Forza elettrica - fisiologia

L’acqua è un elemento predominante dell’organismo animale. I liquidi intracellulari, cosi come quelli extracellulari, sono formati da acqua e da svariate sostanze in essa disciolte. Tra queste sostanze possiamo identificare un gran numero di ioni che, in base alla loro natura, possono essere ioni positivi o cationi e ioni negativi o anioni.

Le molecole cariche tendono a respingersi quando il loro tipo di carica è uguale. Due molecole con uguale carica positiva, o negativa, si respingono mentre una molecola con carica negativa e una con carica positiva tendono ad attrarsi. All’interno della cellula sono presenti, per la maggior parte, ioni carichi negativamente, mentre all’esterno, in altre parole nei fluidi extracellulari, trovano posto ioni carichi positivamente. Questo non vuol dire che nella cellula ci siano esclusivamente ioni negativi e che all’esterno ci siano esclusivamente ioni positivi. In una condizione fisiologica la cellula avrà un eccesso di anioni nel proprio interno e cationi nel proprio esterno.

Membrana cellulare e cariche.

Le cariche opposte tendono ad attrarsi per cui si avvicinano quanto più possibile alla membrana cellulare pur rimanendo separati. La separazione di cariche della membrana è dunque data dalla disposizione, nei suoi due versanti, di cariche che generalmente possiedono segno opposto.

Una delle leggi fondamentali dell’elettrofisica è quella che asserisce che in un sistema a due compartimenti separati, se in ciascuna zona trovano posto cariche di segno differente, si crea una differenza di potenziale o ddP.

L’unità di misura della differenza di potenziale è il Volt. La differenza di potenziale che s’instaura tra il versante interno, e quello esterno, della membrana prende il nome di potenziale di membrana la cui abbreviazione è V_m. I valori, espressi in Volt, di potenziale di membrana sono notevolmente bassi per cui si preferisce utilizzare il milliVolt, che è un sottomultiplo del volt, la cui abbreviazione è mV. Come si esprime, dunque, il potenziale di membrana? Per convenzione si considera soltanto la carica netta all’interno della cellula e si assegna un valore con il segno negativo, ad esempio: -50mV.

In altre pagine sarà approfondito che i potenziali di membrana non sono uguali per tutti i tipi di cellule, ad esempio differiscono tra i neuroni e le cellule muscolari, e anche all’interno della stessa classe di cellule possono variare.

Una volta compreso il significato del potenziale di membrana è necessario approfondire in che modo la presenza di cariche opposte, che si localizzano nei due versanti della membrana, contribuisce al passaggio di molecole tra la stessa membrana. Per far questo prendiamo in prestito dalla Fisica il concetto di vettore, in altre parole un istituto geometrico raffigurato come una freccia e caratterizzato da un modulo, un verso e una direzione. Tralasciamo la direzione, che determina la regione dello spazio verso la quale “punta” il vettore e soffermiamoci sul verso e sul modulo, o in altre parole sullo studio del movimento dello ione e dalla forza elettrica che, nel vettore, è data dal modulo.

Forza elettrica al variare di Vm e carica ionica

La direzione del vettore, e di conseguenza l’attrazione verso la cellula o il respingimento da essa, è data dal segno del potenziale di membrana e dalla valenza dello ione. Il modulo del vettore, che è uguale alla forza elettrica, è direttamente proporzionale alla carica ionica e al potenziale di membrana. Uno ione bivalente ottiene una forza di attrazione o repulsione maggiore di uno ione monovalente.

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