Generatore di grafici del potenziale d'azione
Genera grafici del potenziale d'azione con riposo, soglia, depolarizzazione, ripolarizzazione e iperpolarizzazione e gli eventi dei canali Na⁺ e K⁺, per neuroni, cellule cardiache e muscolari. Scritti per la fisiologia.
Potenziale d'azione: esempi di grafici
Render reali dei prompt: un potenziale d'azione neuronale etichettato, una versione scolastica a cinque etichette, il potenziale d'azione cardiaco (fasi 0–4) e una scheda vuota. Un clic carica il prompt da modificare.
Grafico etichettato del potenziale d'azione: un picco dallo stimolo al riposo
Leggi la curva da sinistra a destra: il potenziale di membrana in millivolt sull'asse verticale, il tempo in millisecondi su quello orizzontale, soglia e riposo come le due linee tratteggiate.
- 1
Stimolo → soglia (−55 mV)
A 1 ms uno stimolo porta la membrana dal riposo, a −70 mV, fino alla soglia.
- 2
Depolarizzazione → picco (+30 mV)
I canali del Na⁺ voltaggio-dipendenti si aprono e il Na⁺ entra in massa; la curva supera 0 mV in molto meno di un millisecondo.
- 3
Ripolarizzazione
I canali del Na⁺ si inattivano, i canali del K⁺ voltaggio-dipendenti si aprono, il K⁺ esce e la curva scende.
- 4
Iperpolarizzazione → riposo
Il K⁺ continua a uscire, quindi la curva scende sotto −70 mV prima di tornare a riposo verso i 4 ms.
Neurone, cuore, muscolo: grafici e schemi del potenziale d'azione a confronto
La forma della curva dipende dalla cellula, e alcune figure mostrano la membrana o l'assone invece di un grafico. Indica il tipo di cellula e i valori usati nel tuo corso; queste sono le versioni più comuni.
Potenziale d'azione del neurone
Quello predefinito qui sopra: riposo a circa −70 mV, soglia a circa −55 mV, picco vicino a +30 mV, iperpolarizzazione verso il potenziale di equilibrio del K⁺, circa −90 mV, tutto in 2–4 ms. Per un corso di fisiologia aggiungi sotto il picco le curve di conduttanza del Na⁺ e del K⁺: la conduttanza del Na⁺ sale e scende entro la fase ascendente, quella del K⁺ sale più tardi e dura fino all'iperpolarizzazione.
Potenziale d'azione lungo l'assone
Un tratto di assone invece di un grafico: nel punto attivo il Na⁺ entra e l'interno diventa positivo, subito dietro il K⁺ esce e la membrana è refrattaria, davanti la membrana è ancora a riposo. Le frecce delle correnti locali mostrano perché l'impulso va avanti e non indietro. Chiedi il canale del Na⁺ voltaggio-dipendente disegnato nei suoi tre stati: chiuso, aperto, inattivato.
Potenziale d'azione cardiaco
Una cellula muscolare ventricolare, con le fasi numerate da 0 a 4: fase 4, riposo a circa −90 mV; fase 0, salita rapida attraverso i canali del Na⁺; fase 1, una piccola incisura per l'apertura dei canali transitori del K⁺; fase 2, un plateau vicino a 0 mV mentre il Ca²⁺ entra dai canali di tipo L e bilancia il K⁺ in uscita; fase 3, ripolarizzazione quando prevalgono i canali del K⁺. L'intera curva dura circa 250–300 ms, quindi l'asse del tempo è in centinaia di millisecondi.
Potenziale d'azione del nodo senoatriale
La curva del pacemaker, senza una linea di riposo piatta. La fase 4 sale lentamente da circa −60 mV per la lenta corrente entrante «funny» e poi per i canali del Ca²⁺ di tipo T; a circa −40 mV si aprono i canali del Ca²⁺ di tipo L per una salita lenta e arrotondata (fase 0) che arriva a circa +15 mV; i canali del K⁺ la riportano giù (fase 3). Non ci sono fasi 1 e 2. Disegna più cicli di seguito per mostrare il ritmo automatico.
