Fisiologia generale - equilibrio di Donnan

Misurare il potenziale in cellule diverse

È possibile misurare il potenziale in cellule diverse utilizzando un sistema composto da un microscopio, un micromanipolatore e un sistema per inserire elettrodi nelle singole cellule. Questo apparato deve essere in grado di eseguire misure elettriche ad elevata sensibilità, come millivolt/microampere.

Apparato per misure elettriche

Per effettuare queste misure, è necessario avere cellule in coltura. Si individua una cellula e si introduce un elettrodo costituito da un tubo con un'apice piccolo in modo da poter entrare nella cellula. Questo viene fatto usando un micromanipolatore, osservando al microscopio. L'altro elettrodo viene posizionato nel terreno di coltura dove si trova la cellula. L'elettrodo perfora la membrana, che però deve essere sigillata all'elettrodo per garantire la validità della misura.

Calcolo del potenziale di equilibrio

Il potenziale di equilibrio degli ioni si calcola utilizzando la concentrazione degli ioni all'interno e all'esterno della cellula a riposo. Queste concentrazioni sono state calcolate utilizzando l'equazione di Nernst e i risultati "standard" ottenuti sono:

• E (Na⁺) = +45 mV
• E (K⁺) = -102 mV
• E (Cl^-) = -88 mV

È importante confrontare questi valori con il potenziale di membrana della cellula muscolare che è di -90 mV. Come possiamo vedere, nessuno ione ha un potenziale di equilibrio uguale al potenziale di membrana della cellula. Il cloro è quello che si avvicina di più.

Forza del gradiente elettrochimico

La forza esercitata su ogni ione è data dalla differenza tra i due potenziali:

• -90 - (+45) = forza del gradiente elettrochimico del sodio
• -90 - (-102) = forza del gradiente elettrochimico del potassio
• -90 - (-88) = forza del gradiente elettrochimico del cloro

Il gradiente agisce sullo ione solo se la membrana ha dei punti di permeabilità per lo ione, che sono i canali ionici. Questi dati indicano che il sodio è sottoposto a un gradiente elettrochimico forte, il potassio a un gradiente basso, mentre il cloro è quasi all'equilibrio. La membrana è quindi più permeabile al cloro rispetto al potassio e soprattutto al sodio nella cellula a riposo.

Costanza delle concentrazioni ioniche

Le concentrazioni ioniche rimangono sempre costanti; se cambiano le permeabilità ioniche, cambia anche il potenziale di membrana. Questo fenomeno si verifica nel cuore, nelle fibre muscolari e nel sistema nervoso. Il sodio è spinto ad entrare nella cellula, il potassio a uscire (a riposo!), mentre il cloro è all'equilibrio. A lungo termine, questo modificherebbe le concentrazioni di Na⁺ e K⁺ fuori e dentro la cellula. Tuttavia, grazie alla pompa sodio/potassio, che continua a pompare Na⁺ fuori e K⁺ dentro la cellula, la situazione rimane statica.