Le basi funzionali del movimento umano

LE BASI FUNZIONALI DEL MOVIMENTO UMANO

Il SNC colloquia con i muscoli attraverso dei segnali elettrici. Pur essendo tutti uguali, il cervello li

legge in maniera diversa in base alla frequenza e intensità. Questo impulso elettrico è generato dalle

cellule dei tessuti eccitabili. I segnali elettrici non sono altro che variazioni del potenziale elettrico

della membrana cellulare. L’inversione del potenziale di membrana, genera un impulso che una volta

arrivato alla fine della cellula, vi sarà la trasmissione a una cellula successiva.

Le membrane eccitabili

La membrana plasmatica ha il compito di separare il citoplasma dall’ambiente esterno. La presenza di

alterazioni della stessa, si traducono in una alterata capacità che permette la nascita della differenza

di potenziale.

E’ formata da due teste idrofiliche (polari) e due code idrofobiche (apolari) che vanno a ormare il

doppio strato fosfolipidico. La presenza di colesterolo all’interno del doppio strato favorisce il

passaggio di sostanze liposolubili senza l’utilizzo dei canali proteici.

Esistono vari tipi di proteine di membrana:

• Trasportatori-> Permettono il passaggio di molecole dall’esterno all’interno. Si dividono in:

• Ligando strutturali-> Funzione di ancoraggio e plasticità

• Recettori-> Ricevono informazioni dall’esterno e le trasmettono agli esecutori intracellulari

• Enzimi

Le membrane biologiche sono barriere di permeabilità, cioè che permettono il passaggio solo di

determinate molecole. Condizionano il passaggio delle molecole e degli ioni tra organelli e tra cellule.

Sono quindi il punto chiave per la regolazione del flusso di informazioni e delle risposte adeguate tra

cellule e organi ed apparati.

Per poter passare attraverso una membrana le molecole e gli ioni hanno diverse modalità:

• Senza utilizzo di energia:

Il passaggio avviene secondo la diffusione, la quale può essere:

La molecola passa attraverso il doppio strato fosfolipidico

Diffusione semplice-> Il trasporto, pur essendo autonomo, deve essere mediato da una

Diffusione facilitata->

proteina di membrana

• Richiede utilizzo di ATP: Richiede la mediazione di una proteina di membrana. Genera un

Trasporto attivo primario->

gradiente di concentrazione per il trasporto attivo secondario

Richiede una vescicola limitata da membrana. Avviene una introflessione della

Endocitosi->

membrana Richiede una vescicola limitata da membrana. Avviene una estroflessione

Esocitosi-> Richiede una vescicola limitata da membrana

Fagocitosi->

Le proteine sono presenti solo nella diffusione facilitata e nei trasporti attivi (primario e secondario).

E’ un trasporto che richiede il passaggio di una solo tipo di substrato

Uniporto-> E’ un trasporto che muove due substrati anche contro gradiente di concentrazione. E’ un

Simporto->

trasporto che richiede energia

Vi è il passaggio di due substrati ma provenienti dalla parte opposta della membrana.

Aintporto->

Il trasporto attivo sposta molecole contro gradiente di concentrazione con apporto di energia da ATP

direttamente (trasporto attivo primario) o indirettamente (trasporto attivo secondario)

–

Un esempio de trasporto attivo primario è la pompa sodio potassio

Il trasporto attivo secondario non consuma energia, ma dipende dal fatto che prima si sia attivata la

–

pompa sodio potassio (la quale richiede energia) per abbassare la concentrazione di sodio

all’interno della cellula.

I canali si aprono e chiudono in base alle condizioni che determinano la loro

Canali di membrana:

funzione

• Hanno un ruolo nel mantenimento del potenziale di riposo e

Canali voltaggio dipendenti->

nella generazione dei potenziali elettrotonici e dei potenziali d’azione. Sono i canali per il K+,

NA+ e CA++. Sono la struttura anatomica che sta alla base di tutti quei potenziali che

costituiscono la base per la comunicazione intercellulare.

