Potenziale di azione
Stimolazione puntuale determina una variazione del potenziale di membrana definita riposta locale. Legge del tutto o nulla: se stimolo raggiunge il valore soglia si ha il potenziale di azione altrimenti si avranno dei potenziali graduali
in base alla tipologia si stimoli chimici si possono provocare
EPSP Excitatory postsynaptic potential, potenziali eccitatori depolarizzanti
IPSP Inhibitory postsynaptic, potenziali iperpolarizzanti
ad esempio, se viene permesso l'ingresso di Na+
ad esempio, se viene permesso l'ingresso di Cl-
definiti anche inibitori perché portano il potenziale di membrana molto distante dal valore soglia
somma di potenziali elettrotonici depolarizzanti può portare a superare il valore soglia e quindi alla genesi del potenziale di azione
modifica della conduttanza della membrana
si propaga e si ripete sempre nella stessa forma in ogni singola cellula raggiungendo gli stessi livelli di potenziale
coinvolti sempre gli stessi canali distribuiti su tutta la membrana
non tutte le stesse cellule hanno lo stesso valore di soglia
neurone -50 mV
variazione del potenziale di riposo che dura 0,2-2 ms
solo alcune cellule particolari hanno potenziali di azioni lunghi come le muscolari cardiache (200 mV) che permettono il mantenimento di un ritmo di contrazione
generato da uno stimolo che può essere:
- chimico
- elettrico
- meccanico
basta che raggiunga il valore soglia
- stimolo somministrato crea una piccola variazione di potenziale che attiva i canali Na+ voltaggio dipendenti (si parte anche da uno solo )
- I canali attivati dallo stimolo consentono l'ingresso di Na+ che modifica la concentrazione di questo ione nello spazio intorno al canale
- se nello spazio dove è aumentata la concentrazione sono presenti altri canali per il sodio voltaggio dipendenti con soglia leggermente più alta si attiveranno anch'essi creando un ulteriore ingresso di sodio
- canali continueranno ad aprirsi, se fossero gli unici canali il potenziale arriverebbe a quello a riposo del sodio (circa + 55 mV)
questo in realtà non succede perché la cinetica di inattivazione di questi canali è particolarmente veloce per cui il sodio smette presto di entrare
inversione del potenziale della membrana chiamata OVERSHOOT che genera uno spike, la punta dell'onda del grafico
si arriva a circa +40 mV quando i canali iniziano a chiudersi
vengono attivati i canali voltaggio dipendenti per il potassio, anche da prima dello spike, che però hanno cinetica molto lenta per cui iniziano ad aprirsi nella fase di depolarizzazione
- quindi rimangono aperti solo i canali per il potassio che attuano una ripolarizzazione e si tende nuovamente allo stato di riposo della membrana
Fenomeno che avviene in un brevissimo lasso di tempo 1-2 ms
Si può quindi dividere in due fasi
depolarizzazione sodio entra nella cellula e rende il potenziale positivo
ripolarizzazione potassio esce rimuovendo cariche positive, rimane maggiore quantità di cariche negative e potenziale tende a tornare verso la negatività
i canali per il potassio avendo una cinetica lenta creano una fase in cui il potenziale di membrana è più negativo rispetto a quello di riposo, in questo caso si tratta di iperpolarizzazione postuma
il potenziale verrà riequilibrato dalla pompa sodio potassio
refrattarietà
momento in cui i canali voltaggio dipendenti per il sodio non possono essere attivati
momento fondamentale perché il potenziale di azione si svolga nel modo giusto
- regolare la frequenza massima
- unidirezionalità della propagazione
si identifica con due spazi temporali differenti
periodo refrattario assoluto
periodo refrattario relativo
momento dell'overshoot, quando i canali per il sodio iniziano a inattivarsi. In questo momento non ci sarà nessuno stimolo in grado di determinare l'apertura della porta di inattivazione
importante per non avere, ad esempio nella cellula muscolare, una contrazione mantenuta nel tempo e non generata da PA successivi
permette di creare un singolo PA all'interno della cellula nella tempistica prevista
a seguito dell'inattivazione, per avere una nuova apertura dei canali sodio voltaggio dipendenti serve uno stimolo maggiore rispetto al normale valore soglia.
