variare attraverso il passaggio di correnti elettrotoniche che sono attenuate secondo l,

vedrò che se questo è il salto di voltaggio rispetto a x e se questa è la soglia di fuoco, iniettando una

corrente che porti la membrana sovrasoglia, quanto lungo è il tratto di assone che è suscettibile ad evocare

nuovamente il potenziale d’azione ? Sarà la lunghezza che corrisponde all’intersezione tra la soglia di fuoco e

il valore quando questo interseca il valore della soglia di fuoco cioè quella evidenziata è la regione

DV

assonale che è utile per l’innesco dei nuovi potenziale d’azione.

Se fosse maggiore quell’esponenziale sarebbe più piatta perché le correnti elettrotoniche si attenuano di

l

meno. La regione assonale utile per nuovi potenziali d’azione sarebbe maggiore.

Il potenziale d’azione ha sempre la stessa durata in millisecondi. Quanto maggiore è la lunghezza utile per

generare nuovi potenziale d’azione tanto più velocemente questi potenziali d’azione li vedrò spostarsi nello

spazio.

(La velocità è spazio/tempo se lo spazio aumenta e il tempo resta costante, la velocità con cui vedo

rigenerarsi il potenziale d’azione sarà maggiore quando è grande). Quindi questa velocità di riproduzione

l

del potenziale d’azione sarà maggiore quanto più alto sarà il valore di l.

Anche qui gioca un ruolo fondamentale il fatto che il potenziale d’azione sia “tutto o nulla”, che abbia una

durata discreta (quindi tempo costante) ma se lo spazio è maggiore la velocità diventa maggiore.

Possiamo interpretare tutto in termini di teoria del cavo. Un assone trasferisce correnti elettrotoniche che si

generano quando c’è un salto di voltaggio in un certo punto.

Qual è l’oggetto che trasferisca correnti elettriche ? Un conduttore. Allora posso dire che l’assone si

comporta come un cavo conduttore : ma è un buon conduttore o un cattivo conduttore ? Un buon

conduttore è un conduttore che lungo la distanza non attenua corrente elettrica per effetto delle resistenze

(effetto Joule) un cattivo conduttore invece è un materiale che fa passare corrente ma l’attenua per effetto di

una sua caratteristica intrinseca. Per decidere se un assone è un buon o cattivo conduttore devo considerare

tre elementi : 1) le correnti sono attenuate secondo 2) il potenziale d’azione ha sempre la stessa forma e

l

stessa intensità 3) la soglia è costante in condizioni di riposo.

Cosa dobbiamo vedere di caratteristico dell’assone per decidere se è un buon o un cattivo conduttore?

Guardiamo com’è fatto per esempio le dimensioni.

Parlando di dimensioni significa che guardiamo al raggio : il raggio può influenzare e (se è piccolo il

t l t

potenziale d’azione si innesca in fretta ; se è grande, è grande il tratto che è interessato ai nuovi potenziali

l

d’azione).

La velocità di propagazione dei nuovi potenziale d’azione è direttamente proporzionale a e inversamente

l

proporzionale a t.

si misura come prodotto tra resistenza di membrana x capacità di membrana → t = r C

t m m

r è inversamente proporzionale al raggio R dell’assone, Cm è direttamente proporzionale a R (quindi i due

m

effetti si compensano).

In entrambi i casi perché se aumenta R aumenta A.

C’è un problema → R dipenderà dalle caratteristiche intrinseche della cellula ma i neuroni sono cellule

mononucleate, quindi all’aumentare di R il rapporto nucleo/citoplasma “peggiora”. Quindi vi è una sorta di

limite all’aumento di R dovuto proprio al peggioramento del rapporto nucleo/citoplasma.

Data questa scrittura di cosa abbiamo? Abbiamo una strategia evolutiva che ha portato le cellule a

l

diventare giganti ( = assone gigante del calamaro) quindi un vantaggio evolutivo.

