Potenziale di riposo

Il Potenziale di riposo è la differenza di tensione di -70 mV che esiste nello stato non eccitato tra l'interno e l'ambiente dei neuroni. Il potenziale è rilevante per la formazione dei potenziali d'azione. L'avvelenamento da cianuro impedisce il ripristino del potenziale di riposo e porta al collasso neuronale.

Qual è il potenziale di riposo?

Il potenziale a riposo è la differenza di voltaggio esistente tra l'interno di un neurone non eccitato e l'ambiente circostante. Questa differenza di voltaggio deve essere mantenuta attivamente e risulta da una distribuzione non uniforme degli ioni sodio e potassio.

Due elementi della membrana delle cellule nervose si occupano del mantenimento del potenziale di riposo: da un lato, le pompe sodio-potassio e, dall'altro, i canali ionici sugli anelli del cordone di Ranvier.

Il potenziale di riposo delle cellule nervose eccitabili costituisce la base per la conduzione saltatoria dell'eccitazione nelle vie nervose umane. Quando eccitata da un potenziale d'azione, la cellula viene depolarizzata oltre il suo potenziale di soglia e i canali ionici dipendenti dalla tensione si aprono, in modo che quando alcuni ioni fluiscono, il potenziale a riposo cambia. Il potenziale d'azione viene trasmesso lungo le vie nervose attraverso la ridistribuzione delle cariche.

Il potenziale di riposo di un neurone umano ha una differenza da -70 a -80 mV. L'interno della membrana cellulare è negativo e l'esterno è caricato positivamente.

Funzione e compito

Vari processi avvengono sulla membrana cellulare di una cellula eccitabile nella fase di riposo. Sulle corde di Ranvier, gli assoni non sono isolati con la mielina. Le pompe Na + / K + si trovano in questi nodi, che trasportano gli ioni di potassio all'interno dell'assone durante la fase di riposo mentre consumano ATP. Allo stesso tempo, gli ioni di sodio vengono pompati fuori dalla cellula. Quindi c'è una concentrazione di potassio più alta all'interno degli assoni che all'esterno.

A causa dei canali ionici contenenti proteine, le membrane delle cellule hanno diversi livelli di permeabilità per questi ioni. I canali del sodio sono generalmente chiusi a riposo. I canali per il potassio, invece, sono aperti, in modo che avvenga la diffusione degli ioni di potassio. Gli ioni si diffondono così verso l'esterno. Ciò accade fino a quando non c'è un equilibrio tra le forze elettriche e le forze di pressione osmotiche. Ciò mantiene una differenza di carica tra l'esterno e l'interno della membrana cellulare, noto anche come potenziale di riposo.

Quando uno stimolo colpisce una fibra nervosa e supera la soglia, i canali del sodio e del potassio dipendenti dal voltaggio si aprono. Questo crea una depolarizzazione della cellula, che a sua volta innesca un potenziale d'azione. L'impulso bioelettrico viene trasportato lungo le fibre nervose.

In parole povere, nel caso del potenziale d'azione, un segnale viene trasmesso attraverso le variazioni del potenziale di membrana.

Un valore di -50 mV si applica come valore di soglia per la creazione di un potenziale d'azione. Le eccitazioni inferiori a +20 mV non danno luogo ad alcun potenziale d'azione e non ci sono reazioni.

Dopo la creazione e la trasmissione di un potenziale d'azione, i canali N + si chiudono nuovamente. Al contrario, i canali K + si aprono in modo che gli ioni di potassio possano diffondersi fuori dall'assone. La tensione elettrica all'interno della cella scende di nuovo. Questo processo è noto anche come ripolarizzazione. Quindi anche i canali K + si chiudono e il potenziale della cellula scende al di sotto del potenziale di riposo. Questa iperpolarizzazione si trasforma nel potenziale di riposo, che le pompe sodio-potassio hanno ripristinato dopo circa due millisecondi. L'assone è così pronto per nuovi potenziali d'azione.

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Malattie e disturbi

Fenomeni come l'avvelenamento da cianuro hanno conseguenze pericolose per la vita, a volte a causa della perdita del potenziale di riposo. I neuroni hanno bisogno di energia per ripristinare il loro potenziale di riposo. L'avvelenamento da cianuro blocca la fornitura di energia, in modo che non sia possibile fornire energia per ripristinare il potenziale di riposo. Le cellule nervose rimangono permanentemente depolarizzate e perdono la loro funzionalità.

A seconda di quanti neuroni sono interessati da una fornitura insufficiente di energia, la regolazione neuronale dell'intero organismo può collassare in questo modo. Una tale interruzione della regolazione neuronale porta inevitabilmente alla morte.

In un senso più ampio, i disturbi relativi al potenziale di riposo di un neurone possono esprimersi anche nelle malattie dei canali ionici. Queste malattie ereditarie innescano disturbi dell'eccitazione nei muscoli e nel sistema nervoso. Le malattie dei canali ionici influenzano il comportamento di commutazione dei canali ionici. I cambiamenti nel comportamento di commutazione dei canali possono a loro volta influenzare la capacità di ripristinare il potenziale di riposo. Pertanto, le malattie hanno un impatto sull'eccitabilità del tessuto. Le malattie del canale ionico sono, in senso stretto, mutazioni dei canali ionici.

Secondo i risultati scientifici, si ritiene che tre forme di epilessia ereditaria siano correlate a questo fenomeno. Anche l'emicrania emiplegica e la fibrillazione ventricolare idiopatica sono spiegate in questo modo, secondo la ricerca moderna.

Le pompe sodio-potassio possono anche essere influenzate da malattie che influenzano il potenziale di riposo di una cellula nervosa. Secondo molti scienziati, la dieta occidentale moderna causa un rapporto sodio-potassio innaturale nel corpo. Si dice che l'eccesso di sale da cucina e la mancanza di potassio a causa di una quantità insufficiente di cibo vegetale compromettano le pompe sodio-potassio, poiché ciò può modificare il rapporto ionico intracellulare.

Disturbi geneticamente determinati dello scambio sodio-potassio sulla membrana cellulare, d'altra parte, sono presenti in alcune mutazioni e sono stati collegati dai ricercatori a forme di epilessia così come a malattie dei canali ionici. Pertanto, i disturbi nel ripristino del potenziale di riposo sono presumibilmente rilevanti per varie malattie del sistema nervoso centrale.