I canali voltaggio dipendenti possiedono una componente altamente sensibile altamente

sensibile alle variazioni del potenziale di membrana. Si tratta di una sequenza ricca di

aminoacidi carichi contenuta nel segmento 4 del primo dominio di ogni canale. Il movimento

di queste cariche, in seguito alle modificazioni del potenziale di membrana, sembrerebbe

responsabile dell’apertura del cancello di attivazione

• E’ un particolare canale che una volta che una data sostanza si lega

Canali ligando-operati->

al canale, ne provoca l’apertura. L’apertura e la chiusura è immediata, quindi maggiore è la

presenza della sostanza, più resterà aperto il canale.

• Canali ionici delle gap-junction

I canali sono in grado di selezionare quello che passa, in base:

• Alla dimensione in base all’acqua di solvatazione. Il sodio avendo un’affinità maggiore per

l’acqua crea un complesso molto più grande rispetto a quello che si crea tra potassio ed

acqua.

• Vi sono anche dei filtri di selettività che durante il passaggio scelgono quali molecole possono

passare.

Potenziali di membrana:

Prima di iniziare a parlare di potenziale di membrana è doveroso analizzare cos’è il potenziale

elettrico di un punto e la differenza di potenziale in senso prettamente fisico.

Dicesi potenziale elettrico assoluto di un punto di campo

Potenziale elettrico assoluto di un punto:

elettrico il lavoro che la forza elettrica di campo dovrebbe compiere per spostare l’unità di carica

positiva dal punto considerato fino all’infinito.

La differenza di potenziale elettrico, o tensione, tra due punti di un campo

Differenza di potenziale:

elettrico è il lavoro che la forza elettrica di campo dovrebbe compiere per spostare l’unità di carica

positiva dal punto a potenziale maggiore a quello a potenziale minore.

Potenziale di riposo:

E =61/Z*(log (Ione)ext/(ione)inte))

ione

Il potassio è molto più concentrato nel liquido intracellulare e poco nel liquido extracellulare. Il duale

vale per il sodio, ossia che è più concentrato all’esterno della cellula e meno concentrato all’interno.

K+ intra= 150mM

K+ extra= 5mM

Na+ intra= 10mM

Na+ extra= 145 mM

Potenziale d’azione:

Potenziale di riposo= -70mV

Raggiunti i -55mV la permeabilità al sodio aumenta moltissimo. Ciò vuol dire che vengono attivati i

canali voltaggio dipendenti che permettono al sodio per entrare all’interno della cellula, causando un

aumento di potenziale che lo porta addirittura a +35mV. A +35mV i canali del sodio si chiudono

(autolimitazione della cascata del sodio).

Ora per abbassare nuovamente il potenziale di membrana a un livello ottimale, devo buttare fuori

cariche positive, ossia il potassio. Pure i canali del potassio sono voltaggio dipendenti, che portano ad

un abbassamento del potenziale di membrana.

Il potenziale d’azione è costituito da una depolarizzazione e ripolarizzazione

Depolarizzazione iniziale provoca:

L’apertura rapida dei cancelli di attivazione dei canali per il sodio che ne per mette l’ingresso

all’interno della cellula. Ad interrompere il ciclo interviene la chiusura dei canali del sodio. L’apertura

più lenta dei canali per il potassio provoca ora la fuori uscita del potassio dalla cellula, con

conseguente ripolarizzazione. Questo provoca un’ulteriore depolarizzazione che renderà la

membrana pronta a fare lo stesso processo.

La conduzione del PdA

Il potenziale d’azione quando si genera, è sempre in grado di creare correnti locali, che sono in grado

di arrivare al potenziale di soglia, provocando nelle zone circostanti, la formazione del medesimo

potenziale (effetto cascata), che permette la formazione e trasmissione dell’impulso elettrico.

