Lezioni, Fisiologia

MECCANISMI IONICI DEI PDA

Assone di calamaro Una volta che la membrana ha raggiunto la soglia, si verifica

una depolarizzazione che supera il limite dello zero

(overshoot)e la polarità della membrana si inverte da negativo a

positivo. L'apice del pdA è +50mV. Poi torna verso i valori del

potenziale di riposo a cui segue una fase di iperpolarizzazione

postuma che persiste per circa 4ms.

Il potenziale di riposo è dato dalla somma dei potenziali di

equilibrio di ioni potassio,sodio,cloro..in quanto ognuno

contribuirà alla conduttanza della membrana. Quando tanti ioni

si distribuiscono ai lati di una membrana e sono lontani dal loro

equilibrio, ciascuno tenderà a spostare il potenziale di

membrana verso il proprio potenziale di equilibrio, calcolato

con l'equazione di Nerst. Nel muscolo di rana per es:

K+ → 67mV

– Na+ → -105mV

– Cl- → -90mV

–

La Differenza di potenziale che creano attraverso la

membrana è definita da:

La conduttanza è il reciproco della resistenza per cui più la membrana è permeabile a un dato ione maggiore è la

conduttanza a quello ione. Maggiore è la conduttanza di quello ione maggiore sarà la sua capacità di portare verso

il suo potenziale di equilibrio il potenziale di membrana. L'equazione della conduttanza ci dice che il potenziale

elettrico di membrana è dato dalla media dei potenziali di equilibrio di tutti gli ioni a cui la membrana è

permeabile.

Nell'assone di calamaro il potenziale di riposo (Em) è -70 mV. Il potenziale di equilibrio del K+ ,Ek, è -100 mV

per cui un aumento della sua conduttanza iperpolarizzerebbe la membrana mentre una riduzione la depolarizza.

Ecl è -70 mV per cui un aumento della sua conduttanza renderebbe stabile Em al suo valore. Ena è +65 mV quindi

un suo aumento sufficientemente ampio provocherebbe depolarizzazione e inversione della polarità di membrana.

Il pdA dell'assone di calamaro è dovuto all'aumento sequenziale delle conduttanze di Na+ e K+. La conduttanza

del Na+ aumenta molto rapidamente durante il pdA e raggiunge il massimo circa quando il pdA raggiunge l'apice

poi decresce rapidamente. La conduttanza del K+ è più graduale, ha un aumento ritardato, raggiunge il massimo

circa a metà della fase di ripolarizzazione e torna più lentamente ai livelli di riposo. L'incremento rapido di gNa

provoca uno spostamento del Em verso +65mV. Il picco del pdA si ferma a +50 mV perché la conduttanza di K+

aumenta provocando una tendenza opposta e perché gNa torna rapidamete ai valori di riposo. Durante la fase di

iperpolarizzazione postuma, quando la membrana è più negativa rispetto al potenziale di riposo, gNa torna al suo

normale valore ma gK rimane elevata e finché rimane elevata Em tende ad avvicinarsi al valore di Ek (-100mV).

Le correnti ioniche si servono dei canali specifici nella membrana: canale del Na+ e canale del K+.

Il canale del Na+ è costituito da diverse alfa eliche transmembranarie che circondano il canale. Tali canali

possiedono una barriera di attivazione e una barriera di inattivazione che rendono conto delle variazioni di gNa

durante il pdA. La porzione più stretta del canale è il filtro selettivo e sia K+ che Na+ per entrarci devono perdere

gran arte della loro acqua di idratazione, per questo ruolo ci sono i residui AA negativi che tappezzano il canale

(diversi e specifici a seconda del tipo di canale).

I canali ionici oscillano spontaneamente tra due stati di conduttanza, uno stato aperto e uno chiuso. Posso essere

studiati con la tecnica del patch clamp: una pipetta è osta sulla

superficie della membrana e viene risucchiato in modo da far aderire

completamente pipetta e membrana. L'elettrodo così fissato alla

membrana può registrare l'attività dei canali lì circoscritti. La corrente

di Na+ in ingresso è data dall'apertura dei canali durante una

depolarizzazione, il comportamento dei canali è causale ma la

probabilità che si trovi nello stato aperto aumenta quando il

potenziale è depolarizzato al valore di soglia.

In risposta a una depolarizzazione alcuni canali possono aprirsi una

volta, altri più di una, altri ancora non aprirsi affatto.

Il tracciato B è una media del comportamento tenuto dal

canale in seguito alle depolarizzazione: si apre e si inattiva

dopo breve tempo anche se è ancora presente il gradino

depolarizzante.

Muscolo cardiaco

La depolarizzazione iniziale e l'overshoot sono dovuti

all'ingresso rapido di Na+ attraverso i canali che sono

definiti canali sodici rapidi. Dopo la depolarizzazione e

l'overshoot, il pdA cardiaco presenta una fase di plateau

dovuti ai canali del calcio di tipo L (detti anche canali lenti

in quanto si aprono e chiudono più lentamente di quelli del

Na+).Il calcio che entra durante il plateau coopera per la

contrazione della cellula ventricolare e stimola rilascio di

altro calcio dal SER. La ripolarizzazione della cellula avviene per chiusura dei canali L e per apertura ritardata dei

canali potassici.

Muscolo Liscio

Variano in base al tipo di muscolatura liscia. Sono caratterizzati da una minor velocità di depolarizzazione e

ripolarizzazione e un overshoot meno ampio. La fase di depolarizzazione è dovuta all'apertura dei canali Ca++, il

calcio che entra è fondamentale per l'accoppiamento eccitazione contrazione in quanto in queste cellule il SER è

poco sviluppato. La ripolarizzazione avviene per chiusura dei canali lenti del Ca++ e dall'apertura ritardata dei K+.

