Fondamenti anatomofisiologici: misurazione del potenziale di membrana

Segnali Elettrochimici e Registrazione

Locali che tipo di segnali sono sono segnali di tipo elettrochimico cioè dei segnali che hanno allo stesso tempo una componente elettrica o una componente chimica. è possibile registrare la componente chimica tuttavia è un'operazione complessa quindi tipicamente quando si vogliono studiare le risposte dei neuroni registra la componente elettrica del segnal, perché abbiamo degli strumenti più complessi più avanzati più potenti per poterle registrare la componente in primo luogo si utilizzano dei microelettrodi che possono essere intracellulari o extracellulari è opportuno precisare che quando si parla di risposte elettrica dei neuroni si parla di fenomeni elettrici che sono analoghi a quelli che riguardano degli oggetti di tipo fisico chimico come le batterie. infatti quello che si va a misurare più spesso è la differenza di potenziale chiamato anche voltaggio, la differenza di potenziale può essere misurata benissimo tra i due poli di una batteria positivo e negativo utilizzando un voltmetro.

Differenza di Potenziale

che cos'è? corrisponde alla quantità di energia che bisogna fornire a un sistema o che il sistema libera quando una unità di carica in questo caso un columb viene portato da un punto A un punto B caratterizzati questi: da una differenza di potenziale. Quindi se la differenza di potenziale è molto grande allora nel momento in cui io porto una carica dal punto A al punto B avrò bisogno di molta energia per fare questa operazione o viceversa nel fare questa operazione si libererà molta energia dipende dalla dal segno della carica. Se invece tra il punto A ed il punto B vi è una piccola differenza di potenziale il contrario

Misurazione del Potenziale nella Cellula

Nella cellula la questione della misurazione della differenza potenziale non è così semplice perché la cellula è inserita in una soluzione acquosa quindi non si possono semplicemente mettere i puntali nella cellula. si utilizzano così dei microelettrodi tipicamente se ne utilizza una coppia uno posto esternamente alla cellula e uno invece posto internamente alla cellula.

• il microelettrodo interno è una micropipetta di vetro una riempita di una soluzione salina che nel caso appunto voglia entrare dentro la cellula viene utilizzato il cloruro di potassio perché questi due ioni cloro e potassio sono ioni che sono molto comuni all'interno della cellula. È quindi presente un filo di argento clorurato perché in questo modo l'argento con metallo riesce ad entrare in equilibrio elettrochimico quindi a comunicare elettricamente con la soluzione che è ricca di ioni cloro, se non si facesse andrebbe a creare una differenza un potenziale.
• Microelettrodo esterno alla cellula questo è molto più semplice viene utilizzato un semplice pellet di Lega argento argento cloruro messo tipicamente nel bagno extracellulare.

il potenziale è sempre una differenza tra un punto A e un punto B quindi per misurare serve un comparatore che compara i due input di voltaggio per quindi far uscire fuori la differenza di voltaggio tra le due. Quando l'elettrodo si trova ancora all'esterno della cellula si trova nella soluzione extracellulare, se io volessi spostare una carica da un punto a un altro non incontrerei grandidifficoltà quindi la differenza di potenziale è molto bassa, praticamente zero quindi viene detta che la soluzione ISO potenziale.

amplificatore AV = 0 microelettrodo di registrazione registrazione I microelettrodo 0 mV di riferimento soluzione salina -80 mV tempo i

Potenziale di Membrana

Quanndo l'elettrodo entra dentro la cellula e attraversa la membrana si nota subito una brusca diminuzione del potenziale, viene chiamato potenziale di membrana, rappresenta la differenza di potenziale che si ha tra l'interno della membrana e l'esterno della membrana (dato dalla sottrazione tra il potenziale interno alla cellula meno il potenziale esterno) per convenzione il potenziale esterno viene messo a zero in questo modo quindi il potenziale di membrana risulta essere uguale al potenziale interno.

2º caso - Il microelettrodo penetra la cellula Vn= Vi- Ve registrazione 0 mV potenziale di riposo -80 mV tempo - Vn= Vi - Ve per convenzione V = 0 i potenziali che si misurano a riposo nelle cellule sono sempre potenziali negativi in generale nelle cellule può essere un valore compreso tra -40 millivolt e -100 millivolt . però questo intervallo è più ristretto nei neuroni tra -60 millivolt e -65 millivolt. siamo la se noi proviamo a muovere questo micro elettrodo dentro la cellula nelle varie punte della cellula questo valore non varia poiché il citosol e isopo tendenziale, è una soluzione salina.+, - Uguali + Faccia extracellulare 4 ella membrana accia citoplasmatica della membrana +, - Uguali + + + 4+ Teoria della neutralità Sia all' interno che all' esterno della membrana la somma delle cariche positive deve essere uguale alla somma delle cariche negative ma questo non vuol dire che siano distribuite tutte allo stesso modo. Nella parte interna della membrana si accumulano una serie di cariche negative, mentre sul lato esterno della membrana si accumulano addossate al lato alla superficie un gran numero di cariche positive. la membrana è un doppio strato di lipidico nel quale la parte più interna quella dove si trovano le code acilico dei lipidi, è fortemente apolare. si comporta come un dielettrico, avendo due conduttori molto estesi e molto vicine tra di loro ma separati da un sottile strato la membrana funge da isolante che separa l'ambiente conduttivo interno dall'ambiente conduttivo esterno e funge allo stesso tempo anche da condensatore.