Potenziale d'azione del muscolo scheletrico
Breve come quello di un neurone, pochi millisecondi, ma parte da un potenziale di riposo di circa −90 mV. Nasce alla giunzione neuromuscolare, dove l'acetilcolina apre canali ligando-dipendenti e il potenziale di placca porta la fibra alla soglia, poi si propaga lungo il sarcolemma e giù nei tubuli T. Disegnalo sopra la scossa che innesca, che dura decine di millisecondi, per mostrare quale viene prima.
Potenziale di membrana a riposo
La membrana prima di qualsiasi picco: circa 140 mM di K⁺ dentro contro 4–5 mM fuori, circa 145 mM di Na⁺ fuori contro 10–15 mM dentro. I canali di dispersione del K⁺ lasciano uscire il K⁺ e rendono negativo l'interno; la pompa Na⁺/K⁺ porta fuori 3 Na⁺ e dentro 2 K⁺ per ogni ATP e mantiene i gradienti.
Conduzione saltatoria
Un assone mielinizzato con il potenziale d'azione che salta da un nodo di Ranvier al successivo, mentre la mielina tra i nodi isola l'assone e la corrente si propaga rapidamente al suo interno. Indica le velocità per contrasto: fino a circa 120 m/s nelle grandi fibre mielinizzate, intorno a 1 m/s in quelle sottili amieliniche.
Potenziali graduati: EPSP e IPSP
Piccole gobbe di diversa ampiezza sotto la linea di soglia, per gli EPSP, e avvallamenti sotto il riposo, per gli IPSP. Mostra la sommazione: un EPSP da solo si spegne, due che arrivano ravvicinati si sommano oltre −55 mV e fanno partire un picco completo. È il grafico che spiega perché la soglia conta.
Fasi del potenziale d'azione: canali ionici e potenziale di membrana
Le fasi che un grafico etichettato del potenziale d'azione mostra di solito, cosa fanno i canali ionici in ciascuna e dove si trovano sull'asse del voltaggio. È l'insieme di etichette predefinito, a meno che tu non ne chieda uno più breve.
| Fase | Cosa fanno i canali ionici | Potenziale di membrana |
|---|---|---|
| Potenziale di riposo | I canali voltaggio-dipendenti sono chiusi; i canali di dispersione del K⁺ e la pompa Na⁺/K⁺ mantengono stabile la membrana | Circa −70 mV |
| Stimolo | Un potenziale graduato, per esempio da una sinapsi, fa entrare cariche positive e depolarizza la membrana | Da −70 mV verso −55 mV |
| Soglia | Si aprono abbastanza canali del Na⁺ voltaggio-dipendenti perché la salita si autoalimenti | Circa −55 mV |
| Depolarizzazione (fase ascendente) | I canali del Na⁺ voltaggio-dipendenti si aprono del tutto e il Na⁺ entra nella cellula | Da −55 mV fin oltre 0 mV |
| Picco (overshoot) | I canali del Na⁺ si inattivano mentre si aprono i canali del K⁺ voltaggio-dipendenti, più lenti | Circa +30 mV |
| Ripolarizzazione (fase discendente) | Il K⁺ esce attraverso i canali del K⁺ voltaggio-dipendenti aperti | Dal picco di nuovo verso −70 mV |
| Iperpolarizzazione | I canali del K⁺ si chiudono in ritardo e il K⁺ continua a uscire per un attimo | Per breve tempo sotto −70 mV |
| Ritorno al potenziale di riposo | I canali del K⁺ si chiudono; canali di dispersione e pompa Na⁺/K⁺ ripristinano il riposo | Di nuovo circa −70 mV |
| Periodo refrattario assoluto | I canali del Na⁺ sono aperti o inattivati: nessuno stimolo può avviare un secondo potenziale d'azione | Dalla soglia, attraverso il picco, fin quasi alla fine della discesa |
| Periodo refrattario relativo | Parte dei canali del Na⁺ è di nuovo disponibile ma il K⁺ esce ancora: funziona solo uno stimolo più forte | Fine della discesa e iperpolarizzazione |
I programmi differiscono per quante fasi nominano. Le schede introduttive etichettano potenziale di riposo, soglia, depolarizzazione, ripolarizzazione e iperpolarizzazione; liceo e università aggiungono stimolo, picco, canali ionici ed entrambi i periodi refrattari, e alcuni testi pongono il picco a +40 mV invece che a +30 mV. Indica le etichette e i valori che ti servono e verranno disegnati solo quelli.
