Fisiologia del sistema nervoso

Fisiologia del sistema nervoso

Le cellule del SNC, in generale i neuroni, vengono definite come cellule eccitabili perché sono in grado di generare segnali elettrici molto peculiari. Il più caratteristico è il potenziale d'azione, un segnale di tipo elettrico. Una caratteristica delle cellule neuronali è quella di dare origine a segnali chimici ed elettrici di cui le cellule si servono per comunicare.

Concetti importanti

I neuroni sono cellule polarizzate, cioè sono in grado di far circolare i segnali in un'unica direzione: la zona somato dendritica rappresenta sempre la zona di ingresso, la zona di conduzione è rappresentata dall'assone e la zona di uscita del segnale è rappresentata dalla sinapsi. Quindi tutte le informazioni viaggiano dal corpo cellulare verso la sinapsi.

Le cellule eccitabili si servono delle variazioni di potenziale di membrana per generare segnali elettrici, di due tipi:

• Potenziale graduato
• Potenziale d'azione (caratteristica che distingue le cellule eccitabili dalle altre)

Il potenziale di membrana è la conseguenza di una differenza di concentrazione ionica ai due capi della membrana. È un valore che normalmente si aggira attorno ai -70 mV per le cellule neuronali. Dipende da:

• Concentrazione di ioni diversa a cavallo della membrana
• Dalla permeabilità selettiva della membrana agli ioni
• Dalla presenza di speci ioniche non permeabili

Quando cambia il potenziale di membrana:

• Depolarizzazione → diminuisce la differenza di potenziale di membrana
• Iperpolarizzazione → aumenta la differenza di potenziale di membrana
• Ripolarizzazione → ritorno al potenziale di riposo

Variazione del potenziale di membrana nei neuroni

Nei neuroni la variazione del potenziale di membrana dà origine a due tipi di fenomeni elettrici:

1. Potenziale d'azione
2. Potenziale graduato

Potenziale graduato

Sono variazioni del potenziale di membrana di intensità e disegno variabile (iperpolarizzazioni o depolarizzazioni). Segnali di intensità variabile: variano al variare dell'intensità dello stimolo. La loro ampiezza (l'entità della iperpolarizzazione/depolarizzazione) diminuisce con la distanza dalla sorgente ed è direttamente proporzionale alla forza che lo ha generato. Quindi la loro funzione è importante per comunicare su brevi distanze.

Nei neuroni si sviluppano a livello della sinapsi e nei neuroni sensoriali. Segnali graduati: dipendono dall'intensità dello stimolo (se l'entità dello stimolo è grande il segnale sarà più forte, perché la differenza di potenziale che viene generata è maggiore). Il segnale può essere una depolarizzazione (potenziali graduati depolarizzati) o un'iperpolarizzazione, ciò dipende dalla natura del canale ionico che viene aperto, che possono essere anionici o cationici.

La sua potenzialità è massima nel punto in cui si genera, e minima man mano che ci si allontana dalla sorgente. Cioè un potenziale graduato diminuisce di ampiezza mentre viaggia attraverso il corpo cellulare. Questo dipende da:

• Dalla dispersione di corrente attraverso le membrane
• Dalla resistenza del citoplasma

Il potenziale graduato è un fenomeno che si genera:

• nelle sinapsi chimiche: quando il neurotrasmettitore (lo stimolo) raggiunge il recettore canale, si apre il canale (es. il recettore è cationico avviene una depolarizzazione della membrana).
• A livello dei recettori sensoriali: scopo fondamentale di trasformare lo stimolo fisico dell'ambiente in un segnale elettrico. In questo caso lo stimolo non è il neurotrasmettitore ma uno stimolo locale a livello dei 5 sensi.

Potenziale d'azione

Metodo che le cellule neuronali utilizzano per comunicare a distanza. Lo studio del potenziale d'azione è associato all'assone gigante di calamaro. Gli impulsi di corrente inviati tramite un microelettrodo stimolatore possono essere:

• Depolarizzanti → rendono positivo il potenziale di membrana
• Iperpolarizzante → rendono più negativo il potenziale di membrana

La variazione del potenziale di membrana è direttamente proporzionale allo stimolo nelle cellule non eccitabili (più alta sarà la corrente depolarizzante, più alta sarà la differenza di potenziale di membrana). Questo succede in tutte le cellule non eccitabili perché si comportano come circuiti ohmici, e le risposte sono definite risposte passive.

Nelle cellule eccitabili come quelle nervose, uno stimolo che è in grado di far raggiungere alle cellule un potenziale soglia fa partire un segnale elettrico che prende il nome di potenziale d'azione. È un segnale definito "tutto o nulla" perché se viene superato il valore soglia parte lo stimolo, se non viene superato il valore soglia non parte lo stimolo.

Il potenziale d'azione è una rapida inversione del potenziale di membrana seguita da un altrettanto rapido ritorno al potenziale di riposo. Il potenziale d'azione si caratterizza per una parte di depolarizzazione seguita da una fase di ripolarizzazione. Questo segnale è sempre identico, cioè si propaga sempre nella stessa forma e nella stessa intensità. Infatti, è il segnale che viene di gran lunga utilizzato per la comunicazione a lunga distanza e quindi per il controllo dell'attività delle strutture bersaglio (siano muscoli, ghiandole, neuroni).

Mentre il potenziale graduato si sviluppa in risposta ad ogni stimolo, perché si formi il potenziale d'azione la stimolazione che riceve deve superare un certo livello soglia.

Soglia e legge del "tutto o nulla"

Soglia: lo stimolo soglia è lo stimolo depolarizzante di intensità minima in grado di generare un potenziale d'azione in un neurone. Nella maggior parte delle cellule neuronali è attorno ai -50 mV. Legge del "tutto o nulla": in un neurone un potenziale d'azione o è generato e si sviluppa in tutta la sua ampiezza se lo stimolo raggiunge o supera la soglia, oppure non è generato affatto se l'ampiezza dello stimolo è inferiore alla soglia.

Generazione del potenziale d'azione

Cosa è in grado di generare il potenziale d'azione? Chi ha studiato il potenziale d'azione ha iniziato a farlo cambiando la concentrazione degli ioni a livello della membrana. Questo ha portato a intuire che il potenziale d'azione delle cellule è dettato dai gradienti elettrochimici di ioni tra cellula e ambiente extracellulare (Na⁺/K⁺). Si è reso conto che la permeabilità della membrana al Na⁺ e K⁺ cambiava nel tempo. Si parte da un potenziale di riposo (-70 mV) nei neuroni, arriva poi uno stimolo che lo...