LE CORRENTI IN SOLUZIONE:

Uno stimolo di questo tipo di propaga unicamente grazie alla presenza di IONI IN SOLUZIONE che consentono l'instaurarsi di CORRENTI ELETTRICHE: la corrente elettrica in soluzione non è veicolata certo da ELETTRONI ma da CONDUTTANZE IONICHE. in soluzione il percorso degli ioni segue quello CONVENZIONALE della corrente, cioè da positivo a negativo:

 IL POTASSIO si porta verso il CATODO che è negativo ALL'ESTERNO DELLA

MEMBRANA che stimolata dalla apertura dei canali al sodio.

 IL SODIO quando entra penetra nella cellula verso il polo negativo.

CAPACITÀ E RESISTENZA DELLA MEMBRANA:

LA MEMBRANA PLASMATICA presenta uno strato idrofobo bilaminare di 50 angstrom di spessore, presentando una tale struttura la membrana si può comportare come un CONDENSATORE e quindi OSTACOLARE IL PASSAGGIO DEGLI IONI.

Il circuito equivalente di una membrana è formato di tre fattori importanti:

 differenza di potenziale della membrana che genera il movimento degli ioni e le correnti.

 un CONDENSATORE capace di ACCUMULARE CARICHE che è la membrana cellulare

stessa.

 la RESISTENZA al flusso di ioni attraverso la membrana che è data dai CANALI IONICI.

A SEGUITO DELL'ARRIVO DI UNO STIMOLO il potenziale viene mutato e gli ioni devono FRONTEGGIARE FENOMENI DI CAPACITÀ E DI RESISTENZA per ripristinare l'equilibrio normale.

COMPLESSIVAMENTE si verificano fenomeni di questo genere continuamente sulle membrane cellulari:

• una VARIAZIONE DEL POTENZIALE legata per esempio all'insorgenza di uno stimolo,

ATTIRA CARICHE ELETTICHE, cioè ioni, VERSO LA MEMBRANA.

• LA MEMBRANA INTRAPPOLA GLI IONI DA UNO DEI DUE LATI VISTE LE SUE

PROPRIETÀ CAPACITATIVE.

• L'accumulo di ioni GENERA UNA CORRENTE ELETTRICA che NON PREVEDE IL

PASSAGGIO DI CARICHE.

• SI GENERA UNA DIFFERENZA DI POTENZIALE ai due lati della membrana.

• LA DIFFERENZA DI POTENZIALE STIMOLA CANALI VOLTAGGIO DIPENDENTI

che SI APRONO E CONSENTONO IL PASSAGGIO DEGLI IONI.

QUINDI alla base della apertura del canale C'È UN FENOMENO CAPACITATIVO LOCALE.

SPERIMENTALMENTE:

è possibile testare la qualità delle membrane cellulari da questo punto di vista utilizzando delle cariche elettriche artificiali; per esempio ponendo una carica catodica (negativa) fuori dalla membrana cellulare:

 il potassio viene spinto ad uscire.

 si accumulano cariche che la SCHERMATURA della membrana blocca e accumula con la sua CAPACITÀ.

 Si genera UNA DIFFERENZA DI POTENZIALE.

 LA DIFFERENZA DI POTENZIALE PORTA ALLA APERTURA DEI CANALI AL SODIO. Alla base di questo fenomeno, indotto artificialmente, si colloca IL POTENZIALE DI MEMBRANA GENERATO DALL'ACCUMULO DI CARICHE

I CANALI IONICI: IL CANALE:

Strutturalmente il CANALE IONICO è una glicoproteina costituita di amminoacidi carichi; possiamo distinguere:

• CANALI A PORTA ELETTRICA si tratta di canali che si aprono a seguito di una

stimolazione di natura ELETTRICA: questi canali sono sensibili ai fenomeni sopra descritti rispetto al potenziale di membrana.

• CANALI A PORTA CHIMICA che si aprono invece a seguito di una stimolazione da parte

di un LIGANDO.

IL CANALE AL SODIO È UN ESEMPIO TIPICO DI CANALE A PORTA ELETTRICA: si tratta

di una glicoproteina1 individuata in particolare tramite tecniche di IMMUNOFLUORESCENZA: il

canale non risulta, viste le sue dimensioni, visibile, ma possiamo marcare tossine o anticorpi specifici per quel canale di modo da poterne studiare la funzione e la posizione. SI TRATTA DI UNA PROTEINA:

 di elevato peso molecolare.

 Costituita di QUATTRO SUBUNITÀ COSTITUITE DI DIVERSI DOMINI.

 nelle A LIVELLO DELLE SUBUNITÀ SOPRA DECRITTE troviamo DEI SEGMENTI

DETTI S4 che presentano:

 una struttura ricca in amminoacidi carichi.

 Una sensibilità ionica notevole.

Tali subunità sono alla base del meccanismo di apertura e chiusura voltaggio dipendente del canale.

