Depolarizzazione
Ogni cellula del nostro corpo ha una membrana cellulare che la separa dall’ambiente esterno del tessuto. La concentrazione dei diversi ioni attraverso la membrana cellulare è diversa.
Come risultato, la polarità si stabilisce sui due lati della membrana. Questo è chiamato potenziale di membrana.
La maggior parte delle cellule ha più ioni negativi sul lato interno della membrana. Così, la maggior parte delle cellule ha un potenziale di membrana negativo.
La depolarizzazione è un processo attraverso il quale le cellule subiscono un cambiamento nel potenziale di membrana. È un processo di spostamento della carica elettrica che si traduce in una minore carica negativa all’interno della cellula.
In questo articolo, discuteremo la fisiologia della
depolarizzazione, i canali ionici che partecipano a questo processo e come diverse
cellule subiscono la depolarizzazione. Discuteremo anche di alcuni farmaci che possono alterare
il processo di depolarizzazione.
Fisiologia della depolarizzazione
Il processo di depolarizzazione dipende fortemente dalla natura elettrica intrinseca delle cellule. Per capire il processo di depolarizzazione, dobbiamo capire il concetto di potenziale di membrana a riposo.
Potenziale di membrana a riposo
Quando una cellula è a riposo, il potenziale attraverso la sua membrana cellulare è chiamato potenziale di membrana a riposo. Per la maggior parte delle cellule, il potenziale di membrana a riposo è negativo rispetto all’esterno della cellula.
Il processo di generazione del potenziale di membrana a riposo coinvolge i canali ionici passivi, le pompe ioniche e i canali ionici collegati al voltaggio. Le cellule usano queste macchine per mantenere un’alta concentrazione di ioni negativi all’interno delle cellule. Come risultato, viene mantenuto un potenziale di membrana negativo.
I fattori che contribuiscono al potenziale di membrana a riposo
includono i seguenti:
Anioni organici
Di solito, le cellule hanno anioni organici più abbondanti al loro interno, come ioni ossalato ecc. La carica negativa di questi anioni negativi contribuisce al potenziale di membrana a riposo.
Canali K+
La maggior parte delle cellule del corpo hanno abbondanti canali K+ nelle loro membrane. Di solito, all’interno della cellula sono presenti ioni di potassio dieci volte più abbondanti che nello spazio extracellulare.
Questi ioni di potassio hanno un gradiente di diffusione diretto verso lo spazio extracellulare. Così, continuano a diffondere attraverso i canali K+ aperti e lasciano le cellule. Questa perdita di ioni caricati positivamente contribuisce ulteriormente al potenziale negativo di membrana a riposo all’interno della cellula.
Pompa sodio-potassio
La pompa sodio-potassio contribuisce molto al potenziale di membrana a riposo. La concentrazione di ioni sodio è più all’esterno della cellula che all’interno. D’altra parte, la concentrazione di ioni potassio è più all’interno della cellula che all’esterno.
Quindi, il gradiente di diffusione del sodio è diretto verso l’interno della cellula e quello del potassio è diretto verso l’esterno della cellula.
La pompa sodio-potassio è una pompa guidata dall’energia che utilizza l’ATP per pompare gli ioni sodio e potassio contro il loro gradiente di concentrazione. Per ogni due ioni di potassio pompati all’interno della cellula, tre ioni di sodio sono pompati all’esterno.
Ciò comporta una perdita netta di ioni positivi dalla cellula.
Tutti questi fattori contribuiscono a
stabilire e mantenere un potenziale di membrana negativo all’interno della cellula.
Processo di depolarizzazione
Dopo aver compreso il concetto di potenziale di membrana a riposo, discuteremo ora il processo di depolarizzazione.
Una cellula ha la capacità di subire una depolarizzazione dopo aver stabilito un potenziale di riposo. La depolarizzazione causa il rapido cambiamento del potenziale di membrana dallo stato negativo a quello positivo.
Il processo di depolarizzazione inizia con uno stimolo. Questo stimolo può essere un semplice tocco, una luce, una particella estranea o anche uno stimolo elettrico. Questo stimolo provoca un cambiamento di tensione nella cellula.
Questo cambiamento di tensione iniziale provoca l’apertura dei canali del sodio e del calcio legati alla tensione all’interno della membrana cellulare. Gli ioni caricati positivamente corrono attraverso questi canali. Come risultato, l’interno della cellula diventa più positivo. Il potenziale di membrana cambia da negativo a positivo.
Depolarizzazione in diverse cellule
Il principio di base della depolarizzazione è lo stesso descritto alla voce fisiologia. Tuttavia, cellule diverse nel corpo rispondono a stimoli diversi e usano canali ionici diversi per subire il processo di depolarizzazione. Tutto questo è coerente con la funzione di quella cellula.
Discuteremo il processo di depolarizzazione in
riferimento ai neuroni, alle cellule endoteliali e alle cellule cardiache.
Neuroni
I neuroni possono subire una depolarizzazione in risposta a una serie di stimoli come calore, sostanze chimiche, luce, stimolo elettrico o fisico. Questi stimoli generano un potenziale positivo all’interno dei neuroni.
