I neuroni comunicano tra loro tramite brevi segnali elettrici noti come potenziali d’azione. Sono brevi cambiamenti nella tensione attraverso la membrana a causa del flusso di alcuni ioni dentro e fuori il neurone. In questo articolo, discuteremo come viene generato un potenziale d’azione (AP) e come si verifica la conduzione di un potenziale d’azione.

Il potenziale di membrana a riposo

Il potenziale di membrana a riposo delle cellule varia a seconda del tipo di cellula., Per i neuroni, in genere si trova tra -50 e-75mV. Questo valore dipende dai tipi di canali ionici aperti e dalle concentrazioni di diversi ioni nei fluidi intracellulari ed extracellulari durante lo stato di riposo. Nei neuroni, K + e anioni organici si trovano in genere ad una concentrazione più elevata all’interno della cellula rispetto all’esterno, mentre Na+ e Cl – si trovano in genere in concentrazioni più elevate al di fuori della cellula.

Questa differenza di concentrazioni fornisce un gradiente di concentrazione per gli ioni di fluire verso il basso quando i loro rispettivi canali sono aperti., Quindi, gli ioni K + si muoverebbero fuori dalle cellule, mentre gli ioni Na+ e Cl si muoverebbero nella cellula. Allo stato di riposo, la cellula è per lo più permeabile a K+, in quanto tale esercita la maggiore influenza sul potenziale di membrana a riposo dei tre ioni. Ulteriori informazioni sulla generazione potenziale a riposo possono essere trovate qui.

Questi gradienti di concentrazione sono mantenuti dall’azione dell’ATPasi Na+ / K+ tramite trasporto attivo, che a sua volta consente di mantenere il potenziale di membrana.,

Fig 1-Diagramma che mostra gli ioni coinvolti nell’impostazione del potenziale di membrana a riposo, nonché la direzione dei gradienti di concentrazione ionica.

Generazione di potenziali d’azione

Durante lo stato di riposo, il potenziale di membrana sorge perché la membrana è prevalentemente permeabile a K+. Un potenziale d’azione inizia alla collinetta dell’assone come risultato della depolarizzazione. Durante la depolarizzazione i canali ionici del sodio voltaggio-dipendenti si aprono a causa di uno stimolo elettrico., Come gli ioni di sodio correre di nuovo nella cella loro carica positiva, spinge potenziale all’interno della cella da negativo a più positivo.

Se viene raggiunto un potenziale di soglia, viene prodotto un potenziale d’azione. I potenziali di azione si verificano solo se viene raggiunta una soglia. Quindi, sono descritti come “tutto o niente”. Inoltre, se viene raggiunta la soglia, verrà generata la risposta massima.

Una volta depolarizzata la cella, i canali ionici del sodio voltaggio-dipendenti iniziano a chiudersi., La carica positiva sollevata all’interno della cella fa sì che i canali del potassio voltaggio-gated si aprano, gli ioni K+ ora si spostano verso il basso il loro gradiente elettrochimico fuori dalla cella. Quando il K + esce dalla cellula, il potenziale di membrana diventa più negativo e inizia ad avvicinarsi al potenziale di riposo.

Tipicamente, la ripolarizzazione supera il potenziale di membrana a riposo, rendendo il potenziale di membrana più negativo. Questo è noto come iperpolarizzazione. È importante notare che la Na+/K+ ATPasi non è coinvolta nel processo di ripolarizzazione a seguito di un potenziale d’azione.,

Ogni potenziale d’azione è seguito da un periodo refrattario. Questo periodo può essere ulteriormente suddiviso in:

• il periodo refrattario assoluto che si verifica una volta che i canali del sodio si chiudono dopo un AP. I canali del sodio entrano quindi in uno stato inattivo durante il quale non possono essere riaperti, indipendentemente dal potenziale di membrana.

e

• il periodo refrattario relativo che si verifica quando i canali del sodio escono lentamente dall’inattivazione. Durante questo periodo il neurone può essere eccitato con stimoli più forti di uno normalmente necessario per iniziare un AP., All’inizio del periodo refrattario relativo, la forza dello stimolo richiesto è molto alta. Gradualmente diventa più piccolo durante il periodo refrattario relativo mentre più canali del sodio recuperano dall’inattivazione.

