La maggior parte dei corsi di fisiologia inizia insegnando sui potenziali della membrana in diverse cellule. Molti dei nostri studenti trovano queste idee difficili da capire. Spesso cercano di memorizzare i fatti piuttosto che capire i meccanismi. Il compito più difficile può essere l’interpretazione della generazione potenziale di pacemaker nelle cellule senoatriali (SA)., Questa illuminazione tenta di migliorare la comprensione degli studenti dei potenziali della membrana dando loro un’interpretazione semplificata della generazione del potenziale del pacemaker prima di avere discussioni di gruppo.

Questo modello semplificato interpreta il potenziale del pacemaker come un’onda di iperpolarizzazione che non è in grado di raggiungere l’ipotetico potenziale di membrana a riposo (calcolato in circa -14 mV), perché il potenziale di attivazione dei canali calcio/sodio (-40 mV) avvia il ciclo successivo., Il ciclo continuo di attività elettrica nelle cellule SA consisterebbe quindi in quattro fasi: depolarizzazione (apertura dei canali calcio/sodio), ripolarizzazione con iperpolarizzazione (apertura di diversi tipi di canali del potassio), recupero dell’iperpolarizzazione (cessazione della permeabilità del potassio) e innesco della depolarizzazione senza mai raggiungere il potenziale di membrana a riposo. Anche se questa è un’interpretazione semplificata di SA potenziale generazione, gli studenti che possono capire e discutere sono meglio in grado di interpretare i potenziali di membrana di riposo e di azione.,

Il seguente testo è dato agli studenti di medicina come materiale di lettura per la discussione che di solito è prevista per la settimana successiva. Gli studenti possono utilizzare i loro libri di testo (1, 3) o altri riferimenti (2, 4). Nelle caratteristiche semplificate delle cellule SA di seguito, agli studenti viene chiesto di calcolare l’ipotetico potenziale di riposo per le cellule SA in base a un rapporto di permeabilità Na/K di 0,58:1,00 e alle seguenti concentrazioni di ioni: Na extracellulare+ = 142 meq/l e K+ = 4; Na intracellulare+ = 14 meq/l e K+ = 142 meq/l (4).,

Risposta

dove EMF è forza elettromotrice.

Si prevede inoltre di disegnare un grafico simile a Fig. 1.

Un’interpretazione semplificata della generazione di potenziale SA. Si prega di fare riferimento ai vostri libri di testo e altre fonti.

Semplici fatti sui potenziali di membrana.,

1) Le membrane più permeabili hanno potenziali di membrana meglio definiti che sono meno variabili rispetto ai potenziali delle membrane meno permeabili. L’elevata permeabilità sembra ancorare il potenziale di membrana vicino al potenziale Nernst di quello ion. Il costo della stabilizzazione è l’alto flusso ionico che deve essere compensato da un maggiore lavoro delle pompe ioniche.

2) L’iperpolarizzazione può essere descritta come una negatività più pronunciata del potenziale di membrana dopo la ripolarizzazione., L’occorrenza, la quantità e la durata dell’onda di iperpolarizzazione riflettono necessariamente la permeabilità della membrana momentanea per determinati ioni. L’iperpolarizzazione è causata dall’aumento relativo temporaneo della permeabilità del potassio rispetto alla fase di riposo. Se questo aumento della permeabilità del potassio è piccolo, anche l’onda di iperpolarizzazione sarà piccola. Ad esempio, se una certa membrana è quasi esclusivamente permeabile agli ioni K+, avrà un potenziale di membrana vicino al potenziale di Nernst di potassio., Durante la ripolarizzazione, questa membrana non si iperpolarizza, perché un’ulteriore apertura dei canali del potassio non può spostare il potenziale più vicino al potenziale di Nernst.

Caratteristiche semplificate delle celle SA.

Nelle cellule SA, la permeabilità per Na+ e K+ è simile, quindi i potenziali di membrana sono tra i potenziali Nernst per il potassio e per il sodio. Poiché la permeabilità complessiva è piccola, il potenziale di membrana è anche meno stabile. Calcolare il potenziale di riposo se il rapporto di permeabilità Na/K è 0,58: 1.,00 e Na extracellulare + = 142 meq / l, K + = 4; Na intracellulare+ = 14 meq / l e K + = 142 meq / l (4).

Proposta di interpretazione basata sull’iperpolarizzazione dei potenziali SA.

1) Durante la ripolarizzazione dalla depolarizzazione di picco, i canali K+ lenti che vengono gradualmente attivati durante la depolarizzazione rendono la membrana molto più permeabile al potassio. Quindi il potenziale di membrana diventa progressivamente più negativo, spostandosi verso il potenziale di Nernst di potassio. Questa onda di iperpolarizzazione è modellata dall’apertura e dalla chiusura di diversi set di canali K+.,

2) Quando tutti i canali K + che sono stati aperti durante la depolarizzazione sono chiusi, il potenziale di membrana raggiungerà il potenziale di riposo che riflette il rapporto di permeabilità Na/K. Nelle cellule SA, il potenziale di membrana a riposo non viene mai raggiunto, perché si trova al di sopra del potenziale scatenante dei canali calcio/sodio.,

3) Un ciclo continuo di attività elettrica nelle cellule SA consiste nelle seguenti quattro fasi: depolarizzazione (apertura dei canali calcio/sodio), ripolarizzazione con iperpolarizzazione (apertura di diversi tipi di canali del potassio), recupero dell’iperpolarizzazione (cessazione dell’aumento della permeabilità del potassio) e attivazione della depolarizzazione senza mai raggiungere i potenziali di membrana a riposo.,

Attività per studenti

1) Usa le figure dei potenziali SA dal tuo libro di testo e segna il livello calcolato dell’ipotetico potenziale di membrana a riposo delle cellule SA-nodali.

2) Ha senso per te?

3) Disegnare un grafico di due potenziali di azione SA. Etichettare l’asse verticale in mV (+e -) e l’asse orizzontale in secondi.

4) Elencare i pro ei contro per il modello proposto.

5) Discuti il modello con i tuoi compagni di classe.