Il funzionamento degli organi e dei tessuti del nostro corpo dipende da molti fattori. Alcune cellule (cardiomiociti e nervi) dipendono dalla trasmissione di impulsi nervosi generati in speciali componenti cellulari o nodi. La base dell'impulso nervoso è la formazione di una specifica onda di eccitazione, chiamata potenziale d'azione.
Cos'è questo?
Un potenziale d'azione è comunemente chiamato un'onda di eccitazione che si sposta da una cellula all' altra. A causa della sua formazione e del passaggio attraverso le membrane cellulari, si verifica un cambiamento a breve termine nella loro carica (normalmente, il lato interno della membrana è caricato negativamente e il lato esterno è caricato positivamente). L'onda generata contribuisce a un cambiamento nelle proprietà dei canali ionici della cellula, che porta alla ricarica della membrana. Nel momento in cui il potenziale d'azione passa attraverso la membrana, c'è un cambiamento a breve termine nella sua carica, che porta a un cambiamento nelle proprietà della cellula.
La formazione di questa onda è alla base del funzionamento della fibra nervosa, così come del sistema di percorsi del cuore.
Quando la sua formazione è disturbata, si sviluppano molte malattie, il che rende necessaria la determinazione del potenziale d'azione inun complesso di misure diagnostiche e terapeutiche.
Come si forma un potenziale d'azione e qual è la sua caratteristica?
Cronologia delle ricerche
Lo studio della presenza di eccitazione nelle cellule e nelle fibre è iniziato molto tempo fa. I primi a notarne la comparsa furono i biologi che studiarono gli effetti di vari stimoli sul nervo tibiale esposto della rana. Notarono che quando esposti a una soluzione concentrata di sale da cucina, si osservava una contrazione muscolare.
In futuro, la ricerca è stata continuata dai neurologi, ma la scienza principale dopo la fisica che studia il potenziale d'azione è la fisiologia. Sono stati i fisiologi a dimostrare l'esistenza di un potenziale d'azione nelle cellule del cuore e nei nervi.
Approfondendoci nello studio dei potenziali, è stata anche dimostrata la presenza del potenziale a riposo.
Dall'inizio del 19° secolo, iniziarono a essere creati metodi per rilevare la presenza di questi potenziali e misurarne l'entità. Attualmente, la fissazione e lo studio dei potenziali d'azione vengono effettuati in due studi strumentali: la rimozione di elettrocardiogrammi ed elettroencefalogrammi.
Meccanismo del potenziale d'azione
La formazione di eccitazione si verifica a causa dei cambiamenti nella concentrazione intracellulare di ioni sodio e potassio. Normalmente, la cellula contiene più potassio che sodio. La concentrazione extracellulare di ioni sodio è molto più alta che nel citoplasma. I cambiamenti causati dal potenziale d'azione contribuiscono a un cambiamento nella carica sulla membrana, con conseguente flusso di ioni di sodio nella cellula. A causa di ciòle cariche all'esterno e all'interno della cellula cambiano (il citoplasma è caricato positivamente e l'ambiente esterno è caricato negativamente.
Questo viene fatto per facilitare il passaggio dell'onda attraverso la cella.
Dopo che l'onda è stata trasmessa attraverso la sinapsi, la carica viene invertita a causa della corrente all'interno della cellula di ioni cloruro caricati negativamente. Vengono ripristinati i livelli iniziali di carica all'esterno e all'interno della cella, il che porta alla formazione di un potenziale di riposo.
Periodi di riposo ed eccitazione si alternano. In una cellula patologica, tutto può accadere in modo diverso e la formazione di AP lì obbedirà a leggi alquanto diverse.
Fasi PD
Il corso di un potenziale d'azione può essere suddiviso in diverse fasi.
La prima fase procede fino alla formazione di un livello critico di depolarizzazione (un potenziale d'azione che passa stimola una lenta scarica della membrana, che raggiunge un livello massimo, solitamente intorno a -90 meV). Questa fase è chiamata prespike. Viene eseguito a causa dell'ingresso di ioni sodio nella cellula.
La fase successiva, il potenziale di picco (o picco), forma una parabola ad angolo acuto, dove la parte ascendente del potenziale significa depolarizzazione della membrana (veloce), e la parte discendente significa ripolarizzazione.
Terza fase - potenziale di traccia negativo - mostra la depolarizzazione della traccia (transizione dal picco di depolarizzazione allo stato di riposo). Causato dall'ingresso di ioni cloruro nella cellula.
Al quarto stadio, la fase del positivopotenziale di traccia, i livelli di carica della membrana tornano all'originale.
Queste fasi determinate dal potenziale d'azione si susseguono rigorosamente una dopo l' altra.
Funzioni del potenziale d'azione
Indubbiamente, lo sviluppo del potenziale d'azione è importante nel funzionamento di alcune cellule. L'eccitazione gioca un ruolo importante nel lavoro del cuore. Senza di esso, il cuore sarebbe semplicemente un organo inattivo, ma a causa della propagazione dell'onda attraverso tutte le cellule del cuore, si contrae, il che aiuta a spingere il sangue attraverso il letto vascolare, arricchendo con esso tutti i tessuti e gli organi.
