Il potenziale di membrana a riposo è la differenza di tensione dei fluidi all’interno di una cella e all’esterno di una cella, che di solito è compresa tra -70 e -80 millivolt (mV). Tutte le cellule hanno questa differenza, ma è particolarmente importante in relazione alle cellule nervose e muscolari, poiché qualsiasi stimolo che modifica il voltaggio e lo rende diverso dal potenziale di membrana a riposo è ciò che consente alle cellule di trasmettere segnali elettrici. Se le celle non avessero la differenza di tensione, sarebbero neutre e non trasmetterebbero alcuna informazione.
sfondo
Tutte le cellule hanno una membrana che funge da barriera tra il fluido esterno e quello interno e per controllare quali tipi di particelle possono entrare ed uscire dalla cellula. Alcune particelle, come l’ossigeno, possono attraversare la membrana da sole, ma altre più grandi necessitano di canali speciali per attraversarle. Alcuni di questi canali lasciano entrare e uscire solo un tipo di particella e non spingono o tirano attivamente le particelle in nessuna direzione, mentre altri possono prendere più tipi di particelle e possono spingerle attivamente dentro o fuori dalla cellula. Entrambi i tipi possono essere aperti o chiusi in momenti specifici dalla cellula per controllare il flusso di particelle.
Potenziale di riposo
Quando una cellula è a riposo, il fluido al suo interno è un po’ più negativo del fluido al di fuori di essa, che generalmente ha una carica di 0 mV. Ciò è dovuto a particelle cariche elettricamente chiamate ioni. Gli ioni che causano la differenza di voltaggio sono il tipo di particelle che necessitano di canali per passare attraverso la membrana e includono cose come potassio (K+) e sodio (Na+). Quando una cellula è a riposo, contiene una concentrazione di grandi ioni negativi al suo interno, così come un po’ di K+ e un po’ di Na+. L’esterno della cellula è circondato da Na+ e un po’ di K+, tra le altre cose.
Poiché i fluidi idealmente vogliono avere diversi tipi di particelle disperse uniformemente in essi, il K+ all’interno della cellula vuole uscire da essa e il Na+ vuole entrare, in modo che gli ioni siano distribuiti uniformemente. Tuttavia, non possono farlo, perché i canali che consentono al Na+ di passare attraverso la membrana sono chiusi quando la cellula è a riposo, e quelli per il K+ sono solo leggermente aperti, il che lascia fuoriuscire solo un po’ di K+. Inoltre, c’è un terzo tipo di canale che spinge attivamente qualsiasi Na+ in più fuori dalla cellula e riprende il K+ che fuoriesce di nuovo in essa. Ciò significa che viene mantenuta la tensione leggermente negativa all’interno della cella, creando il potenziale di membrana a riposo.
Potenziali d’azione
Un potenziale d’azione è il modo in cui le cellule trasmettono informazioni elettriche e si verificano in risposta a uno stimolo. Se una cellula che è a riposo riceve uno stimolo sufficiente per portare la carica del fluido al suo interno fino a -55 mV, allora i canali che lasciano passare il Na+ si aprono, facendo fluire molto Na+ nella cellula. Ciò aumenta ulteriormente la carica del fluido all’interno, fino a circa +30 mV. Una volta che il fluido raggiunge questa carica, i canali del Na+ si chiudono e i canali del K+ si aprono completamente, lasciando fluire il K+ dalla cellula. Tuttavia, l’apertura di questi canali richiede più tempo rispetto ai canali Na+, quindi il fluido cellulare rimane carico positivamente per un po’.
Periodo refrattario
Una volta che i canali K+ sono completamente aperti, molto K+ esce dalla cella, portando la sua tensione interna a circa -90 mV. Questo è chiamato iperpolarizzazione e impedisce allo stimolo di tornare indietro e influenzare nuovamente la stessa cellula, poiché il fluido è ora a una tensione molto più bassa, il che significa che sarebbe necessario uno stimolo molto maggiore per riportarlo fino a -55 mV. Dopo che ciò accade, i canali che assorbono K+ ed espellono Na+ iniziano a funzionare e alla fine riportano la cellula al potenziale di membrana a riposo di -70 mV.