Gli assoni giganti del calamaro li troviamo associati alla condizione dei segnali verso i muscoli volontari del

mantello (da cui dipendono i movimenti natatori).

Un’alternativa è il gigantismo che agisce sul fattore R. , però questo gigantismo è limitato dal fatto che il

rapporto nucleo/citoplasma peggiora.

Un esempio di gigantismo di una cellula eccitabile dove il rapporto nucleo/citoplasma in realtà rimanga

sempre ottimale è la cellula muscolare scheletrica, quella sinciziale (non è mononucleata).

L’alternativa strategia adattativa è la mielinizzazione. Su quale parametro del valore agisce la

l

mielinizzazione ? Agisce sulla resistenza specifica di membrana perché avvolgere l’assone con il manicotto di

mielina significa aumentare la resistenza specifica di membrana.

! La resistenza specifica di membrana normalizzata rispetto al valore geometrico compare al numeratore.

Confronto delle fibre mieliche classificate secondo la classica nomenclatura istologica/citologica.

Le fibre Aa hanno diametro dell’assone di 18,5 micron e conducono i potenziali d’azione a 42 m/s.

Le fibre A b hanno diametri inferiori e conducono a 25 m/s.

Le fibre Ag 11 micron di diametro che conducono a 17 m/s. Quindi andando verso le sezioni inferiori le

velocità diminuiscono (perché l’effetto di R vale anche nel caso delle fibre mieliniche).

B 4,2

per quanto riguarda una fibra amielinica 2,5 micron confrontabile con la fibra B e conduce a velocità che è un

decimo di quella mielinica → 0,4-0,5

Nel caso del Loligo (calamaro) conducono 18-33 m/s : il calamaro ha evoluto neuroni con assoni che sono

500:18 volte più grandi per condurre potenziali d’azione a velocità confrontabile rispetto alle fibre mieliniche.

Quindi la strategia adattativa che prevede il gigantismo dell’assone di fatto si scontra con il problema di

mantenere un rapporto nucleo/citoplasma ottimale.

Altra strategia adattativa era legata all’aumentare la resistenza specifica di membrana, cosa che viene

realizzata attraverso l’evoluzione della guaina mielinica.

Se guardiamo agli assoni periferici parliamo di cellule di Schwann che si avvolgono a manicotto, se

guardiamo il sistema nervoso centrale parliamo di cellule gliali.

La presenza o meno di guaina mielinica determina anche un diverso meccanismo di propagazione dei

potenziali d’azione per cui nel caso dell’assone non mielinico la conduzione è detta continua perché ogni

elemento di membrana dell’assone diventa competente a evocare il potenziale d’azione. Mentre nel caso

degli assoni mielinizzati la conduzione è definita saltatoria perché la corrente elettrotonica interna può

circuitare verso l’esterno e quella esterna può circuitare verso l’interno solamente in corrispondenza dei nodi

di Ranvier.

Nelle regioni internodali (cioè laddove sia presente la guaina mielinica) la resistenza di membrana dovuta alla

presenza della cellula di Schwann è dell’ordine dei 160.000 Ohm cm . In questa regione non sono espressi i

2

canali per il sodio e i canali per il potassio voltaggio dipendenti e non è espressa la sodio potassio ATPasi.

I canali per il sodio e per il potassio voltaggio dipendenti li vediamo espressi nelle regioni nodali dove la

resistenza diventa quella caratteristica della membrana assonale (dell’ordine dei 20 Ohm cm ) inoltre la sodio

2

potassio ATPasi è espressa e localizzata sulle regioni internodali. La conduzione è saltatoria perché vediamo i

potenziali d’azione non generarsi continuamente lungo tutto il decorso dell’assone ma saltano da un nodo di

Ranvier a quello successivo.

Nella regione internodale la resistenza è molto elevata e questo ostacola la circuitazione verso l’esterno della

corrente elettrica quindi i canali per il sodio e per il potassio voltaggio dipendenti così come la sodio

potassio ATPasi non avrebbe