Propagazione di un segnale elettrico lungo una fibra nervosa LA TEORIA DEL CAVO

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Demetrio Belli
6 anni fa
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1 Propagazione di un segnale elettrico lungo una fibra nervosa LA TEORIA DEL CAVO Modello: La fibra nervosa è assimilabile ad un conduttore centrale (assoplasma) separato da un conduttore esterno (fluido extracellulare) per mezzo di uno strato isolante (membrana) Citoplasma r i Int Membrana C m r m Fluido extracell. r i Ext

La membrana assonale costituisce un isolante imperfetto Una frazione della corrente che fluisce nell assoplasma esce attraverso la membrana Pertanto l intensità del

2 La membrana assonale costituisce un isolante imperfetto Una frazione della corrente che fluisce nell assoplasma esce attraverso la membrana Pertanto l intensità del segnale elettrico diminuisce di ampiezza col crescere della distanza dal punto della fibra in cui esso è stato generato la resistenza esterna è considerata trascurabile

3 In un punto dell assoneviene applicato un segnale di ampiezza Vo. La sua propagazione dipende dalla quantità di corrente longitudinale che fluisce lungo l assoplasma: dv i long = 1 r i dx La parte di corrente longitudinale che diminuisce con la distanza è quella che fluisce attraverso la membrana, i m : Dalle due equazioni precedenti si ricava: Una soluzione di tale equazione differenziale del 2 ordine è: rm che, ponendo: = λ si può riscrivere come: Vm = Vo ri r r 2 d V dx m = 2 i V long i m = = V m = V x exp λ di dx o V r m exp x r m r i Come si vede, il decadimento del potenziale di membrana al variare della distanza ha un andamento esponenziale

4 Significato di lambda Costante di spazio λ: rappresenta quella distanza alla quale la variazione del potenziale di membrana ΔV m è pari al 37% di ΔV o

5 Quesito del giorno Un neurone, in seguito ad uno stimolo di corrente iniettata nel punto x o, subisce una variazione del potenziale di membrana ΔV o di +20 mv. Sapendo che la costante di spazio di quel neurone è λ=0.1 mm, calcolare a quale distanza da x o ΔV sarà decaduto da +20 mv a +10 mv.

6 ΔV m = ΔV o x exp λ ΔV ΔV m o = x exp λ λ=0.1 mm ΔV o =20 mv x ΔVo 20 = λ ln = 0.1 ln = ΔVm mm

7 La costante di spazio λ dipende anche dal diametro della fibra Ricordando che l unità di misura della resistenza radiale r m è Ω cm e quella della resistenza longitudinale r i è Ω/cm, definiamo: Resistenza specifica della membrana R sm la resistenza offerta al passaggio della corrente da un cm 2 di membrana [Ω cm 2 ] Resistenza specifica dell assoplasma R si la resistenza offerta al passaggio della corrente da un tratto di assoplasma lungo un cm [Ω cm] Allora sarà: Rsm Rsi r m = r i = 2 2πρ πρ λ = ρ R 2R sm si Quindi, λ aumenta con la radice quadrata del raggio

8 Un altra importante proprietà del potenziale d azione è quella di potersi propagare lungo la fibra nervosa Dal vivo Dal vivo

9 Un potenziale d azione tende a propagarsi in tutte le direzioni dal punto in cui è stato generato ma Un potenziale d azione in via di propagazione può solo avanzare e mai retrocedere

11 VELOCITÀ DI CONDUZIONE del potenziale d azione in una fibra nervosa Essa è direttamente proporzionale alla costante di spazio λ Essa è inversamente proporzionale alla costante di tempo τ v λ τ Inoltre, essendo λ ρ v aumenta all aumentare del diametro della fibra

12 V m V o λ 1 soglia V 1 Distanza x 0.1 μ V m L eccitabilità neuronale è influenzata della costante di spazio λ V o V 1 λ 2 Distanza x soglia 0.5 μ V m V o λ 3 V 1 soglia x o x 1 Distanza x 1 μ stimolo

13 Vm soglia τ 1 t1 tempo L eccitabilità neuronale è influenzata della costante di tempo τ Vm τ 2 t1 soglia tempo Vm τ 3 soglia t1 tempo stimolo to t1

mielinizzato di un nervo periferico assone Strati di

14 Le fibre nervose possono essere amieliniche o mieliniche Diagramma schematico di un assone mielinizzato di un nervo periferico assone Strati di mielina assone nodi di Ranvier oligodendrocita assone nucleo assone

15 Mielinizzazione degli Assoni del SNP e del SNC

16 Conduzione saltatoria nelle fibre mieliniche Nelle fibre mieliniche la conduzione del potenziale d azione non avviene in maniera continua ma con un meccanismo saltatorio Conseguenze della presenza dei manicotti di mielina: Aumento della resistenza di membrana r m Aumenta la velocità di conduzione

17 Conduzione Saltatory Conduction saltatoria nodo di Ranvier nodo di Ranvier nodo di Ranvier propagazione passiva propagazione passiva rigenerazione rigenerazione rigenerazione

18 Collegamento a NeuroLab (conduction velocity)

19 Effetto della Perdita della Mielina

20 Sclerosi Multipla Demielinizzazione Centrale Perdita di oligodendrociti Gli assoni rimangono relativamente preservati

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