POTENZIALE D'AZIONE: PROPAGAZIONE E FASI - GEOGRAFÍA - 2026

Il potenziale d'azione è un fenomeno elettrico o chimico di breve durata che si verifica nei neuroni del nostro cervello. Si può dire che è il messaggio che un neurone trasmette ad altri neuroni.

Il potenziale d'azione è prodotto nel corpo cellulare (nucleo), chiamato anche soma. Viaggia attraverso l'intero assone (estensione del neurone, simile a un filo) fino a raggiungere la sua estremità, chiamata pulsante terminale.

I potenziali d'azione su un dato assone hanno sempre la stessa durata e intensità. Se l'assone si ramifica in altri processi, il potenziale d'azione si divide, ma la sua intensità non viene ridotta.

Quando il potenziale d'azione raggiunge i pulsanti terminali del neurone, secernono sostanze chimiche chiamate neurotrasmettitori. Queste sostanze eccitano o inibiscono il neurone che le riceve, essendo in grado di generare un potenziale d'azione in detto neurone.

Molto di ciò che si sa sui potenziali d'azione dei neuroni proviene da esperimenti con assoni di calamari giganti. È facile da studiare per le sue dimensioni, poiché si estende dalla testa alla coda. Servono in modo che l'animale possa muoversi.

Potenziale di membrana del neurone

A. Vista schematica di un potenziale d'azione ideale. B. Registrazione reale di un potenziale d'azione. Fonte: en: Memenen / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

I neuroni hanno una carica elettrica diversa all'interno che all'esterno. Questa differenza è chiamata potenziale di membrana .

Quando un neurone è in potenziale di riposo , significa che la sua carica elettrica non è alterata da potenziali sinaptici eccitatori o inibitori.

D'altra parte, quando altri potenziali lo influenzano, il potenziale di membrana può essere ridotto. Questo è noto come depolarizzazione .

Al contrario, quando il potenziale di membrana aumenta rispetto al suo potenziale normale, si verifica un fenomeno chiamato iperpolarizzazione .

Quando si verifica improvvisamente un'inversione molto rapida del potenziale di membrana, si verifica un potenziale d'azione . Consiste in un breve impulso elettrico, che viene tradotto nel messaggio che viaggia attraverso l'assone del neurone. Inizia nel corpo cellulare, raggiungendo i pulsanti del terminale.

L'impulso nervoso viaggia lungo l'assone

È importante sottolineare che, affinché si verifichi un potenziale d'azione, i cambiamenti elettrici devono raggiungere una soglia, chiamata soglia di eccitazione . È il valore del potenziale di membrana che deve essere necessariamente raggiunto affinché si verifichi il potenziale d'azione.

Schema di una sinapsi chimica

Potenziali d'azione e cambiamenti nei livelli ionici

Permeabilità di membrana di un neurone durante un potenziale d'azione. Lo stato di riposo (1), gli ioni sodio e potassio non possono passare attraverso la membrana e il neurone ha una carica negativa all'interno. La depolarizzazione (2) del neurone attiva il canale del sodio, consentendo agli ioni sodio di passare attraverso la membrana del neurone. Ripolarizzazione (3), dove i canali del sodio si chiudono e i canali del potassio si aprono, gli ioni di potassio attraversano la membrana. Nel periodo refrattario (4), il potenziale di membrana ritorna allo stato di riposo quando i canali del potassio si chiudono. Fonte: permeabilità di membrana di un neurone durante un potenziale d'azione.pdf e potenziale d'azione, CThompson02

In condizioni normali, il neurone è pronto a ricevere sodio (Na +) all'interno. Tuttavia, la sua membrana non è molto permeabile a questo ione.

Inoltre, i ben noti "trasportatori sodio-potassio" hanno una proteina presente nella membrana cellulare che è responsabile della rimozione degli ioni sodio da essa e dell'introduzione di ioni potassio in essa. Nello specifico, per ogni 3 ioni sodio che estrae, introduce due ioni potassio.

Questi trasportatori mantengono bassi i livelli di sodio all'interno della cellula. Se la permeabilità della cellula aumentasse e più sodio entrasse improvvisamente, il potenziale di membrana cambierebbe radicalmente. Apparentemente, questo è ciò che innesca un potenziale d'azione.

Nello specifico, la permeabilità della membrana al sodio sarebbe aumentata, questi entrando nel neurone. Mentre, allo stesso tempo, ciò consentirebbe agli ioni di potassio di lasciare la cellula.

Come si verificano questi cambiamenti nella permeabilità?

Le cellule hanno incorporato nella loro membrana numerose proteine ​​chiamate canali ionici . Questi hanno aperture attraverso le quali gli ioni possono entrare o uscire dalle cellule, sebbene non siano sempre aperti. I canali vengono chiusi o aperti in base a determinati eventi.

Esistono diversi tipi di canali ionici e ognuno di solito è specializzato per condurre esclusivamente determinati tipi di ioni.

