Fisiologia del sistema nervoso

K

arrivare ad un massimo.

Quindi la fase discendente (di ripolarizzazione) del potenziale di membrana è dettata dalla

+¿ +¿

inattivazione dei canali di e da un aumento delle correnti di . Entrambe sono

¿ ¿

Na K

fondamentali per ripolarizzare la membrana plasmatica. +¿

Nella fase di iperpolarizzazione postuma non ci sono più correnti di ma persistono le

¿

Na

+¿ +¿

correnti del . Quindi la fase di iperpolarizzazione postuma è dettata da canali del

¿ ¿

K K

+¿

che sono ancora aperti. Quando questi canali del si chiudono, il potenziale di membrana

¿

K

si riporta verso il suo valore di riposo.

⟹ il potenziale d’azione è dettato da una variazione sequenziale delle correnti sequenziali di

+¿ +¿

e .

¿ ¿

Na K +¿

La biologia molecolare ha clonato i canali ionici responsabili di questo fenomeno del e

¿

Na

+¿ selettivi e a voltaggio dipendenti: si aprono solo quando cambia il voltaggio di

¿

K

membrana e quando esso raggiunge il valore soglia.

+¿ +¿

Entrambi i canali del e sono canali aperti dal voltaggio: se avviene una

¿ ¿

Na K

depolarizzazione della membrana plasmatica e questa raggiunge un livello ben definito,

questi canali passano da uno stato chiuso ad uno stato aperto. Quindi è necessaria una

variazione del potenziale di membrana per aprirsi.

Canale del K+ voltaggio dipendenti:

+¿

A -100 mV il canale del è chiuso, man mano la cellula viene

¿

K

depolarizzata (quando arriva a -50 mV) questo canale si apre lasciando

+¿

passare il . Quando la cellula torna in iperpolarizzazione il canale si

¿

K

chiude. Quindi si apre in risposta al potenziale di membrana.

Ha una cinetica di apertura molto lenta (inizia quando la cellula comincia

a depolarizzarsi e raggiunge il suo massimo attorno ai +20 mV).

Canale del Na+ voltaggio dipendente: ha due cancelli, l’apertura e

la chiusura è dettata dal variare del potenziale di membrana. In più

porta di inattivazione,

possiede una porta, la che si sposta in modo

indipendente dal potenziale di membrana. Quando si sposta blocca il

passaggio degli ioni all’interno del canale anche se il canale è uno stato

aperto. Quindi il canale esiste in tre stati diversi:

- Canale chiuso (in condizioni di riposo)

- Canale aperto (attivo responsabile della fase di depolarizzazione)

- Canale inattivato (la porta lo chiude dal lato intracellulare, ed è la

forma che persiste durante la fase di iperpolarizzazione)

I movimenti che portano alla chiusura e alla inattivazione del canale

sono sempre voltaggio dipendenti, ma sono cineticamente diversi (il

canale si apre e si chiude molto più rapidamente rispetto al movimento

della porta di inattivazione). +¿ +¿

Questo andamento è quindi dettato dalla chiusura e dall’apertura dei canali del e

¿ ¿

Na K

voltaggio dipendenti e il tempo in cui si realizza il potenziale d’azione dipende solo dalla

biofisica di questi canali. Diversamente del potenziale graduato, che dipendeva dall’entità del

neurotrasmettitore, con il potenziale d’azione ci si stacca completamente dallo stimolo. Lo

stimolo deve arrivare al valore soglia per far aprire i canali, una volta aperti poi, la sequenza

prosegue in un modo non condizionabile, ma che è dettato dalla natura dei canali ionici (dal

+¿ +¿

tempo in cui loro stanno aperti e dalla concentrazione di e a cavallo della

¿ ¿

Na K

membrana). Questo è il motivo per cui il potenziale d’azione ha sempre la stessa forma se si

supera la soglia.

Perché è così rapido? In virtù del fatto che i canali del

+¿ sono voltaggio dipendenti, si

¿

Na

ha una sorta di ciclo a feedback

positivo.

Quando lo stimolo arriva al valore

+¿

soglia, alcuni canali del ¿

Na +¿

iniziano ad aprirsi, quindi il ¿

Na

entra nella cellula depolarizzando

ulteriormente la membrana. Questo

accelera l’apertura dei canali del

+¿ a disposizione quindi

¿

Na

rapidamente si ha la fase di salita.

