(Microsoft PowerPoint - 04.00 Eccitabilità.ppt)
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MECCANISMI DI TRASMISSIONE DEI MESSAGGI 1) Sostanze liberate A B Recettori ormoni altre 2) Conduzione di segnali elettrici I ESPERIMENTO DI GALVANI Luigi Galvani (1737 – 1798) III ESPERIMENTO DI GALVANI Alessandro Volta (1745 – 1827) UNITÀ STRUTTURALE DEL NS SISTEMA DI COMUNICAZIONE sinapsi contatto sinaptico nucleo corpo cellulare prolungamento assonale sinapsi dendrite collo terminazione nervosa afferente guaina mielinica (formata da cellule di Schwann) nodo di Ranvier 1 µm terminazione nervosa motoria fibra muscolare striata POTENZIALI BIOELETTRICI – DEFINIZIONE E MISURA POTENZIALI BIOELETTRICI: = d.d.p. elettrico fra interno ed esterno della cellula ⇒ cellula: conduttore ionico 100 Å interno esterno MISURE: 1) intracellulari, 2) esternamente a un gruppo di cellule (ECG, EEG, EMG, ecc.). CONCENTRAZIONI IONICHE E CELLULE ECCITABILI m m esterno interno esterno Na+ 120 Na+ 9,2 Na+ 460 Na+ 50 K+ 2,5 K+ 140 K+ 10 K+ 400 Cl- 120 Cl- 3-4 Cl- 540 Cl- 40-100 A- interno isetionato- 270 aspartato- -90 mV muscolo di rana 75 -60 mV assone di calamaro adulti femmina maschio Lmax [m] Pmax [Kg] 13 10 275 150 assone gigante di calamaro fibre nervose di mammifero a) da acque irlandesi ~6m > 27 Kg a) POTENZIALE DI DIFFUSIONE mobilità Cl- > mobilità Na+ V cNaCl(α) > cNaCl(β) ⇓ gli ioni più mobili passano prima seguiti poi dai meno mobili ⇓ a livello della membrana si genera così una d.d.p. detta “potenziale di diffusione” che cesserà quando le concentrazioni di NaCl saranno uguali nei due ambienti (di volume finito). Sistema in equilibrio. EFFETTO DELLE DIVERSE CONCENTRAZIONI IONICHE Na 10 diffusione Na 1 : K 30 Na 10 : K 1 concentrazioni relative diffusione K1 membrana cellulare: diversamente permeabile ai vari ioni La resistenza al flusso ionico (Ji) è inversamente proporzionale alla Pi REGISTRAZIONE DEL POTENZIALE DI MEMBRANA IL POTENZIALE DI MEMBRANA A RIPOSO inserimento microelettrodo amplificatore + oscilloscopio tempo → elettrodo extracellulare CELLULA POLARIZZATA (a riposo, -90 mV) membrana K+ moderatamente permeabile al K+ grande resistenza al passaggio del Na+ Na+ Na+, flusso netto ATP est → int Na+, flusso ∆c 10:1 (e:i) est → int ∆V -90 mV (i) est → int Na+ -90 mV K+ K+, flusso netto int → est K+, flusso ∆c 1:30 (e:i) int → est ∆V -90 mV (i) est → int INa + IK = 0 → INa = -IK ⇒ d.d.p. costante K+ gradiente netto permeabilità di membrana Na+ alto bassa K+ basso alta Na+ ATP -90 mV ⇔ Na+ K+ membrana cellulare gradiente netto resistenza di membrana Na+ alto alta K+ basso bassa LA POMPA Na+ - K+ LA DIFFERENZA DI POTENZIALE ELETTROCHIMICO ∆µ% i = µ% αi - µ% βi = Vi ∆P + RT∆ln ( ci ) + zi F∆E ∆P = 0 ⇓ ∆µ% i = RT∆ln ( ci ) + z i F∆E IL POTENZIALE DI EQUILIBRIO ∆µ% i = RT∆ln ( ci ) + zi F∆E RT cαi A cαi Ei = ln = ln z i F cβi z i cβi LA LEGGE DI NERNST Walther Hermann Nernst chimico tedesco, 1864 – 1941 1920, Nobel per la Chimica EQUAZIONE DI GOLDMAN, HODGKIN E KATZ Il potenziale di membrana, a riposo, è un potenziale di diffusione in stato stazionario RT PK [K]i + PNa [Na]i + PCl [Cl]e V= ln F PK [K]e + PNa [Na]e + PCl [Cl]i K+ Na+ ATP PK ⋅ [ K ]e flussi ionici che rendono meno negativo l’ambiente intracellulare (depolarizzano) PNa ⋅ [ Na ]e PK ⋅ [ K ]i -90 mV PCl ⋅ [Cl]i PNa ⋅ [ Na ]i PCl ⋅ [Cl]e flussi ionici che rendono più negativo l’ambiente intracellulare (iperpolarizzano) membrana cellulare Le concentrazioni ioniche sono mantenute costanti dalla pompa Na+/K+ Potenziale di membrana [mV] STIMOLAZIONE 0 soglia soglia -55 -70 stimolo stimolo tempo → risposta passiva tempo → potenziale d’azione POTENZIALE D’AZIONE E CONDUTTANZE DI MEMBRANA iperpolarizzazione postuma canale del K+ voltaggio-dipendente POTENZIALE D’AZIONE E CANALI IONICI APPARATO SPERIMENTALE PER MISURE DI ELETTROFISIOLOGIA Parametri controllati: composizione soluzione salina pH temperatura microelettrodo 1 microelettrodo 2 soluzione di perfusione cellula ELETTRODI REVERSIBILI RISPETTO AGLI IONI Cl RELAZIONI Q-I E V-I LO STIMOLO DI CORRENTE RETTANGOLARE Q [nC] = I [mA] x ∆t [µ µs] ECCITABILITÀ CELLULARE CURVA INTENSITÀ - DURATA CURVE INTENSITÀ-DURATA DUE DIFFERENTI FIBRE ECCITABILI A e B La cellula A è più eccitabile della cellula B poiché, per la stessa intensità di corrente stimolante, il tempo di applicazione dello stimolo per ottenere l’eccitamento è minore. PERIODO REFRATTARIO relativo, assoluto la refrattarietà costituisce un elemento limitante della frequenza di scarica di una cellula eccitabile POTENZIALI D’AZIONE POTENZIALI D’AZIONE motoneurone fibra muscolare scheletrica cellula miocardica (ventricolo) RISPOSTE LOCALI CONDUZIONE SALTATORIA PROPAGAZIONE DI UN PdA LUNGO UNA FIBRA MIELINICA corpo cellulare 1-1,5 mm nodo di Ranvier nucleo cellula di Schwann mielina assone
