Cellula vista come un circuito resistenzacondensatore

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Mattia Biagi
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1 Segnali elettrici

Cellula vista come un circuito resistenzacondensatore La membrana si comporta come un circuito costituito da un condensatore e una resistenza in parallelo.

2 Cellula vista come un circuito resistenzacondensatore La membrana si comporta come un circuito costituito da un condensatore e una resistenza in parallelo. Iniettando un impulso di corrente nella cellula, la corrente caricherà il condensatore creando una differenza di potenziale che consentirà il passaggio di corrente resistiva

3 In questo modello si possono osservare la vie permeative separate (R=resistenza o capacità di permeazione) e in serie le batterie che rappresentano i potenziali di equilibrio di ogni singolo ione.

Registrazioni intracellulari (1950) Utilizzano un elettrodo di

5-1 m ad una delle estremità riempito di soluzione salina (KCl

4 Registrazioni intracellulari (1950) Utilizzano un elettrodo di vetro (micropipetta) delle dimensioni di circa m ad una delle estremità riempito di soluzione salina (KCl 3M) in cui è immerso il filo conduttore connesso all oscilloscopio. L elettrodo è inserito attraverso la membrana citoplasmatica. Elettrodi difficili da preparare. Unica configurazione sperimentale possibile all epoca.

Nell esperimento di current-clamp (blocco della corrente), l elettrodo intracellulare e i inietta nella cellula una corrente ad ampiezza costante, stabilita dallo sperimentatore, che si dividerà

5 Nell esperimento di current-clamp (blocco della corrente), l elettrodo intracellulare e i inietta nella cellula una corrente ad ampiezza costante, stabilita dallo sperimentatore, che si dividerà in una parte capacitiva ed una resistiva provocando una variazione del potenziale di membrana (se resistenza e capacità rimangono costanti) con andamento esponenziale, registrato dall elettrodo ev.

7 Potenziale d azione Risposta tutto o nulla Lo stimolo soglia deve fornire una quantità minima di carica alla membrana. Questa quantità minima può essere ottenuta aumentando l ampiezza della corrente stimolante o la sua durata

8 Curva intensità-durata La quantità di cariche che fluisce nel tempo è la grandezza espressa dalla curva intensità-durata. Se uno stimolo è intenso depolarizza, uno meno intenso deve essere applicato per un tempo più lungo affinché fluisca lo stesso n di cariche. L intensità minima di uno stimolo in grado di generare un p.d.a. è detta reobase. Il tempo di applicazione di uno stimolo che abbia intensità doppia alla reobase, sufficiente a provocare un p.d.a., è detto cronassia.

11 Lo stimolo soglia deve fornire una quantità minima di carica alla membrana che si puo ottenere sia aumentando l ampiezza della corrente stimolante, sia la durata dello stimolo, essendo la carica il prodotto tra la l intensità e la durata

12 accomodazione Inattivazione dei canali del sodio La stimolazione con impulsi sottosoglia comporta una diminuzione dell eccitabilità del neurone: si osserva un innalzamento del potenziale di soglia. È un fenomeno tempo dipendente Il livello soglia non è una costante assoluta, ma può cambiare con le condizioni di stimolazione Nella figura le rette a,b, c, d sono stimolazioni costanti a rampa in cui l intensità della corrente cresce lentamente nel tempo. In a, b, c il livello di corrente soglia per l innesco del potenziale d azione aumenta con la diminuzione della pendenza della rampa. In d l intensità di corrente è bassa e il tempo cosi lento che il potenziale d azione non parte.

14 I canali per il Na + sono normalmente chiusi (a) e si aprono (b) sempre per un tempo breve, meno di 1 msec (c). Se la depolarizzazione permane, una porzione globulare della proteinacanale oscilla verso l'alto e chiude il poro, che allora si dice essere inattivato (d). Quando la membrana si ripolarizza, il poro si chiude e la porzione globulare si sposta, tornando alla porzione iniziale. Il canale, chiuso, torna così ad essere attivo (e).