Quando il potenziale positivo diventa maggiore del potenziale di soglia, causa l’apertura dei canali del sodio. Gli ioni di sodio si precipitano nel neurone e causano lo spostamento del potenziale di membrana da negativo a positivo.
La depolarizzazione di una piccola porzione di neurone genera
un forte impulso nervoso. L’impulso nervoso viaggia per tutta la lunghezza del
neurone fino al terminale sinaptico.
Una volta che l’impulso nervoso raggiunge il terminale sinaptico, causa il rilascio di neurotrasmettitori. Questi neurotrasmettitori si diffondono attraverso la fessura sinaptica. Agiscono come uno stimolo chimico per il neurone postsinaptico. Questi neurotrasmettitori, a loro volta, causano la depolarizzazione dei neuroni postsinaptici.
Cellule endoteliali
Le cellule endoteliali vascolari rivestono la superficie interna dei vasi sanguigni. Queste cellule hanno la capacità strutturale di resistere alle forze cardiovascolari. Hanno anche un ruolo importante nel mantenere la funzionalità del sistema cardiovascolare.
Queste cellule utilizzano il processo di depolarizzazione per alterare la loro forza strutturale. Quando le cellule endoteliali sono in uno stato depolarizzato, hanno una marcata diminuzione della forza strutturale e della rigidità. In stato di depolarizzazione, le cellule endoteliali causano anche una marcata diminuzione del tono vascolare dei vasi sanguigni.
Cellule cardiache
La depolarizzazione dei miociti cardiaci causa la contrazione delle cellule e quindi la contrazione del cuore.
La depolarizzazione inizia nel nodo SA, chiamato anche pacemaker cardiaco. Il nodo SA ha un’automaticità. Il potenziale di membrana a riposo del nodo SA è meno negativo di quello delle altre cellule cardiache. Questo causa l’apertura dei canali del sodio. Gli ioni di sodio continuano a diffondere nelle cellule del nodo SA.
Quando il potenziale di membrana diventa maggiore del potenziale di soglia, causa l’apertura dei canali del Ca+2. Gli ioni di calcio allora si precipitano dentro, causando la depolarizzazione.
Partendo dal nodo SA, la depolarizzazione si diffonde
agli atri e attraverso il nodo AV e il fascio AV alle fibre di Purkinje causando
la depolarizzazione e la contrazione dei ventricoli.
Muscoli scheletrici
L’eccitazione dei muscoli scheletrici da parte dei motoneuroni causa l’apertura dei canali del sodio legati al voltaggio. L’apertura dei canali del sodio causa la depolarizzazione del muscolo scheletrico.
Il potenziale d’azione del motoneurone viaggia anche attraverso i tubuli T. Provoca il rilascio di ioni Ca2+ dal reticolo sarcoplasmatico. Così, si verifica la contrazione del muscolo scheletrico. L’intero processo è chiamato anche accoppiamento eccitazione-contrazione.
Farmaci che bloccano il processo di depolarizzazione
Ci sono alcuni farmaci che possono bloccare il processo di depolarizzazione. Essi causano un’apertura persistente dei canali ionici. Gli ioni caricati positivamente continuano a diffondersi nelle cellule.
Come risultato, le cellule non sono in grado di recuperare dal periodo iniziale di depolarizzazione. Rimangono in uno stato persistente di depolarizzazione e non rispondono agli stimoli.
Questi farmaci includono agonisti nicotinici come
suxamethonium e decamethonium.
Conclusione/Riassunto:
La depolarizzazione è un processo che causa un rapido cambiamento del potenziale di membrana dallo stato negativo a quello positivo.
Quando un certo stimolo viene applicato a una cellula, esso
causa un cambiamento iniziale di tensione nella cellula.
Quando il potenziale di soglia viene raggiunto, provoca l’apertura dei canali ionici. Come risultato, il potenziale di membrana cambia da uno stato
negativo a uno positivo.
Per poter subire la depolarizzazione, le cellule devono
stabilire e mantenere un potenziale di membrana negativo a riposo. I fattori che giocano un ruolo importante nello stabilire il potenziale di membrana a riposo includono:
- Anioni organici
- Canali K+
- Pompa sodio-potassio
Il processo di depolarizzazione ha diverse conseguenze in diverse cellule del corpo.
Nei neuroni, la trasmissione degli impulsi nervosi avviene attraverso
il processo di depolarizzazione.
Nelle cellule endoteliali vascolari, il processo di
depolarizzazione aiuta a regolare la rigidità strutturale e il tono vascolare.
Nei muscoli cardiaci, la depolarizzazione causa la contrazione
dei muscoli cardiaci.
Anche i muscoli scheletrici rispondono alla depolarizzazione mediante
contrazione.
Gli agonisti nicotinici possono causare una depolarizzazione prolungata
delle cellule. Essi impediscono alle cellule di subire la ripolarizzazione. Come
risultato, le cellule non rispondono ai nuovi stimoli.
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