Il potenziale d'azione - Tutto o Niente

Come descritto nei nostri precedenti articoli del blog (Nervi, Trasmissione del dolore), i segnali come ad esempio il dolore vengono generati e trasmessi dalle nostre cellule nervose e interpretati nel cervello. Ma come funziona esattamente la generazione di questi segnali? Come fa il nostro corpo?

Ciò avviene attraverso differenze di potenziale elettrico ed è un processo entusiasmante e affascinante:

Il potenziale di membrana a riposo

Nell'ambiente acquoso del nostro corpo sono presenti ioni (atomi dotati di carica). Questi possono formarsi spontaneamente quando i sali (ad es. il sale da cucina: cloruro di sodio NaCl) si sciolgono in solventi polari (come l'acqua H2O). Si formano così anioni positivi (nel caso del sale da cucina NaCl, da un lato ioni sodio Na+) e cationi negativi (dall'altro ioni cloruro Cl-). Anche le proteine, in un ambiente acquoso, diventano cationi con carica negativa.

Nel nostro corpo abbiamo quindi particelle cariche elettricamente, sia positive che negative.

Per sintetizzare e semplificare, ecco alcuni ioni importanti e fatti sulla loro distribuzione nel corpo umano:

• Gli ioni proteici negativi si trovano principalmente ALL'INTERNO della cellula

• Anche gli ioni potassio positivi K+ si trovano principalmente ALL'INTERNO della cellula

• Gli ioni sodio positivi Na+ si trovano principalmente ALL'ESTERNO della cellula

Anche a causa di questo, in tutte le cellule si crea una differenza di tensione con una carica negativa tra lo spazio intracellulare (SIC, all'interno della cellula) e lo spazio extracellulare (SEC, all'esterno della cellula).

Questo è il cosiddetto potenziale di membrana a riposo (o anche potenziale di equilibrio).

Questo potenziale di riposo varia a seconda delle diverse cellule. Nelle cellule nervose e muscolari è di circa -70 a -90 mV.

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Il potenziale d'azione

Attraverso uno stimolo esterno (neurotrasmettitore o segnale elettrico ai dendriti), la permeabilità della membrana cellulare di un neurone viene modificata prima per gli ioni sodio e subito dopo anche per gli ioni potassio; si aprono dei canali e si attivano processi di diffusione:

Dato che nella cellula non ci sono quasi ioni sodio, questi ioni positivi Na+ entrano rapidamente (per primi) nel SIC e la polarità intracellulare cambia. In questo modo si verifica una depolarizzazione della cellula. Se lo stimolo è sufficientemente forte e supera il valore soglia (soglia di eccitazione) di circa -55 mV, si ha una depolarizzazione completa della cellula nervosa: si genera un potenziale d'azione (con un over-shoot) e una risposta del tipo «tutto o niente» della cellula nervosa, per cui la tensione tra SIC ed SEC sale brevemente a circa +20 mV!

I canali del sodio per l'influsso di Na+ vengono poi richiusi.

Il segnale elettrico del potenziale d'azione viene trasmesso lungo l'assone della cellula nervosa.

NB: Questo potenziale d'azione, ovvero l'attivazione di un segnale di una cellula nervosa, viene innescato solo se la soglia di eccitazione (circa -55 mV) del neurone viene superata. Se la soglia non viene raggiunta, si ha comunque una leggera depolarizzazione, ma non secondo il principio del «tutto o niente» e di conseguenza senza potenziale d'azione!! Non viene quindi innescato né trasmesso alcun segnale. 

La ripolarizzazione con iperpolarizzazione

Nella successiva fase di ripolarizzazione, i numerosi ioni potassio continuano a uscire dalla cellula attraverso i canali che rimangono aperti più a lungo (rispetto a quelli per il sodio) verso l'esterno (dove c'è poco K+), portando dopo un potenziale d'azione a un'iperpolarizzazione (a circa -100 mV).

Successivamente, mediante processi attivi svolti dalle pompe sodio-potassio, vengono ripristinate le distribuzioni originarie (quindi Na+ nel SEC e K+ nel SIC) e si raggiunge nuovamente, in modo relativamente rapido, la tensione di riposo iniziale compresa tra -60 e -90 mV.

Questa iperpolarizzazione rende più difficile una nuova stimolazione diretta con innesco di un potenziale d'azione (NB: la soglia di eccitazione dovrebbe essere raggiunta per innescare un potenziale d'azione); un eventuale stimolo in arrivo dovrebbe quindi essere più forte di quello normalmente sufficiente, cosa difficilmente possibile per via anatomica naturale! Non esistono stimoli endogeni in grado di eccitare una cellula che si trova in iperpolarizzazione.

Ciò assicura che una membrana non sia immediatamente ri-eccitabile e fa sì che il segnale elettrico lungo la membrana possa essere trasmesso solo in una direzione (unidirezionale), lungo l'assone!! Questa è anche una protezione contro il retro-accoppiamento. Il potenziale d'azione deve e viene propagato solo in avanti in un'unica direzione.

Tutto questo accade in un tempo incredibilmente rapido di circa 1-2 ms. Un nervo deve infatti essere nuovamente eccitabile il più velocemente possibile per trasmettere altri segnali. E questo è possibile solo se il potenziale d'azione e anche l'iperpolarizzazione avvengono rapidamente!

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Puoi trovare maggiori informazioni al riguardo sulla nostra pagina dedicata al dolore cronico.

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