Ad esempio, un canale del sodio aperto può far passare più di 100 milioni di ioni al secondo.

Come vengono prodotti i potenziali d'azione?

I neuroni trasmettono informazioni elettrochimicamente. Ciò significa che le sostanze chimiche producono segnali elettrici.

Queste sostanze chimiche hanno una carica elettrica, motivo per cui sono chiamate ioni. I più importanti nel sistema nervoso sono il sodio e il potassio, che hanno una carica positiva. Oltre al calcio (2 cariche positive) e al cloro (una carica negativa).

Cambiamenti nel potenziale di membrana

Il primo passo affinché si verifichi un potenziale d'azione è un cambiamento nel potenziale di membrana della cellula. Questa variazione deve superare la soglia di eccitazione.

Nello specifico, c'è una riduzione del potenziale di membrana, che si chiama depolarizzazione.

Apertura di canali di sodio

Di conseguenza, i canali del sodio incorporati nella membrana si aprono, consentendo al sodio di entrare in modo massiccio nel neurone. Questi sono guidati da forze di diffusione e pressione elettrostatica.

Poiché gli ioni sodio sono caricati positivamente, provocano un rapido cambiamento nel potenziale di membrana.

Apertura del canale del potassio

La membrana dell'assone ha canali sia del sodio che del potassio. Tuttavia, questi ultimi vengono aperti successivamente, perché sono meno sensibili. Cioè, hanno bisogno di un livello più alto di depolarizzazione per aprirsi ed è per questo che si aprono più tardi.

Chiusura dei canali del sodio

Arriva un momento in cui il potenziale d'azione raggiunge il suo valore massimo. Da questo periodo in poi, i canali del sodio vengono bloccati e chiusi.

Non possono più riaprirsi finché la membrana non raggiunge nuovamente il suo potenziale di riposo. Di conseguenza, non può più entrare sodio nel neurone.

Chiusura del canale del potassio

Tuttavia, i canali del potassio rimangono aperti. Ciò consente agli ioni di potassio di fluire attraverso la cellula.

A causa della diffusione e della pressione elettrostatica, poiché l'interno dell'assone è caricato positivamente, gli ioni di potassio vengono espulsi dalla cellula. Pertanto, il potenziale di membrana recupera il suo valore abituale. A poco a poco, i canali del potassio si stanno chiudendo.

Questa uscita di cationi fa sì che il potenziale di membrana recuperi il suo valore normale. Quando ciò accade, i canali del potassio iniziano a chiudersi di nuovo.

Non appena il potenziale di membrana raggiunge il suo valore normale, i canali del potassio si chiudono completamente. Un po 'più tardi, i canali del sodio vengono riattivati ​​in preparazione di un'altra depolarizzazione per aprirli.

Infine, i trasportatori sodio-potassio secernono il sodio che era entrato e recuperano il potassio che era uscito in precedenza.

Come vengono diffuse le informazioni attraverso l'assone?

Parti di un neurone. Fonte: nessun autore leggibile dalla macchina fornito. NickGorton ~ commonswiki assunto (in base alle rivendicazioni di copyright)

L'assone è costituito da una parte del neurone, un'estensione simile a un cavo del neurone. Possono essere troppo lunghi per consentire ai neuroni fisicamente distanti di connettersi e inviare informazioni l'uno all'altro.

Il potenziale d'azione si propaga lungo l'assone e raggiunge i pulsanti terminali per inviare messaggi alla cella successiva. Se misurassimo l'intensità del potenziale d'azione in diverse aree dell'assone, scopriremmo che la sua intensità rimane la stessa in tutte le aree.

Tutto o niente legge

Ciò si verifica perché la conduzione assonale segue una legge fondamentale: la legge del tutto o del niente. Cioè, un potenziale d'azione è dato o no. Una volta iniziato, percorre l'intero assone fino alla sua estremità, mantenendo sempre la stessa dimensione, non aumenta né diminuisce. Inoltre, se un assone si ramifica, il potenziale d'azione si divide, ma mantiene le sue dimensioni.

I potenziali d'azione iniziano alla fine dell'assone che è attaccato al soma del neurone. Di solito viaggiano in una sola direzione.

Potenziali di azione e comportamento

A questo punto ti starai chiedendo: se il potenziale d'azione è un processo tutto o niente, come si verificano determinati comportamenti come la contrazione muscolare che possono variare tra diversi livelli di intensità? Questo accade per la legge della frequenza.

Legge di frequenza

Quello che succede è che un singolo potenziale d'azione non fornisce direttamente informazioni. Invece, l'informazione è determinata dalla frequenza di scarica o dalla velocità di accensione di un assone. Cioè, la frequenza con cui si verificano i potenziali d'azione. Questa è nota come "legge della frequenza".

Pertanto, un'elevata frequenza di potenziali d'azione porterebbe a una contrazione muscolare molto intensa.

Lo stesso vale per la percezione. Ad esempio, uno stimolo visivo molto luminoso, per essere catturato, deve produrre un alto "tasso di fuoco" negli assoni attaccati agli occhi. In questo modo, la frequenza dei potenziali d'azione riflette l'intensità di uno stimolo fisico.