Gran parte delle cellule muscolari lisce sono prive dei canali del Na+.

Proprietà dei pdA:

inattivazione da voltaggio: una volta che i canali sodici si sono inattivati, la membrana deve polarizzarsi

– al valore di riposo prima che si possano aprire di nuovo, man mano che il potenziale di membrana si

avvicina al valore di riposo aumenta il numero di canali che possono attivarsi di nuovo,

refrattarietà: la membrana per tutta la durata del pdA è refrattaria a altri stimoli, per quanto elevato possa

– essere un ulteriore stimolo, la cellula non è in grado di rispondervi con un altro pdA.

Accomodazione: se la cellula è depolarizzata lentamente la soglia può essere superata senza che si verifichi

– pdA.

I pdA si rigenerano man mano che si propagano lungo la cellula, in questo modo mantengono la forma e

l'ampiezza.

La velocità di conduzione è data dalle proprietà elettriche della cellula, le cellule con diametro maggiore hanno

una velocità di conduzione più elevata. La guaina mielinica aumenta notevolmente la velocità di condizione delle

fibre nervose: i pdA sono condotti molto rapidamente con scarso decremento da un nodo di Ranvier a un altro

dove si generano (la membrana internodale non può generare pdA), si ha pertanto una conduzione saltatoria.

TRASMISSIONE SINAPTICA

Le cellule eccitabili sono quelle in grado di generare pdA. Comunicano trasmettendo segnali elettrici. La sinapsi è

la regione attraverso cui si trasmette l'impulso nervoso da una cellula a un altra. Esistono 2 tipi di sinapsi:

-elettriche: 2 cellule comunicano per passaggio di corrente elettrica (trasmissione elettrotonica). Le cellule sono

accoppiate con gap junction (giunzioni comunicanti), vie di bassa resistenza alle correnti che fluiscono in una e

nell'altra cellula

-chimiche: un pdA provoca rilascio del neurotrasmettitore (NT) dal neurone presinaptico. NT diffonde nello spazio

sinaptico, si lega a specifici recettori sulla membrana post-sinaptica, per cui hanno un “ritardo sinaptico” dovuto al

tempo con cui tali eventi si compiono.

Giunzione neuromuscolare

Le sinapsi tra assoni e fibre muscolari scheletriche sono dette giunzioni neuromuscolari o placche motrici.

In prossimità della giunzione neuromuscolare la fibra perde i rivestimenti in mielina e si ramifica in terminazioni

sottili che si adagiano lungo la doccia sinaptica sulla superficie del sarcolemma. La fibra muscolare che forma la

doccia sinaptica è ulteriormente invaginata formando numerose pliche giunzionali. La terminazione assonica

consta di molte vescicole contenenti come NT l'acetilcolina. Tra il terminale assonico e la fibra muscolare è

interposto uno spazio sinaptico di materiale amorfo ricco di carboidrati. Le molecole recettrici dell'acetilcolina

sono poste nelle pliche giunzionali. Le vescicole sinaptiche e i siti di rilascio (zone attive) sono concentrati nelle

pieghe giunzionali. L'acetilcolinesterasi è l'enzima che scinde l'acetilcolina in colina e acetato ed è distribuita sulla

superficie esterna del sarcolemma.

Il pdA si propaga lungo la fibra motrice fino alla terminazione presinaptica, la cui depolarizzazione provoca

l'apertura transitoria dei VOC (canali calcio voltaggio dipendenti) facendo entrare calcio nel terminale per

gradiente elettrochimico. L'aumentata concentrazione del calcio provoca la fusione delle vescicole con la

membrana plasmatica e lo svuotamento delle vescicole per esocitosi nello spazio sinaptico. L'acetilcolina diffonde

e si lega ai suoi specifici recettori nella post-sinaptica Tale legame provoca un aumento transitorio della

conduttanza di ioni K+ e Na+, le cui correnti ioniche provocano depolarizzazione transitoria nel sarcolemma. La

depolarizzazione transitoria è detta potenziale di placca (EPP) ed è transitoria perché l'acetilcolina è idrolizzata in

colina e acetato dall'acetilcolinesterasi presente in elevate quantità sulla membrana post-sinaptica

La membrana post-sinaptica anche se viene depolarizzata non è elettricamente eccitabile e generare pdA. Dopo la

depolarizzazione, tale depolarizzazione si propaga alla regioni contigue del sarcolemma per conduzione

elettrotonica. Quando il potenziale di queste regioni raggiunge il valore soglia allora si scatena un pdA che si

propaga lungo la fibra muscolare dando inizio a una serie di eventi che porteranno alla contrazione.

Acetilcolina (Ach) Si forma per condensazione dell'acetilCoA con la colina

. L'enzima è: colina-O-acetiltransferasi, presente nei

motoneuroni, gran arte delle cellule non sono in grado. I neuroni

infatti sintetizzano acetil-CoA ma non colina che deve essere

presa dal liquido extracellulare. La membrana del motoneurone

ha un trasporto secondario accoppiato al sodio capace di

accumulare colina contro gradiente.

La quantità di acetilcolina liberata varia per gradini, ogni

gradino corrisponde alla liberazione del contenuto di una

vescicola sinaptica. La quantità di acetilcolina in una vescicola

corrisponde a un quanto di acetilcolina.

La liberazione quantica dell'acetilcolina può essere dimostrata dalle piccole depolarizzazioni spontanee d