I Gradienti Ionici

Gli ioni all'interno delle soluzioni si muovono sotto la spinta di due diverse forze che possiamo anche chiamare gradienti

Gradiente Elettrico

Gradiente elettrico parte dalla forza elettrostatica quindi tra due cariche si instaura la forza di coulomb quindi questo vuol dire che cariche che hanno segni opposti si mentre cariche che hanno lo stesso segno si respingono.questo comporta che le cariche tendono a spostarsi dalle zone dove ci sono molte altre cariche le loro stesso segno verso le zone dove ci sono invece molte cariche del segno opposto.

Gradiente Chimico o di Concentrazione

Gradiente chimico o di concentrazione, questa forza spinge gli ioni dalle zone in cui sono molto concentrati alle zone in cui sono poco concentrati quindi ad esempio gli ioni potassio tenderanno a spostarsi dalle zone dove ci sono tanti ioni potassio verso zone in cui ci sono pochi ioni potassio. al netto ci sarà un flusso di ioni che va dalla zona più concentrata a quella meno concentra.

Esempio di Cella Elettrochimica

Esempio non cellulacella elettrochimica ci sono due sezioni di questa cella dove c'è una soluzione separata dalla membrana semipermeabile. la soluzione qui in questo caso è cloruro di potassio che si dissolve quindi in ioni cloruro che sono negativi e ioni potassio che sono positivi il primo primo caso la concentrazione di cloruro potassio nei due segmenti nelle due zone della cella è uguale in questo caso quindi il gradiente di tipo elettrico è nullo. È un sistema d'equilibrio. AV = 0 il secondo caso Una concentrazione 10 volte superiore di cloruro di potassio rispetto che nella zona due il cloro non si può muovere il potassio si per il gradiente di concentrazione ci sarà uno spostamento del potassio della zona uno alla zona due anche in questo ci sarà tanto potassio che si sposta dalla zona uno alla zona due ne sarà anche un pochino che si sposta dalla zona due la zona uno però a noi ci interessa il flusso netto la sottrazione tra i due ne sarà molto di più che va dalla 1^2 con il flusso netto un flusso di potassio che va dalla zona uno alla zona due gradiente di concentrazione però ricordiamoci che il potassio è carico positivamente quindi nel momento in cui va dalla zona uno alla zona due nella zona uno si trova con meno cariche positive la zona due invece si trova con più cariche positive perché si e spostato il potassio la zona due diventa positiva la zona uno diventa negativa si va quindi a creare una differenza di potenziale ed ecco quindi che si attiva il secondo gradiente la seconda forza che la forza elettrica dato che la zona due è positiva e il potassio è positivo cariche positive che ho letto si respingono tenderà a spostarsi lontano dalla zona positiva verso la zona negativa e quindi ecco qui che il potassio si sposterà dalla zona due alla zona uno quindi avremo allo stesso tempo un flusso di potassio spinto la gradiente di concentrazione che va verso la zona uno che va dalla zona uno verso la zona due e allo stesso tempo un flusso di potassio spinto da gradiente elettrico che va dalla zona due alla zona però c'è un verso posto se lasciamo evolvere il sistema per un po di tempo si arriverà a una situazione di equilibrio nel quale quindi il sistema smette di evolvere e questa situazione di equilibrio è quella in cui il flusso di potassio da sinistra verso destra spinto da gradiente di concentrazione risulta uguale al flusso di potassio spinto da destra verso sinistra in base al gradiente elettrico quindi il flusso di tasso totale netto risulta zero eppure in una situazione di questo tipo cioè comunque un eccesso di potassio nella zona due è un suo difetto nella zona uno quindi ci sono più cariche positive nella zona due meno nella zona uno quindi c'è una differenza di potenziale anche se il flusso di potassio è nullo compare comunque una differenza di potenziale tra le due zone ed essendo questa questo sistema l'equilibrio la differenza di potenziale e stabile permane e permane in questa situazione a tempo indefinito senza necessitare di energia.

Potenziale Elettrochimico di uno Ione

Il potenziale elettrochimico di uno ione deriva da:

• differente concentrazione originale degli ioni (e l'abbiamo visto qua) se all'inizio le concentrazioni sono uguali non succede niente quello che abbiamo visto succedere succede solamente se le concentrazioni sono diverse dal punto di vista originario all'inizio.
• la membrana deve avere una permeabilità selettiva cioè deve far passare solamente uno o più ioni, in questo caso fa passare il potassio e blocca il cloro, se la membrana invece facesse passare anche il cloro il risultato sarebbe che semplicemente si