IL BLOCCO DEL CANALE SODIO:

GLI ANESTETICI LOCALI2 sono strettamente compatibili con le FIBRE DI PICCOLO CALIBRO, veicolo generalmente del dolore, e non con fibre di calibro maggiore, questo è legato alla diversa mielinizzazione e dimensione delle fibre stesse. Normalmente un anestetico penetra nel canale sodio e:

 non altera la genesi capacitativa del potenziale che doverebbe aprire il canale.

 blocca il passaggio di ioni anche se il canale risulta aperto.

1 la massima parte dei veleni animali come la tetrodotossina o altre molecole BLOCCANO IL CANALE AL SODIO IMPEDENDO LA NASCITA DI POTENZIALI DI AZIONE.

Viene insomma inibito il passaggio dello ione.

LA TETRODOSSINA agisce in modo analogo direttamente sul CANALE SODIO bloccandolo in modo definitivo e impedendo il passaggio di ioni attraverso di esso.

IL CATAELETTROTONO:

Abbiamo visto come complessivamente lo stimolo elettrico sia legato alla presenza di CATODI e che gli ioni, come accennato in precedenza, si MUOVONO SECONDO IL SENSO

CONVENZIONALE DELLA CORRENTE, cioè:

• per cariche POSITIVE verso il CATODO.

• Per cariche NEGATIVE verso L'ANODO.

A seguito della formazione di un FENOMENO COME QUELLO PRECEDENTEMENTE DESCRITTO SI ASSISTE ALLA FORMAZIONE DI UN NUOVO DIPOLO, a seguito della apertura di un canale infatti:

➢ l'interno della membrana diviene positivo.

➢ l'esterno della membrana diviene negativo.

mentre le zone circostanti presentano polarità inversa, quindi:

• se l'interno della membrana diviene positivo in un punto e permane negativo in un punto

vicino, si genererà una CORRENTE ELETTRICA verso il secondo punto.

• se l'esterno della membrana è positivo, come di norma, in un punto e diviene negativo in un

punto vicino, si genererà una CORRENTE ELETTRICA verso il primo punto.

Si parla per questo di CORRENTI ELETTROTONICHE in quanto dipendenti dalla formazione di un CATODO.

LA TRASMISSIONE LOCALE PASSIVA DEL CATAELETTROTONO:

le membrane biologiche sono FORMATE DA ELEMENTI CONDUCIBILI E, DI

CONSEGUENZA, POSSONO PRESENTARE FUNZIONE ISOLANTE anche se il loro isolamento è INTERROTTO dalla PRESENZA DI CANALI IONICI; IN OGNI CASO TALI MEMBRANE SONO CAPACI DI INVIARE FINO A 4mm UNO STIMOLO NON

PROPAGATO. Sono dei conduttori passivi. Tale capacità di condurre passivamente È LEGATA ALLA COSTANTE DI SPAZIO DELLA MEMBRANA CELLULARE. QUESTI FENOMENI LOCALI SONO SUFFICIENTI A GENERE UNO STIMOLO che va A GENERARE FENOMENI DI MODIFICAZIONE DELLA ECCITABILITÀ LOCALE DELLA MEMBRANA.

La eccitabilità locale della membrana plasmatica è strettamente legata ALLA NATURA DELLA MEMBRANA STESSA; si utilizzano molto spesso due indici per determinare questo fattore:

• TAU o COSTANTE DI TEMPO:

tau = (Rm*Cm) dove:

 Rm è la componente resistente della membrana.

 Cm è la componente accumulatrice.

Numericamente coincide con il TEMPO CHE LA DIFFERENZA DI POTENZIALE IMPIEGA PER RAGGIUNGERE IL 63% DEL LIVELLO MASSIMO in seguito, ovviamente, alla inserzione della corrente elettrica.

• LAMBDA O COSTANTE DI SPAZIO:

DOVE:

 rm è la resistenza della membrana.

 ri la resistenza intracellulare.

il livello di resistenza intracellulare è molto significativo per quanto riguarda la dispersione ionica intracellulare e quindi per l'intero meccanismo di propagazione degli stimoli elettrici. numericamente come per TAU anche LAMBDA COINCIDE NUMERICAMENTE CON IL TEMPO IMPIEGATO DALLO STIMOLO ELETTRICO A RAGGIUNGERE IL 63% DELLA SUA MASSIMA DISTANZA DAL PUNTO DI ORIGINE:

per un neurone normale la costante di spazio è di circa 4mm.

Sulla base delle caratteristiche delle membrana che presentano, esistono quindi TESSUTI PIÙ O MENO ECCITABILI:

 maggiore è la capacità, maggiore è la differenza di potenziale che si crea a parità di stimolo.

 MINORE È TAU, MAGGIORE È LA ECCITABILITÀ DELLA MEMBRANA, tanto più

piccola è la cronassia, tanto più piccola è la durata dello stimolo eccitante per ottenere una risposta.

 MAGGIORE È LAMBDA MAGGIORMENTE È ECCITABILE IL TESSUTO in quanto lo

stimolo si propaga nella cellula in modo più esteso.