Pertanto, la legge del tutto o del niente è completata dalla legge della frequenza.

Altre forme di scambio di informazioni

I potenziali d'azione non sono le uniche classi di segnali elettrici che si verificano nei neuroni. Ad esempio, l'invio di informazioni attraverso una sinapsi fornisce un piccolo impulso elettrico nella membrana del neurone che riceve i dati.

Schema di una sinapsi. Fonte: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com)

A volte una leggera depolarizzazione che è troppo debole per produrre un potenziale d'azione può alterare leggermente il potenziale di membrana.

Tuttavia, questa alterazione diminuisce gradualmente mentre viaggia attraverso l'assone. In questo tipo di trasmissione di informazioni, né i canali del sodio né quelli del potassio si aprono o si chiudono.

Pertanto, l'assone si comporta come un cavo sottomarino. Quando il segnale viene trasmesso attraverso di esso, la sua ampiezza diminuisce. Questo è noto come conduzione verso il basso e si verifica a causa delle caratteristiche dell'assone.

Potenziali d'azione e mielina

Gli assoni di quasi tutti i mammiferi sono ricoperti di mielina. Cioè, hanno segmenti circondati da una sostanza che consente la conduzione nervosa, rendendola più veloce. La mielina si avvolge attorno all'assone senza lasciare che il fluido extracellulare lo raggiunga.

La mielina è prodotta nel sistema nervoso centrale da cellule chiamate oligodendrociti. Mentre, nel sistema nervoso periferico, è prodotto dalle cellule di Schwann.

I segmenti di mielina, noti come guaine mieliniche, sono divisi l'uno dall'altro da aree nude dell'assone. Queste aree sono chiamate noduli di Ranvier e sono a contatto con il fluido extracellulare.

Il potenziale d'azione viene trasmesso in modo diverso in un assone non mielinizzato (che non è ricoperto di mielina) rispetto a uno mielinizzato.

Il potenziale d'azione può viaggiare attraverso la membrana assonale ricoperta di mielina a causa delle proprietà del filo. L'assone in questo modo conduce il cambiamento elettrico dal punto in cui si verifica il potenziale d'azione al nodo successivo di Ranvier.

Questa modifica si assottiglia leggermente, ma è abbastanza forte da causare un potenziale d'azione nel nodo successivo. Questo potenziale viene quindi attivato o ripetuto in ciascun nodo di Ranvier, trasportandosi attraverso l'area mielinizzata al nodo successivo.

Questo tipo di conduzione dei potenziali d'azione è chiamata conduzione saltatoria. Il suo nome deriva dal latino “saltare”, che significa “ballare”. Il concetto è perché l'impulso sembra saltare da nodo a nodo.

Vantaggi della conduzione saltatoria per la trasmissione dei potenziali d'azione

Questo tipo di guida ha i suoi vantaggi. Prima di tutto per risparmiare energia. I trasportatori sodio-potassio spendono molta energia estraendo il sodio in eccesso dall'interno dell'assone durante i potenziali d'azione.

Questi trasportatori sodio-potassio si trovano in aree dell'assone non coperte dalla mielina. Tuttavia, in un assone mielinizzato, il sodio può entrare solo nei nodi di Ranvier. Per questo motivo, entra molto meno sodio e, per questo motivo, deve essere pompato meno sodio, quindi i trasportatori sodio-potassio devono lavorare di meno.

Un altro vantaggio della mielina è la velocità. Un potenziale d'azione è condotto più velocemente in un assone mielinizzato, poiché l'impulso "salta" da un nodo all'altro, senza dover passare attraverso l'intero assone.

Questo aumento della velocità fa sì che gli animali pensino e reagiscano più velocemente. Altri esseri viventi, come i calamari, hanno assoni senza mielina che guadagnano velocità a causa del loro aumento di dimensioni. Gli assoni di calamaro hanno un grande diametro (circa 500 µm), che consente loro di viaggiare più velocemente (circa 35 metri al secondo).

Tuttavia, alla stessa velocità i potenziali d'azione viaggiano negli assoni dei gatti, sebbene questi abbiano un diametro di soli 6 µm. Quello che succede è che questi assoni contengono mielina.

Un assone mielinizzato può condurre potenziali d'azione a una velocità di circa 432 chilometri orari, con un diametro di 20 µm.

Riferimenti

1. Potenziali d'azione. (Sf). Estratto il 5 marzo 2017 da Hyperphysics, Georgia State University: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
2. Carlson, NR (2006). Fisiologia del comportamento 8 ° Ed. Madrid: Pearson.
3. Chudler, E. (nd). Luci, fotocamera, potenziale d'azione. Estratto il 5 marzo 2017 dall'Università di Washington: faculty.washington.edu.
4. Fasi del potenziale d'azione. (Sf). Estratto il 5 marzo 2017 da Boundless: boundless.com.