Propagazione dei potenziali d’azione

I potenziali d’azione vengono propagati lungo gli assoni dei neuroni attraverso correnti locali. Le correnti locali inducono la depolarizzazione della membrana assonale adiacente e dove questa raggiunge una soglia, vengono generati ulteriori potenziali d’azione., Le aree della membrana che si sono recentemente depolarizzate non si depolarizzeranno nuovamente a causa del periodo refrattario, il che significa che il potenziale d’azione viaggerà solo in una direzione.

Queste correnti locali alla fine diminuirebbero di carica fino a quando non viene più raggiunta una soglia. La distanza che ciò richiederebbe dipende dalla capacità e dalla resistenza della membrana:

• Capacità della membrana – la capacità di memorizzare la carica. La capacità inferiore si traduce in una distanza maggiore prima che la soglia non venga più raggiunta.,
• Resistenza della membrana-dipende dal numero di canali ionici aperti. Più basso è il numero di canali aperti, maggiore è la resistenza della membrana. Una maggiore resistenza della membrana si traduce in una maggiore distanza prima che la soglia non venga più raggiunta.

Assoni mielinizzati

Al fine di consentire una rapida conduzione di segnali elettrici attraverso un neurone e renderli più efficienti dal punto di vista energetico, alcuni assoni neuronali sono coperti da una guaina mielinica. La guaina mielinica circonda l’assone per formare uno strato isolante., Ulteriori informazioni sulla guaina mielinica possono essere trovate qui

Lungo un assone mielinizzato, ci sono lacune periodiche dove non c’è mielina e la membrana assonale è esposta. Queste lacune sono chiamate Nodi di Ranvier. A differenza delle sezioni mielinizzate dell’assone che mancano di canali ionici voltaggio-dipendenti, i nodi di Ranvier ospitano un’alta densità di canali ionici. Per questo motivo, un potenziale d’azione può verificarsi solo nei nodi.

La guaina mielinica accelera la conduzione aumentando la resistenza della membrana e riducendo la capacità della membrana., Quindi, il potenziale d’azione è in grado di propagarsi lungo il neurone ad una velocità superiore a quella che sarebbe possibile nei neuroni non mielinizzati. I segnali elettrici vengono condotti rapidamente da un nodo all’altro, dove si provoca la depolarizzazione della membrana. Se la depolarizzazione supera la soglia, avvia un altro potenziale d’azione che viene condotto al nodo successivo. In questo modo, un potenziale d’azione viene rapidamente condotto lungo un neurone. Questo è noto come conduzione saltatoria.,

Rilevanza clinica – Sclerosi multipla

La sclerosi multipla (SM) è una malattia autoimmune cronica acquisita che colpisce il SNC. Provoca demielinizzazione, gliosi e danni neuronali. Le presentazioni comuni della malattia sono neurite ottica, mielite trasversa e sintomi cerebellari come l’atassia.

Esistono tre modelli principali di malattia:

• I pazienti recidivanti-remittenti affrontano episodi di remissione (durante i quali non sono presenti sintomi) e esacerbazioni della malattia.,
• Progressivo secondario-Inizialmente la SM è di un modello recidivante-remittente. Tuttavia, ad un certo punto, il decorso della malattia cambia e la funzione neurologica peggiora gradualmente.
• Progressivo primario-Dopo l’insorgenza della malattia c’è una progressione costante e un peggioramento della malattia.

Non esiste una cura nota per la SM, tuttavia alcune terapie si sono dimostrate utili in termini di gestione delle esacerbazioni acute, prevenzione delle esacerbazioni e rallentamento della disabilità., For example, high doses of intravenous corticosteroids can help to relieve symptoms in acute exacerbations.