Basi ioniche del potenziale d'azione

Comunque, la nostra conoscenza sui meccanismi attraverso i quali i canali ionici nel loro stato aperto generano i potenziali d'azione è dovuta in gran parte al lavoro di alcuni fisiologi. Nel 1962, J. Young fu il primo a descrivere che le strutture longitudinali che erano state descritte nei calamari e nelle seppie non erano vasi, come si era pensato, ma si trattava invece di grandi assoni. Queste strutture nervose divennero note come assoni giganti e ben presto si dimostrarono di grande utilità per i biofisici che potevano sfruttare il loro notevole diametro (1 mm) per poter inserire lunghi elettrodi. Lavorando con gli assoni giganti due gruppi di ricerca, Cole e Curtis in America, e Hodgking e Huxley in Inghilterra, arrivarono ad alcune scoperte fondamentali sui meccanismi alla base del potenziale d'azione. I primi dimostrarono che durante un potenziale d'azione la conduttanza aumenta mentre la sua capacità rimane costante. La scoperta indicava che la variazione di conduttanza può essere interamente responsabile della variazione delle correnti ioniche. Hodgkin e Huxley trovarono invece che il potenziale di membrana non si annullava semplicemente durante l'impulso nervoso ma in realtà si inverte di segno. Questi due scienziati furono, inoltre, in grado di misurare direttamente le correnti associate a singole specie ioniche, grazie all'impiego di una nuova tecnica chiamata blocco del voltaggio, o voltage clamp. Questo metodo, applicato inizialmente all'assone gigante di calamaro, si basa su un dispositivo elettronico in cui un circuito a retroazione (feedback) permette allo sperimentatore di cambiare bruscamente il valore di Vm e mantenerlo poi a qualsiasi valore preselezionato. Mentre Vm viene tenuto costante, è possibile effettuare la misura della corrente ionica transmembrana che fluisce sotto la spinta del voltaggio imposto. Inoltre, in questa tecnica, era possibile utilizzare le leggi di Ohm per calcolare la variazione della conduttanza durante il potenziale d'azione. Nei loro esperimenti, Hodgking e Huxley misurarono le correnti che fluiscono attraverso la membrana quando Vm viene bruscamente cambiato dal suo valore di riposo ad un nuovo valore. Quando il potenziale di membrana viene ridotto, membrana depolarizzata, si può registrare una corrente precoce transitoria diretta all'interno, seguita da una prolungata corrente diretta all'esterno. Si dimostrò che la rapida corrente iniziale diretta verso l'interno è dovuta all'entrata di ioni sodio attraverso la membrana mentre la corrente uscente è dovuta agli ioni potassio. Questi esperimenti condussero alla formulazione dell'ipotesi che un'improvvisa depolarizzazione provochi la breve apertura di un numero significativo di canali selettivi per il Na+ inducendo un aumento della conduttanza di questo ione attraverso la membrana tale da permettergli di fluire verso l'interno dell'assone. In un mezzo extracellulare normale, il gradiente elettrochimico che agisce sul Na+(Vm-ENa) dovrebbe spingere gli ioni sodio ad entrare nella cellula. In accordo con al legge di Ohm, quando gNa aumenta, anche INa cresce:                     INa = gNa (Vm - ENa)