La sequenza dell’autogenerazione e conduzione del PdA

• Inversione locale del potenziale di membrana. Si genera un flusso di cariche positive verso i

segmenti adiacenti ancora negativi

• Depolarizzazione segmenti adiacenti->apertura canali Na+-> aumento della permeabilità di

membrana al Na+-> iniezione di corrente. Nuovo raggiungimento della soglia

La fibra nervosa è rivestita di mielina che non va totalmente a coprire tutto l’assone. Infatti questa

ogni tanto si interrompe. Nelle parti in cui è presente mielina vi è una bassissima capacità dovuta alla

mielina.

La mielina impedisce che il processo di depolarizzazione avvenga nel tratto in cui c’è la stessa (è

“saltare”

come se fosse un isolante). Questo fa si di alcuni tratti, velocizzando così il processo di

conduzione. Questo tipo di conduzione è definita conduzione saltatoria.

Quando avviene la degenerazione della mielina la corrente viene dispersa, andando a far disperdere

l’impulso. Questo è ciò che accade nelle malattie demielinizzanti.

I potenziali elettrotonici, in quanto potenziali, si generano ovviamente dal passaggio di cariche

attraverso la membrana. Sono però sotto soglia e quindi non riescono a scaturire in un PDA. Essi si

propagano con decremento in funzione della costante di spazio e di tempo. Il potenziale torna al

valore di riposo come sempre: quando il Na+ entra il K+ esce e poi viene ripristinato dalle pompe.

Caratteristiche dei potenziali elettrotonici:

. Fenomeni locali

. Presentano una costante di tempo

. Presentano una costante di spazio

Caratteristiche dei potenziali elettrotonici:

• Fenomeni locali

• Presentano una costante di tempo

• Presentano una costante di spazio

(potenziali d’azione)

Caratteristiche del PdA

. Fenomeno tutto o nulla. Se uno stimolo non raggiunge la soglia del PdA non si instaura

. E’ costituito da un’ampia inversione del potenziale di membrana

. Si propaga senza decremento per tutta la lunghezza della fibra con meccanismo auto rigenerativo

Le sue caratteristiche dipendono dalle variazioni della permeabilità di membrana a NA+ e K+

. Dopo l’inversione di polarità (depolarizzazione) presenta sempre un periodo di refrattarietà assoluta

e uno di refrattarietà relativa. Intanto che il potenziale d’azione va dal massimo negativo al massimo

positivo, qualsiasi sia la corrente che andiamo ad applicare, non riusciremo a creare un nuovo

potenziale d’azione.

La velocità con cui il PdA dipende da:

. Il n° di canali del Na+, questo perché permettono una fase di salita del PdA più elevata, e di

conseguenza le correnti locali depolarizzanti zone vicine aumentano.

. Minore è la capacità di membrana, minore è la durata transiente per il raggiungimento della soglia

. Maggiore è il diametro della fibra, maggiore è il numero di ioni disponibili per la conduzione

. Maggiore è la temperatura maggiore è la cinetica dei canali ionici

Codificazione dell’intensità dello stimolo

Nel nostro corpo abbiamo due grandi gruppi di recettori: gli esterocettori e i propriocettori

Gran parte delle informazioni che interessano al sistema di controllo motore, sono informazioni di

tipo propriocettivo. Queste informazioni arrivano da recettori specifici.

L’entità dell’informazione deriva da recettori che stanno alla giunzione mio-tendinea. E’ proprio

questo il punto di stress meccanico tra il tessuto contrattile e il sistema di trasmissione verso il

segmento osseo.

All’aumentare dell’intensità del potenziale graduato aumenta la frequenza di scarica dei potenziali

d’azione. La quantità di neurotrasmettotore rilasciato al terminale assonale è direttamente correlata

al numero totale di potenziali d’azione che arrivano al terminale nell’unità di tempo. Un aumento

dell’intensità del segnale aumenterà il rilascio di neurotrasmettitore, che a sua volta farà variare

l’intensità del potenziale graduato nel neurone postsinaptico.

I recettori convertono lo stimolo in una sequenza di potenziali elettrici che porteranno al cervello

l’informazione.

Il SNC interpreta l’intensità dello stimolo in funzione all