Depolarizzazione

Il Depolarizzazione è l'annullamento delle differenze di carica sui due lati della membrana di una cellula nervosa o muscolare. Il potenziale di membrana cambia in uno meno negativo. In malattie come l'epilessia, il comportamento di depolarizzazione delle cellule nervose cambia.

Cos'è la depolarizzazione?

Nello stato di riposo, esiste una polarizzazione tra i due lati di una membrana di una cellula nervosa intatta, nota anche come potenziale di membrana. La separazione delle cariche crea poli elettrici nella membrana cellulare. La depolarizzazione è la perdita di queste proprietà quando si verifica all'inizio di una stimolazione. Durante la depolarizzazione, la differenza di carica tra i due lati di una membrana biologica si annulla per un breve periodo.

In neurologia, per depolarizzazione si intende il cambiamento del potenziale di membrana in valori positivi o meno negativi, come accade quando viene attraversato un potenziale d'azione. La ricostruzione della polarizzazione originale avviene verso la fine di questo processo ed è anche nota come ripolarizzazione.

L'opposto della depolarizzazione è la cosiddetta iperpolarizzazione, in cui la tensione tra l'interno e l'esterno di una membrana biologica diventa ancora più forte e quindi sale al di sopra della tensione del potenziale di riposo.

Funzione e compito

Le membrane delle cellule sane sono sempre polarizzate e quindi hanno un potenziale di membrana. Questo potenziale di membrana risulta dalla diversa concentrazione di ioni sui due lati della membrana. Ad esempio, le pompe ioniche si trovano nella membrana cellulare dei neuroni. Queste pompe creano in modo permanente una distribuzione irregolare sulla superficie della membrana, che differisce dalla carica all'interno della membrana. Intracellulare c'è un eccesso di ioni negativi e la membrana cellulare è caricata più positivamente all'esterno che all'interno. Ciò si traduce in una differenza potenziale negativa.

La membrana cellulare dei neuroni ha una permeabilità selettiva ed è quindi differentemente permeabile a differenti cariche. A causa di queste proprietà, un neurone ha un potenziale di membrana elettrica. Nello stato di riposo, il potenziale di membrana è chiamato potenziale di riposo ed è di circa -70 mV.

Le cellule elettricamente conduttive si depolarizzano non appena raggiungono un potenziale d'azione. La carica della membrana si indebolisce durante la depolarizzazione, quando i canali ionici si aprono. Gli ioni fluiscono nella membrana attraverso i canali aperti per diffusione e quindi riducono il potenziale esistente. Ad esempio, gli ioni di sodio fluiscono nella cellula nervosa.

Questo spostamento di carica bilancia il potenziale di membrana e quindi inverte la carica. Nel senso più ampio, la membrana è ancora polarizzata durante un potenziale d'azione, ma nella direzione opposta.

Nelle cellule nervose, la depolarizzazione è subliminale o sopra la soglia. La soglia corrisponde al potenziale di soglia per l'apertura dei canali ionici. Di solito il potenziale di soglia è di circa −50 mV. Valori maggiori spostano i canali ionici verso l'apertura e attivano un potenziale d'azione. La depolarizzazione subliminale fa sì che il potenziale di membrana ritorni al potenziale di membrana a riposo e non innesca alcun potenziale d'azione.

Oltre alle cellule nervose, anche le cellule muscolari possono essere depolarizzate quando raggiungono un potenziale d'azione. L'eccitazione viene trasmessa dalle fibre nervose centrali alle fibre muscolari attraverso la piastra terminale del motore. La piastra terminale ha canali cationici che possono condurre ioni sodio, potassio e calcio. Soprattutto, le correnti ioniche di sodio e calcio fluiscono attraverso i canali a causa delle loro speciali forze motrici e quindi depolarizzano la cellula muscolare.

Nella cellula muscolare, il potenziale della placca terminale aumenta dal potenziale di membrana a riposo al cosiddetto potenziale generatore. Si tratta di un potenziale elettrotonico che, a differenza del potenziale d'azione, si diffonde passivamente attraverso la membrana delle fibre muscolari. Se il potenziale del generatore è al di sopra della soglia, viene creato un potenziale d'azione attraverso l'apertura dei canali del sodio e gli ioni di calcio fluiscono all'interno. Ecco come avviene la contrazione muscolare.

Malattie e disturbi

Nelle malattie del sistema nervoso come l'epilessia, il comportamento naturale di depolarizzazione delle cellule nervose cambia. Il risultato è un'eccitabilità eccessiva. Le crisi epilettiche sono caratterizzate da una scarica anormale di associazioni neurali che interrompono la normale attività delle aree del cervello. Ciò si traduce in percezioni insolite e disturbi delle capacità motorie, del pensiero e della coscienza.

L'epilessia focale colpisce il sistema limbico o la neocorteccia. Una trasmissione glutamatergica innesca un potenziale postsinaptico eccitatorio con ampiezza elevata in queste aree. In questo modo si attivano i canali del calcio propri della membrana e subiscono una depolarizzazione particolarmente duratura. In questo modo, vengono attivati ​​esplosioni ad alta frequenza di potenziali d'azione, poiché sono caratteristici dell'epilessia.

L'attività anormale si diffonde in un aggregato di diverse migliaia di cellule nervose. Anche una maggiore connettività sinaptica dei neuroni contribuisce alla generazione delle crisi. Lo stesso vale per le proprietà intrinseche anomale della membrana, che interessano principalmente i canali ionici. Anche i meccanismi di trasmissione sinaptica sono spesso modificati in termini di modificazioni dei recettori. Le crisi persistenti sono probabilmente il risultato di sistemi di loop sinaptici che possono abbracciare aree più ampie del cervello.

Le proprietà di depolarizzazione delle cellule nervose cambiano non solo nell'epilessia. Numerosi farmaci hanno anche effetti sulla depolarizzazione e si esprimono in sovra o sottoeccitabilità. Questi farmaci comprendono, ad esempio, i miorilassanti che rilassano completamente i muscoli scheletrici intervenendo nel sistema nervoso centrale.

La somministrazione è comune per la spasticità spinale, per esempio. Soprattutto i miorilassanti depolarizzanti hanno un effetto stimolante sul recettore muscolare e quindi avviano una depolarizzazione di lunga durata. All'inizio i muscoli si contraggono dopo la medicazione e innescano tremori muscolari non coordinati, ma poco dopo provocano una paralisi flaccida dei rispettivi muscoli. Poiché la depolarizzazione dei muscoli persiste, il muscolo è momentaneamente ineccitabile.