15 Periodi refrattari:assoluto e relativo Il doppio cancello dei canali per il Na + ha un ruolo fondamentale nei fenomeni di refrattarietà. I potenziali d azione non possono sovrapporsi a causa dei (o grazie ai) periodi refrattari. Nel periodo refrattario assoluto un nuovo potenziale d azione non può partire a causa del fatto che i canali del Na + non sono tornati alla conformazione di partenza. Nelperiodo refrattario relativo un potenziale d azione può essere generato solo da uno stimolo molto intenso.

17 Il potenziale d azione: livello soglia tutto o nulla inattivazione da voltaggio refrattarietà accomodazione

20 Direzione di un impulso

22 Diametro dell assone e resistenza della membrana: il loro effetto sulla conduzione Più ampio è il diametro dell assone e più veloce sarà la conduzione. Più resistente è la membrana e più veloce sarà la conduzione. Per questo le cellule nervose hanno sviluppato la guaina mielinica.

23 Resistenze La velocità della conduzione dipende dalle proprietà elettriche del citoplasma e della membrana: più grande è il diametro della fibra > è la velocità di conduzione, in quanto la resistenza del citoplasma si riduce all aumentare del diametro (R m /R in aumenta). Maggiore è la resistenza della membrana plasmatica (Rm), maggiore è la velocità di conduzione. R m I R in Di norma i fasci nervosi destinati ai muscoli scheletrici sono composti da fibre di calibro diverso, ciò comporta una diversa sequenza di contrazione per stimoli soglia: prima le fibre muscolari innervate da fasci maggiori, poi le fibre innervate da fasci minori.

Costante di spazio per fibre mieliniche e amieliniche L ampiezza del potenziale nelle membrane non mielinizzate, decresce esponenzialmente con l aumentare della distanza dal punto di applicazione

24 Costante di spazio per fibre mieliniche e amieliniche L ampiezza del potenziale nelle membrane non mielinizzate, decresce esponenzialmente con l aumentare della distanza dal punto di applicazione della corrente. La distanza a cui il potenziale raggiunge 1/e (37%) del valore max è definita costante di lunghezza o di spazio ( ) Nelle fibre mieliniche la velocità di conduzione cresce proporzionalmente al crescere del diamentro dell assone. Non esistono fibre mieliniche con diamentro inferiore ad 1 µ.

25 Classifcazione delle fibre dei nervi spinali di mammifero: Diametro µ Velocità m/s Tipo e funzione Mieliniche. Fibre afferenti propriocettive ed efferenti motrici Mieliniche. Fibre afferenti sensibilità tattile, termica, fine, dolore puntorio Amieliniche. Fibre afferenti dolore profondo (articolare e viscerale), sensibilità termica. Fibre efferenti vegetative La mielinizzazione delle fibre del sistema nervoso periferico è dovuta alle cellule di Schwann, cellule di tipo gliale.

I potenziali graduati I potenziali graduati si registrano nei dendriti e nel soma e diminuiscono di intensità allontanandosi dal punto di origine.

32 I potenziali graduati I potenziali graduati si registrano nei dendriti e nel soma e diminuiscono di intensità allontanandosi dal punto di origine. Vengono chiamati graduati perché la loro ampiezza è proporzionale all intensità del segnale. I potenziali possono essere depolarizzanti o iperpolarizzanti.

35 li neurone rappresenta l unità funzionale del sistema nervoso. La forma delle cellule nervose è peculiare ed è costituita da un corpo cellulare (o soma) e da molte appendici che si dividono in dendriti e assoni. Da un punto di vista funzionale i neuroni possono classificarsi in: 1 - neuroni afferenti o sensitivi 2 - interneuroni 3 - neuroni efferenti

36 Intensità dello stimolo: il ruolo della frequenza

di poche centinaia di canali presenti nel lembo di

37 Tecnica del patch-clamp 2 m La tecnica del patch clamp consente di isolare il contributo elettrico di poche centinaia di canali presenti nel lembo di membrana plasmatica a contatto con la pipetta (patch)

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