IL POTENZIALE D’AZIONE

Cos’è e dove si forma?
Il potenziale d’azione consiste in un rapidissimo cambiamento del potenziale di riposo, che dal suo valore di -70mV arriva a +30mV, per poi ritornare al suo valore iniziale, in solo 1ms. Il potenziale d’azione, l’unico segnale in grado di trasmettersi anche a lunga distanza, si genera nell’assone della cellula nervosa, grazie alla presenza di canali voltaggio-dipendenti (VD), particolari canali ionici ad accesso variabile
situati nel monticolo assonico. Le diverse concentrazioni extra e intracellulari di K+ e Na+ sono il presupposto per la sua generazione.

Quando comincia il potenziale di azione?
Il potenziale d’azione inizia quando il potenziale di membrana a riposo, del valore di -70mV, raggiunge un voltaggio critico (potenziale soglia), attorno a -50mV (depolarizzazione); a tale potenziale alcuni canali V- D selettivi per il Na+ iniziano ad aprirsi, mentre a potenziali più bassi erano allo stato chiuso. La loro apertura provoca un aumento della permeabilità al sodio, portando quindi il potenziale di membrana vicino all’equilibrio di Na (+30mV), e questo fa ulteriormente salire il potenziale, aprendo altri canali (ciclo di Hodgkin).

Le due porte dei canali ionici Na+:
I canali V-D del sodio hanno 2 porte, una detta “di attivazione” (aperta al di sopra dei -50mV) e una detta “di inattivazione” (aperta al di sotto dei -50mV, in caso di iperpolarizzazione). Il problema sta nella differente velocità delle 2 porte: quella di attivazione, al raggiungimento del potenziale soglia, si apre repentinamente favorendo una maggiore permeabilità al sodio, mentre quella di inattivazione è più “ritardata”. Il funzionamento delle porte di inattivazione, in seguito all’apertura di quelle di attivazione, riporta la permeabilità al sodio al suo valore in condizioni di riposo. Tale processo, detto fase di ripolarizzazione, però, avverrebbe in modo troppo lento, perciò …

Cosa accelera la ripolarizzazione?

• Fase crescente: l’entrata di Na+ depolarizza il neurone (effetto elettrotonico) → quando, in conseguenza a uno stimolo, Vm supera il valore di soglia (-50mV) i canali di sodio V-D si aprono, il potenziale di membrana diventa quindi sempre meno negativo (depolarizza) e l’interno diventa sempre più positivo (POTENZIALE GENERATORE).
• Potenziale a punta → quando tutti i canali V-D del sodio sono aperti, la permeabilità ad esso è circa 20 volte maggiore di quella per il K+. Entra molto più sodio di quanto non esca potassio (potenziale a circa +50mV). Tuttavia i 50mV non si raggiungono mai perché i canali V-D Na+ sono programmati per inattivarsi dopo 1ms, mentre i canali V-D K+ sono programmati per aprirsi a +30mV, dove si ha una repentina inversione della polarità.
• Fase decrescente → la diminuzione di permeabilità al Na+ e l’aumento a quella al K+ causano una rapida ripolarizzazione. Il potassio è sospinto fuori dal gradiente di concentrazione e dalle forze elettriche (ora l’interno della cellula è positivo e respinge le cariche positive di K).
• Iperpolarizzazione → poiché la permeabilità a Na+ e K+ è lievemente maggiore che a riposo, la fase decrescente termina con l’iperpolarizzazione (potenziale più negativo di -70mV), per poi ritornare al valore in condizione di riposo.

Il periodo refrattario:
Una volta terminato il PdA, la cellula non è in grado da subito di generarne un altro, a causa del fatto che i canali ionici di Na+ sono allo stato inattivato. I canali ionici V-D per Na+, infatti, possono assumere 3 diverse conformazioni:

• Chiuso – gli ioni non attraversano il canale, che può essere aperto solo da una depolarizzazione sopra la soglia;
• Aperto – gli ioni attraversano il canale, che però si inattiva automaticamente dopo 1ms;
• Inattivato – gli ioni non attraversano il canale, che non può passare allo stato aperto senza prima passare a quello chiuso (ciò avviene dopo alcuni ms da quando la cellula si è depolarizzata). Essendo qui allo stato inattivato, nessuno stimolo per quanto forte può causare un altro PdA durante il periodo refrattario assoluto.