Potenziale d' azione e trasmissione dell' impulso

I segnali nervosi vengono trasmessi tramite i potenziali d’azione. Un potenziale d’azione è la variazione rapida del potenziale di membrana cui fa seguito il ritorno alla condizione di riposo. Ampiezza e forma del potenziale d’azione variano molto al variare del tessuto eccitabile. La propagazione del potenziale d’azione avviene conservando la medesima forza ed ampiezza lungo l’intera lunghezza della fibra nervosa o muscolare.
Ogni segnale ha inizio con una rapida variazione dal normale valore negativo al valore positivo, per poi tornare rapidamente al precedente stato. Il potenziale si propaga lungo tutta la fibra trasportandone il segnale, il tutto in pochi millisecondi.

Esaminando più dettagliatamente le varie fasi che precedono e seguono il potenziale d’azione avremo:

• fase di riposo: precede l’insorgenza del potenziale d’azione, la membrana è polarizzata secondo quanto già visto
• fase di depolarizzazione: la membrana diviene bruscamente permeabile agli ioni sodio (Na+), consentendone il massivo ingresso nell’assone. Il potenziale negativo si annulla e tende ad impennarsi verso la positività, divenendo positivo nelle grosse fibre nervose, tendendo allo 0 in quelle minoro. Tale evento è definito depolarizzazione
• fase di ripolarizzazione: pochi millisecondi dopo i canali di sodio si richiudono e i canali potassio divengono maggiormente permeabili. La rapida diffusione degli ioni potassio dall’interno verso l’esterno ristabilisce la situazione precedente

I maggior responsabili dei processi di depolarizzazione e ripolarizzazione della membrana sono i canali del sodio a porte voltaggio-dipendenti e i canali del potassio a porte voltaggio-dipendenti.
Il canale del sodio a porte voltaggio-dipendenti ha due porte, una definita porta di attivazione (posta verso il liquido extracellulare) ed una definita porta di inattivazione, posta verso il citoplasma.Nella condizione di riposo, la porta di attivazione è chiusa, impedendo l’ingresso nella cellula di ioni sodio (Na+). Quando il valore del potenziale di membrana inizia a variare dai normali –90 mV verso lo 0, un meccanismo fa scattare la porta aprendola (generalmente intorno ai –70 mV) raggiungendo quello che viene definito come stato attivato. In questa posizione gli ioni sodio possono rapidamente attraversare il canale, con una rapidità di 500/5000 volte maggiore rispetto alla norma. Pochi millisecondi dopo, per via dello stessa diminuzione del potenziale, scatta (chiudendosi) la porta di inattivazione impedendo ulteriore passaggio di ioni sodio. A questo punto il potenziale di membrana inizia a ridiscendere, per raggiungere nuovamente la situazione di riposo. La porta di inattivazione non si riaprirà fin tanto il potenziale di membrana non sarà riattivato.

Il meccanismo di ripolarizzazione della membrana è accelerato per mezzo dei canali del potassio a porte voltaggio dipendenti cui si accennava poco fa. Tali canali sono chiusi durante la fase di riposo, impedendo il defluire verso l’esterno degli ioni potassio. Quando il potenziale di membrana sale da –90 mV verso lo 0, la porta tenderà ad aprirsi. Tali canali si aprono lasciando defluire ioni potassio nel momento in cui le porte del canale del sodio stanno chiudendosi. L’uscita di ioni potassio, simultanea al blocco dell’ingresso di ioni sodio accelerano fortemente il processo di ripolarizzazione, portando il tutto a pochi decimi di millesimo di secondo.