Che cosa mostra un grafico del potenziale d'azione?
Un grafico del potenziale d'azione riporta il potenziale di membrana di un neurone, in millivolt, in funzione del tempo, in millisecondi: da un potenziale di riposo di circa −70 mV la membrana si depolarizza oltre una soglia di circa −55 mV, sale fino a circa +30 mV, si ripolarizza, scende per un attimo sotto il riposo e torna a −70 mV. Ogni fase è etichettata con i canali ionici che la producono.
In breve
- In un neurone il potenziale d'azione dura circa 1–2 millisecondi. Il potenziale di membrana varia di circa 100 mV, da −70 mV a riposo a circa +30 mV al picco, e torna a riposo pochi millisecondi dopo.
- I canali del Na⁺ voltaggio-dipendenti producono la depolarizzazione. Quando uno stimolo porta la membrana a circa −55 mV si aprono, il Na⁺ entra e la salita si autoalimenta — un feedback positivo che rende quasi verticale la fase ascendente.
- I canali del K⁺ voltaggio-dipendenti producono la ripolarizzazione. Si aprono più lentamente di quelli del Na⁺, più o meno quando questi si inattivano al picco; il K⁺ esce e il potenziale torna a scendere.
- L'iperpolarizzazione nasce da canali del K⁺ che si chiudono in ritardo. Il potassio continua a uscire per un attimo dopo il ritorno al riposo e porta la membrana sotto −70 mV, verso il potenziale di equilibrio del K⁺ di circa −90 mV, finché la pompa Na⁺/K⁺ e i canali di dispersione ripristinano il riposo.
- Il potenziale d'azione segue la legge del tutto o nulla. Uno stimolo che non raggiunge la soglia non ne genera nessuno, e ogni stimolo che la raggiunge genera lo stesso, fino allo stesso picco; uno stimolo più forte aumenta la frequenza di scarica, non l'ampiezza.
Potenziale graduato vs potenziale d'azione: che differenza c'è?
Un potenziale graduato è una piccola variazione locale del potenziale di membrana, la cui ampiezza segue l'intensità dello stimolo e che si attenua con la distanza; un potenziale d'azione è un impulso tutto o nulla fino a circa +30 mV, che parte solo alla soglia e percorre tutto l'assone senza indebolirsi. I potenziali graduati di dendriti e corpo cellulare si sommano all'inizio dell'assone, dove nasce un potenziale d'azione solo se la loro somma raggiunge la soglia.
| Potenziale graduato | Potenziale d'azione | |
|---|---|---|
| Ampiezza | Varia con l'intensità dello stimolo | Sempre uguale, circa 100 mV dal riposo al picco (tutto o nulla) |
| Direzione | Depolarizzante o iperpolarizzante | Sempre depolarizzazione seguita da ripolarizzazione |
| Soglia | Nessuna — qualsiasi stimolo ne produce uno | Parte solo quando la membrana raggiunge circa −55 mV |
| Con la distanza | Si attenua rapidamente allontanandosi dal punto d'origine | Si rigenera lungo l'assone a piena ampiezza |
| Dove avviene | Dendriti, corpo cellulare e recettori sensoriali | L'assone, dal segmento iniziale ai terminali assonici |
| Sommazione e periodo refrattario | Possono sommarsi; nessun periodo refrattario | Non si sommano; seguiti da un periodo refrattario |
In un grafico, un potenziale graduato è una piccola gobba che resta sotto la linea di soglia, o un avvallamento sotto il riposo; un potenziale d'azione è il picco alto che supera la soglia, oltrepassa 0 mV e scende sotto il riposo. Se un disegno mostra picchi di altezza diversa per stimoli diversi, mostra potenziali graduati, non potenziali d'azione.
Domande frequenti sul grafico del potenziale d'azione
Quali sono le 5 fasi del potenziale d'azione?