Anche il sistema nervoso normalmente non potrebbe svolgere la sua funzione senza un potenziale d'azione. Gli organi non potrebbero ricevere segnali per svolgere una particolare funzione, per cui sarebbero semplicemente inutili. Inoltre, il miglioramento nella trasmissione di un impulso nervoso nelle fibre nervose (l'aspetto della mielina e le intercettazioni di Ranvier) ha permesso di trasmettere un segnale in poche frazioni di secondo, che ha portato allo sviluppo di riflessi e coscienza movimenti.
Oltre a questi sistemi di organi, il potenziale d'azione si forma anche in molte altre cellule, ma in esse svolge un ruolo solo nello svolgimento delle funzioni specifiche della cellula.
Aumento di un potenziale d'azione nel cuore
L'organo principale il cui lavoro si basa sul principio della formazione del potenziale d'azione è il cuore. A causa dell'esistenza di nodi per la formazione di impulsi, viene svolto il lavoro di questo organo, la cui funzione è fornire sangue ai tessuti eautorità.
Il potenziale d'azione nel cuore viene generato nel nodo del seno. Si trova alla confluenza della vena cava nell'atrio destro. Da lì, l'impulso si propaga lungo le fibre del sistema di conduzione del cuore, dal nodo alla giunzione atrioventricolare. Passando lungo il fascio di His, più precisamente lungo le sue gambe, l'impulso passa ai ventricoli destro e sinistro. Nel loro spessore ci sono percorsi più piccoli: le fibre di Purkinje, attraverso le quali l'eccitazione raggiunge ogni cellula del cuore.
Il potenziale d'azione dei cardiomiociti è composto, cioè dipende dalla contrazione di tutte le cellule del tessuto cardiaco. In presenza di un blocco (una cicatrice dopo un infarto), viene disturbata la formazione di un potenziale d'azione, che viene registrato sull'elettrocardiogramma.
Sistema nervoso
Come si forma la PD nei neuroni - cellule del sistema nervoso. Qui è tutto un po' più semplice.
L'impulso esterno è percepito da escrescenze di cellule nervose - dendriti associati a recettori situati sia nella pelle che in tutti gli altri tessuti (anche il potenziale di riposo e il potenziale d'azione si sostituiscono a vicenda). L'irritazione provoca la formazione di un potenziale d'azione in essi, dopo di che l'impulso passa attraverso il corpo della cellula nervosa al suo lungo processo: l'assone e da esso attraverso le sinapsi ad altre cellule. Pertanto, l'onda di eccitazione generata raggiunge il cervello.
Una caratteristica del sistema nervoso è la presenza di due tipi di fibre: ricoperte di mielina e prive di essa. Il verificarsi di un potenziale d'azione e la sua trasmissione in quelle fibre dove è presente mielina,effettuato molto più velocemente che in demielinizzato.
Questo fenomeno si osserva a causa del fatto che la propagazione di AP lungo le fibre mieliniche avviene a causa di "s alti" - l'impulso s alta sulle sezioni mieliniche, che, di conseguenza, riduce il suo percorso e, di conseguenza, accelera la sua propagazione.
Potenziale a riposo
Senza lo sviluppo del potenziale di riposo, non ci sarebbe potenziale d'azione. Il potenziale di riposo è inteso come lo stato normale, non eccitato della cellula, in cui le cariche all'interno e all'esterno della sua membrana sono significativamente diverse (cioè, la membrana è caricata positivamente all'esterno e negativamente all'interno). Il potenziale di riposo mostra la differenza tra le cariche all'interno e all'esterno della cella. Normalmente, varia da -50 a -110 meV. Nelle fibre nervose, questo valore è solitamente -70 meV.
È dovuto alla migrazione degli ioni cloruro nella cellula e alla creazione di una carica negativa all'interno della membrana.
Quando si cambia la concentrazione di ioni intracellulari (come menzionato sopra), PP sostituisce PD.
Normalmente, tutte le cellule del corpo sono in uno stato non eccitato, quindi il cambiamento dei potenziali può essere considerato un processo fisiologicamente necessario, poiché senza di esse i sistemi cardiovascolare e nervoso non potrebbero svolgere le loro attività.
Significato della ricerca sui potenziali di riposo e d'azione
Il potenziale di riposo e il potenziale d'azione consentono di determinare lo stato del corpo e dei singoli organi.
La fissazione del potenziale d'azione dal cuore (elettrocardiografia) consentedeterminarne le condizioni, nonché le capacità funzionali di tutti i suoi reparti. Se studi un ECG normale, puoi vedere che tutti i denti su di esso sono una manifestazione del potenziale d'azione e del successivo potenziale di riposo (rispettivamente, il verificarsi di questi potenziali negli atri mostra l'onda P e la diffusione dell'eccitazione in i ventricoli - l'onda R).
Per quanto riguarda l'elettroencefalogramma, anche il verificarsi di varie onde e ritmi su di esso (in particolare onde alfa e beta in una persona sana) è dovuto al verificarsi di potenziali d'azione nei neuroni cerebrali.
Questi studi consentono il rilevamento tempestivo dello sviluppo di un particolare processo patologico e determinano quasi il 50% del successo del trattamento della malattia originale.
