Lezioni, Fisiologia

EQUILIBRIO, QUINDI DI FAR TORNARE IL POTENZIALE DI MEMBRANA A -90mV!

Potenziale di membrana dipende da potassio, sodio e cloro.

CELLULE ECCITABILI

Sono neuroni, cellule muscolari, alcune cellule endocrine.

Sono cellule in grado di modificare il loro potenziale di membrana in risposta a stimoli adeguati.

Modificazioni del potenziale di membrana nel tempo. Cellula non eccitabile avrà linea piatta,

poiché potenziale di membrana non si modifica.

Cellule eccitabili modificano pot. Membrana che può diventare più positivo (ovvero meno

negativo), es. da -70 mV a -40 mV la cellula si è depolarizzata; in senso opposto può andare da -70

mV a -80 mV, la cellula si è iperpolarizzata, aumentando la negatività del potenziale di membrana.

Modificazione del potenziale di membrana della cellula è secondaria a un movimento di cariche

(ioni), in entrata o in uscita.

Es. Se cellula si iperpolarizza ha guadagnato cariche negative o ha perso cariche positive.

Ma cariche si muovono SOLO SE si aprono i canali ionici! Cellule eccitabili hanno quindi canali

ionici sensibili a stimoli adeguati!

Gli “stimoli adeguati” sono:

- variazioni del potenziale di membrana (canali ionici voltaggio dipendenti, ognuno specifico

per un certo valore di voltaggio), sono selettivi (per la specie ionica es. calcio, cloro ecc.)

- ligando, cioè un neurotrasmettitore, una molecola chimica che si lega a recettori specifici

sulla membrana (canali ionici), meno selettivi (es. ioni positivi o negativi)

- stimoli meccanici, es. pressione, stiramento

Noi parliamo dei canali ionici stimolati dai primi due stimoli (voltaggio dipendenti e ligando).

Canali ionici voltaggio dipendenti sono proteine assemblate a formare un canale che quando è

aperto permette passaggio ioni. Sua struttura è o in stato chiuso o aperto. C’è anche uno stato

intermedio che è lo stato refrattario (inattivo) in cui il canale è aperto ma è bloccato (non fa passare

la carica). Canale ionico passa per lo stato refrattario tra stati aperto e chiuso (solo da aperto a

chiuso! Non il contrario!)

Cellule eccitabili comunicano con segnali elettrici che sono variazioni di potenziale, tuttavia

l’informazione che può passare da una cellula all’altra è solo di un tipo. Il segnale elettrico

(variazione di potenziale) è specifico!

Cellule eccitabili è fondamentale che comunichino! In particolare i NEURONI!

POTENZIALE D’AZIONE è l’unico segnale in grado di veicolare l’informazione tra una cellula

eccitabile ed un’altra. È una variazione di potenziale con caratteristiche specifiche.

Cellula a seguito di uno stimolo si depolarizza e da -70mV passa a -55mV (valore critico, valore

soglia dopo il quale parte il potenziale d’azione!). Potenziale d’azione è una rapida e ripida

depolarizzazione che porta realmente all’inversione di cariche! Cellula assume un potenziale

POSITIVO!! Basta che la soglia sia raggiunta per avere un potenziale d’azione.

Quindi potenziale obbedisce alla legge del tutto o del nulla.

Variazione di potenziale così rapida si ha perché -55mV è valore che apre canali ionici selettivi per

il sodio (canali del sodio voltaggio dipendenti). Sodio quindi entra tanto e rapidamente perché la

forza elettrochimica del sodio favorisce l’ingresso; il potenziale d’equilibrio a cui tende il sodio è

molto positivo, quasi +50mV. Per tentare di raggiungere il suo potenziale di equilibrio entra così

tanto e rapidamente, depolarizzando la cellula. Potenziale d’azione però si ferma prima di questo

valore perché, raggiunto il potenziale di membrana a circa +30mV, il sodio non entra più perché il

canale voltaggio dipendente è sensibile al voltaggio anche per l’inattivazione. A questo livello si

inattiva (non chiuso ma non fa passare ioni) è refrattario. Canale per riaprirsi solo se torna allo stato

chiuso, quando cellula si regolarizza, cioè quando ritorna al valore di potenziale iniziale.

Per ripolarizzarsi, la cellula apre un canale voltaggio dipendente del potassio, che fa uscire potassio

lentamente. Si apre presto ma va lento…

Potassio esce per equilibrio, cellula si ripolarizza (inizialmente iperpolarizzazione).

Due fasi del potenziale d’azione: i periodi di refrattarietà (al picco del potenziale, e tra 7e 8 (figura),

detto periodi di refrattarietà relativo, in cui c’è bisogno di stimolo maggiore per evocare risposta.)

NEURONI

Potenziale d’azione (segnali elettrici) è la parola che i neuroni usano per comunicare tra loro.

Come viaggia il potenziale d’azione?

Neurone è cellula con un corpo (soma) e dei prolungamenti: gli assoni(parla) ed i

dendriti(ricevono).

Se le info ricevuto fanno raggiungere a cellula depolarizzazione -55mV, genera potenziale d’azione

all’origine dell’assone (cono d’emergenza dell’assone), che è sul soma nel punto in cui origina

l’assone, che è regione ricca di canali voltaggio dipendenti per il sodio.

Comunicazione avviene nella sinapsi, fatta dall’assone del neurone che comunica e dendrite del

neurone che riceve. Questa specializzazione è alla fine dell’assone, nella terminazione sinaptica.