corrisponde al momento in cui alcuni canali sodio si stanno chiudendo mentre altri sono ancora in uno stato inattivo, i canali per il potassio sono invece ancora aperti
quando si crea un potenziale in questo periodo ha un overshoot molto più alto perché lo stimolo è talmente forte da portare all'attivazione di ancora più canali quindi sviluppando una depolarizzazione ancora più grande
Natura ionica del potenziale di azione
inizialmente si pensava fosse legato alle variazioni passive delle concentrazioni di sodio e potassio
esperimento di voltage e patch clamp dimostra che il ruolo fondamentale nel potenziale di azione è solo del sodio
variando la concentrazione di sodio nel LEC la cellula non è in grado di attivare un PA
variando le concentrazioni di potassio il neurone invece è in grado di attivare un PA
fenomeno legato alla conduttanza dei canali sulla membrana
la conduttanza dei canali viene modificata nel momento in cui questi canali si attivano
meccanismo rigenerativo: con l'attivazione dei canali voltaggio dipendenti la conduttanza per un determinato ione aumenta perché aumenta la specificità di attivazione
indispensabili che le concentrazioni di ioni nel LIC e nel LEC vengano mantenute circa costanti perché permettono l'attivazione di un passaggio verso l'interno o verso l'esterno modificando la conduttanza dei canali per un determinato ione
modifica che avviene in ogni fase del potenziale di azione
accomodazione
depolarizzazione della membrana che avviene lentamente, si raggiunge un valore soglia ma non si ha il potenziale d'azione
conduzione del potenziale di azione
l'assone dei neuroni serve a trasmettwre l'informazione dal corpo cellulare alla sinapsi
indispensabile che il PA venga trasmesso fino alla cellula successiva, la conduttanza passiva non riesce però a far arrivare il segnale alla fine dell'assone
propagazione attiva del segnale lungo l'assone
nel monticolo assonico c'è un maggior numero di canali Na+ voltaggio dipendenti che fanno s^ che si generi il PA e che venga trasmesso alla sinapsi con due percorsi
- percorso punto a punto
- conduzione saltatoria
Percorso punto a punto
Conduzione saltatoria
in ogni punto della membrana si rigenera il PA
in un assone amielinico, entra il sodio che va a depolarizzare la membrana intorno al punto di ingresso coinvolgendo altri canali per il sodio facendo si che la depolarizzazione passi al punto vicino a quello di origine
si ha una rigenerazione continua del PA con stessa forma e intensità
teoricamente può avvenire bidirezionalmente, praticamente si propaga quasi sempre in un'unica direzione: dalla sinapsi al corpo cellulare
nel corpo cellulare ci sono pochissimi canali Na+ voltaggio dipendenti
potenziale non torna indietro perché i canali attraverso i quali è appena passato sono nel periodo refrattario
Velocità di propagazione dipende dalla costante di spazio, dal diametro dell'assone e dalla capacità di membrana
Assone amielinico con costante di spazio grande il segnale viene diffuso con un alta velocità
resistenza assiale dovuta dalla resistenza del citoplasma dell'assone
- se elevata si avrà una difficile genesi del PA nelle zone limitrofe
resistenza di membrana dipende dal numero di canale sodio voltaggio dipendenti, se ce ne sono pochi genesi PA ridotta
deriva da una casualità evoluzionistica determinata dalla necessità di aumentare la velocità di conduzione
assone piccolo ma con buona conduttanza per via della mielina che avvolge la fibra nervosa
oligodendrociti e cellule di Shwann
lungo l'assone ci sono degli spazi vuoti: nodi di Ranvier porzioni di membrana libera dall'isolante dove è concentrato un numero enorme di canali Na+ voltaggio dipendenti
In questi punti si genera il PA che può essere trasmesso solo al nodo successivo con una velocità molto alta
corrente che salta da punto a punto tra i nodi di Ranvier con la stessa forma e intensità