La maggior parte dei corsi ne indica cinque: potenziale di riposo, soglia, depolarizzazione, ripolarizzazione e iperpolarizzazione, dopo la quale la membrana torna al riposo. Alcuni contano lo stimolo o il picco al posto della soglia. Nel grafico si susseguono in quest'ordine da sinistra a destra, in circa 2 ms in un neurone.
Che cosa deve contenere un grafico etichettato del potenziale d'azione?
Il potenziale di membrana (mV) sull'asse verticale e il tempo (ms) su quello orizzontale, linee tratteggiate per il potenziale di riposo (−70 mV) e la soglia (−55 mV), e su un'unica curva stimolo, depolarizzazione, picco (+30 mV), ripolarizzazione, iperpolarizzazione e ritorno al riposo. Fisiologia e medicina aggiungono i canali del Na⁺ e del K⁺ e i periodi refrattari assoluto e relativo. È il contenuto predefinito — chiedi meno etichette e verranno disegnate solo quelle.
Che cos'è il potenziale di membrana a riposo?
È la differenza di potenziale ai due lati della membrana di un neurone quando non sta scaricando, circa −70 mV, con l'interno negativo rispetto all'esterno. Deriva soprattutto dal K⁺ che esce attraverso i canali di dispersione aperti, lungo un gradiente di circa 140 mM dentro contro 4–5 mM fuori; la pompa Na⁺/K⁺, che porta fuori 3 Na⁺ e dentro 2 K⁺ per ogni ATP, impedisce ai gradienti di esaurirsi. Le cellule del cuore e del muscolo scheletrico stanno a riposo più vicino a −90 mV.
Perché il potenziale di membrana sale fino a +30 mV?
Perché il Na⁺ continua a entrare anche dopo che l'interno della membrana ha superato 0 mV, spinto dal suo forte gradiente di concentrazione. La membrana tende al potenziale di equilibrio del Na⁺, circa +60 mV, ma prima i canali del Na⁺ si inattivano e si aprono quelli del K⁺, così il picco si ferma intorno a +30 mV.
Che cos'è il periodo refrattario?
Il tempo dopo un potenziale d'azione in cui la membrana non può generarne un altro (periodo refrattario assoluto) o può farlo solo con uno stimolo più forte del normale (periodo refrattario relativo). L'assoluto dura finché i canali del Na⁺ sono aperti o inattivati; il relativo segue mentre il K⁺ esce ancora. Tiene separati i potenziali d'azione e fa viaggiare l'impulso in un solo verso lungo l'assone.
Che cosa succede durante depolarizzazione e ripolarizzazione?
Nella depolarizzazione si aprono i canali del Na⁺ voltaggio-dipendenti ed entra Na⁺, così l'interno della cellula passa da −70 mV a circa +30 mV; nella ripolarizzazione si aprono i canali del K⁺ voltaggio-dipendenti ed esce K⁺, che lo riporta giù. Il Na⁺ entra sul fronte ascendente della curva, il K⁺ esce su quello discendente.
Che cosa causa l'iperpolarizzazione dopo il potenziale d'azione?
I canali del K⁺ voltaggio-dipendenti si chiudono con un leggero ritardo, quindi il K⁺ continua a uscire quando la membrana è già tornata a −70 mV. Il potenziale scende sotto il riposo verso il potenziale di equilibrio del K⁺; poi i canali si chiudono e canali di dispersione e pompa Na⁺/K⁺ lo riportano a −70 mV.
Che cos'è il potenziale soglia?
Il potenziale di membrana, circa −55 mV in un neurone tipico, al quale si aprono abbastanza canali del Na⁺ voltaggio-dipendenti perché la depolarizzazione si autoalimenti. Sotto, uno stimolo si spegne come potenziale graduato; alla soglia o oltre parte un potenziale d'azione completo — la legge del tutto o nulla.
Che differenza c'è tra il potenziale d'azione di un neurone e quello cardiaco?
Il potenziale d'azione di una cellula muscolare ventricolare dura circa 250–300 ms invece di circa 2 ms, parte da circa −90 mV invece di −70 mV e ha un lungo plateau (fase 2) durante il quale il Ca²⁺ entra da canali lenti. Il plateau dà al muscolo cardiaco un periodo refrattario di circa 250 ms, così non può essere rieccitato prima di essersi contratto.
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