Assone innesca parola e alla fine ha un sistema per comunicare info tramite potenziale d’azione.

Assoni possono essere anche molto lunghi: metri, centimetri o anche millimetri.

Potenziale d’azione si propaga senza decremento, cioè nel suo viaggio, anche lungo, attraverso

l’assone, non perde segnale. Ciò avviene perché, soprattutto negli assoni molto lunghi, il segnale

elettrico viene rigenerato in punti specifici e viene accelerata la sua conduzione dalla presenza di

tessuto isolante, chiamato guaina mielinica, fatta di tessuto adiposo principalmente, che avvolge

l’assone. Per essere rigenerato, segnale deve ancora essere potente, quindi avviene non troppo dopo

che è cominciato (o ricominciato). Soprattutto negli assoni molto lunghi, la guaina mielinica è

interrotta in punti specifici, dove si trovano altri canali del sodio voltaggio dipendenti, che danno un

boost al potenziale d’azione (lo rigenerano) che fa così un altro tratto con guaina mielinica ed

ancora si rigenera.

Con una conduzione detta saltatoria, dove potenziale fa dei “salti” nella guaina mielinica ai vari

nodi detti nodi di Ranvier.

LEZIONE 3

Il potenziale d’azione è la parola che i neuroni usano per comunicare. (lezione precedente riassunto)

(Riflesso patellare) velocità conduzione 60-120 m al secondo.

TRASMISSIONE SINAPTICA

Definiamo gli eventi alla base della comunicazione tra cellule eccitabili. Ciò avviene nella sinapsi

che è una struttura anatomica che ha specifiche caratteristiche anatomiche e funzionali. Ci sono nel

nostro organismo due tipi di sinapsi: elettrica e chimica.

La chimica è la più frequente nel nostro organismo, quella elettrica è presente solo in alcune

strutture nel SNC e nelle cellule cellulari. Sinapsi elettrica è la connessione tra le cellule muscolari

del muscolo cardiaco, che sono collegate da giunzioni comunicanti.

In entrambe le sinapsi c’è un evento presinaptico che porta l’informazione ed un intervento

postsinaptico che riceve l’informazione.

Nella sinapsi elettrica gli elementi pre e post sinaptici sono fisicamente separati ma risultano in

alcuni punti collegati da giunzioni comunicanti. Sostanzialmente non c’è un virtuale spazio tra pre e

post. Il segnale che passa è il potenziale d’azione, che viaggia lungo l’assone, arriva alla sinapsi e

deve passare per via citoplasmatica e viaggia attraverso i canali all’elemento postsinaptico.

L’informazione passa così com’è da uno all’altro (non si trasforma in neurotrasmettitori). Le sinapsi

elettriche sono SEMPRE eccitatorie, poiché potenziale d’azione è depolarizzazione, che eccita

cellula postsinaptica.

Nelle sinapsi chimiche i due elementi sono separati da uno spazio detto fessura sinaptica, che è uno

spazio reale fatto da matrice extracellulare (30-50 nanometri). Il problema è che potenziale d’azione

non può passare per continuità, ma si parla di trasmissione sinaptica chimica, c’è bisogno di un

neurotrasmettitore, un mediatore chimico che si fa carico dell’info presinaptica e la porta

all’elemento postsinaptico. È il potenziale d’azione che fa rilasciare i neurotrasmettitori, che

comporta una modificazione del potenziale di membrana dell’elemento post sinaptico, legandosi a

recettori che sono canali ionici a controllo del ligando.

Nella sinapsi elettrica il segnale che passa da un elemento all’altro è il flusso di corrente, il

potenziale d’azione; nella sinapsi chimica abbiamo necessità del mediatore.

Una sinapsi elettrica è più rapida, la chimica è un pochino più lenta (poche centinaia di

microsecondi). La chimica ha quindi un ritardo nella comunicazione tra pre e post.

La sinapsi elettrica consentendo il passaggio di cariche attraverso le giunzioni comunicanti, ma

nessuno vieta che le cariche possano passare da pre a post come da post a pre, quindi possiamo

considerarle bidirezionali. La chimica è unidirezionale.

La sinapsi elettrica è importante quando c’è bisogno della sincronizzazione delle risposte nelle aree

dove si trova la sinapsi (alcune aree del cervello, il cuore, muscoli), importante che uno stimolo

provochi la risposta sincronizzata di più elementi, quindi consente la sincronizzazione dell’attività

elettrica. Sono tipiche di organismi meno sviluppati, classiche delle risposte immediate al pericolo.

Le strutture che mediano queste risposte sono le proteine a formare il canale, metà nell’elemento

pre e metà nel post-sinaptico. Le singole unità si chiamano connessine, l’intero canale è detto

connessone.

La comunicazione sinaptica chimica è la prima forma di comunicazione tra cellule eccitabili ed è

tipica delle funzioni superiori come l’apprendimento e la memoria.

La struttura presinaptica ha al terminale sinaptico un bottone sinaptico (espansione dell’assone) con

molte vescicole fatte a membrana con all’interno il neurotrasmettitore. Ci sono piccole vescicole

che contengono i neurotrasmettitori piccoli, responsabili della trasmissione veloce, e ce ne sono di

grandi, contenenti i neurotrasmettitori che sono neuro modulatori, che agiscono in un tipo di

comunicazione più lenta. Vicini alle vescicole ci sono molti mitocondri; nell’elemento postsinaptico

ci sono introflessioni che aumentano la superficie; lungo tutto il bordo sia nel pre ci sono le zone

che contengono i recettori che