FISIOLOGIA DELLE CELLULE ECCITABILI

Crediti: 
6
Settore scientifico disciplinare: 
FISIOLOGIA (BIO/09)
Anno accademico di offerta: 
2017/2018
Semestre dell'insegnamento: 
Primo Semestre
Lingua di insegnamento: 

ITALIANO

Obiettivi formativi

Il corso si propone di fornire una conoscenza approfondita della teoria
della eccitabilità di Hodgkin e Huxley, solitamente descritta a grandi linee
nei corsi di Fisiologia Generale e qui sviluppata nel contesto di diversi tipi
cellulari, dai procarioti, alle alghe unicellulari, alle piante superiori, fino ai
neuroni e alle cellule muscolari.
Il corso si propone inoltre di fornire una conoscenza approfondita delle
principali metodiche sperimentali per la misura della eccitabilità cellulare
e della sua modulazione.
Il corso ha infine anche l'obiettivo di fornire agli studenti le conoscenze
necessarie per ricostruire gli eventi eccitabili cellulari macroscopici a
partire dalla conoscenza, descrittiva e formale, dei meccanismi
molecolari ad essi sottesi. Delle metodiche di fisiologia cellulare,
presentate durante le lezioni frontali, verrà richiesta una conoscenza
tecnica funzionale alla comprensione dei meccanismi molecolari e
cellulari a cui esse danno accesso.

Prerequisiti

Conoscenze di base di matematica, fisica, chimica, biologia cellulare e
biochimica. Conoscenza approfondita di fisiologia generale.

Contenuti dell'insegnamento

CONCETTI PRELIMINARI:
1. Genesi del potenziale di membrana .
2. Genesi del potenziale d'azione.
3. Tecniche di misura del potenziale di membrana (current clamp,
voltage clamp, coupling clamp, action potential clamp, dynamic clamp).
4. Misura del gating dei canali ionici in voltage clamp.
5. Ricostruzione numerica del potenziale d'azione dai dati sperimentali.
6. Proprietà del potenziale d'azione: reobase, cronassia, refrattarietà,
restituzione elettrica, restituzione dinamica, input resistance.
7. Propagazione del potenziale d'azione.
APPROFONDIMENTI da letteratura recente:
1. Il pacemaker cardiaco e la sua modulazione
2. Misure di accoppiamento eccito-contrattile
3. Modulazione elettrotonica della ripolarizzazione del potenziale d'azione
cardiaco
4. Considerazioni sul significato della variabilità inter-battito della
ripolarizzazione in cardiomiociti
5. Relazioni corrente-voltaggio istantanee e loro significato nella
dinamica della eccitabilità cellulare

Programma esteso

1. Genesi del potenziale di membrana .
2. Genesi del potenziale d'azione.
3. Tecniche di misura del potenziale di membrana (current clamp, voltage clamp, coupling clamp, action potential clamp, dynamic clamp).
4. Misura del gating dei canali ionici in voltage clamp.
5. Ricostruzione numerica del potenziale d'azione dai dati sperimentali.
6. Proprietà del potenziale d'azione: reobase, cronassia, refrattarietà, restituzione elettrica, restituzione dinamica, input resistance.
7. Propagazione del potenziale d'azione.

Bibliografia

Fisiologia e Biofisica delle cellule
V. Taglietti - C. Casella. EDISES

Metodi didattici

LEZIONI FRONTALI.
Durante le lezioni verranno discusse le problematiche generali connesse
ai meccanismi molecolari della eccitabilità cellulare.
Nella parte introduttiva del corso verranno ripresi e approfonditi i concetti
di eccitabilità di membrana sviluppati nei corsi di fisiologia generale.
In particolare verrà discussa e approfondita la teoria di Hodgkin e Huxley
della eccitabilità cellulare di cui si mostrerà agli studenti la riduzione
computazionale con esempi nel campo neuronale e cardiaco.
Saranno quindi delineati i differenti meccanismi eccitabili in: procarioti,
alghe unicellulari, protisti, piante superiori, cellule eucariotiche neuronali
e muscolari.
Nella seconda metà del corso verranno discussi recenti articoli
specialistici riguardanti la eccitabilità di membrana, la sua origine e
modulazione nei contesti su citati. La presentazione dei lavori scientifici
sarà preceduta da un richiamo dei concetti generali trattati, a cui farà
seguito la presentazione della ipotesi di lavoro degli autori, la descrizione
delle metodiche trattate e lo studio e discussione dei risultati. Particolare
enfasi verrà posta su alcune metodiche sperimentali per la misura della
eccitabilità di membrana, data l'importanza delle stesse nella evoluzione
del concetto di eccitabilità.
In particolare verrà presentata agli studenti la tecnica del patch clamp
nelle sue diverse modalità e nei suoi più recenti sviluppi (coupling clamp
e dynamic clamp).
Durante lo svolgimento del corso verrà tenuto agli studenti almeno un
seminario specialistico da un esperto di uno degli aspetti della eccitabilità
cellulare studiati.

Modalità verifica apprendimento

MODALITA' DELL'ESAME FINALE: ORALE.
Agli studenti verrà concessa la facoltà di scegliere se presentare per
l'esame orale la parte generale riguardante i meccanismi molecolari della
eccitabilità con particolare riferimento alla teoria di Hodgkin e Huxley.
Tale parte fa riferimento al testo adottato e a materiale aggiuntivo messo
a disposizione degli studenti sul sito del corso e discusso durante le
lezioni frontali.
Gli studenti potranno altresì presentare come argomento per l'esame
orale una delle pubblicazioni scientifiche discusse durante il corso. In
questo caso dovranno saper esporre e commentare le ipotesi alla base
della pubblicazione, le metodiche utilizzate dagli autori per verificare tali
ipotesi e i risultati ottenuti. Verrà richiesto loro anche di essere in grado
di contestualizzare la pubblicazione in questione nell'ambito della
fisiologia dei tipi cellulari descritti.