Ciò che interrompe il ciclo sono due fattori:

+¿

1. L’inattivazione dei canali del ¿

Na

+¿

2. L’apertura dei canali del che riportano il potenziale di membrana al suo valore.

¿

K

In natura ci sono molte tossine che vanno a bloccare il potenziale d’azione: alcune bloccano

direttamente il canale, alcune impediscono l’attivazione e alcune impediscono l’inattivazione.

La più potente tossina a disposizione è la tetrodotossina, presente nel pesce palla, che

blocca l’attivazione dei canali. Altre sono la bungarotossina, la tossina dello scorpione, la

tossina dell’anemone ecc.

Gli anestetici sono sostanze che vanno a interferire con il canale del sodio: la procaina e la

lidocaina, anestetici locali bloccano il canale del sodio. Ci sono anche una serie di sostanze

che vanno a bloccare il canale del potassio, come la dendrotossina e il tetraetilammonio

(TEA).

Caratteristiche del potenziale d’azione:

Soglia

 Legge del “tutto o nulla”

 Refrattarietà

 Accomodazione

 Modalità di propagazione

 Converte il codice di intensità in codice di frequenza



Refrattarietà: spiega perché il potenziale d’azione insorge nella regione prossima al corpo

cellulare e prosegue verso la periferia. Questa è una proprietà tipica del potenziale d’azione e

non dei potenziali graduati e deriva da una osservazione: se dopo un primo stimolo si applica

un secondo stimolo di uguale intensità la cellula, dopo il primo potenziale d’azione, per un

certo periodo di tempo, la cellula non è più in grado di rispondere allo stimolo.

⟹ Indica l’incapacità della cellula neuronale di far partire un secondo potenziale d’azione nel

giro di poco tempo.

Si distinguono due periodi di refrattarietà:

assoluta:

- Periodo di refrattarietà dura circa 2 ms ed è il periodo in cui anche stimolando

la cellula molto forte non parte il potenziale d’azione. È dettato dal fatto che la porta di

inattivazione dei canali del sodio è chiusa (canale inattivato), quindi non si genera il

potenziale d’azione. relativa:

- Periodo di refrattarietà teoricamente la cellula in grado di far partire un

secondo potenziale d’azione se però si utilizza uno stimolo molto più forte di quello che

genera un potenziale d’azione in condizione normale. I canali del sodio sono chiusi ma

non inattivati, ma i canali del potassio sono ancora aperti e il potenziale di membrana è

-80/-90 mV. Perciò sarà necessario uno stimolo più forte per generare il potenziale

d’azione perché parte da un valore più negativo.

Poiché la capacità di una cellula di far partire un potenziale d’azione indica la sua eccitabilità:

- Nel periodo di riposo l’eccitabilità è molto elevata

- Nel periodo di refrattarietà assoluta l’eccitabilità è nulla → coincide con la durata del

potenziale d’azione

- Nel periodo di refrattarietà relativa l’eccitabilità riprende → coincide con il tempo in cui

il potenziale di membrana è al di sotto del valore di riposo

La refrattarietà determina due importanti caratteristiche del potenziale d’azione:

1. L’unidirezionalità del potenziale d’azione (si muove in direzione anterograda = dal

corpo cellulare verso la sinapsi)

2. Il numero di potenziali d’azione che partono nell’unità di tempo → costituisce un

elemento limitante della frequenza di scarica di una cellula

Accomodazione: innalzamento della soglia operato dallo stimolo stesso.

Modalità di propagazione: si propaga senza decremento per l’intera lunghezza della vibra

nervosa o muscolare. Questo è dettato dal fatto che il potenziale d’azione si autorigenera in

ogni punto dell’assone.

La propagazione del potenziale d’azione lungo l’assone si può misurare ipotizzando di inserire

molti elettrodi in ogni punto dell’assone: questi registrano la stessa misura del potenziale

d’azione ma in tempi diversi. Questo perché il potenziale d’azione si autorigenera e da origine

+¿

alla stessa forma. L’inattivazione dei canali del che condiziona il movimento del

¿

Na

potenziale d’azione.

Il potenziale d’azione si propaga molto velocemente (circa 120 m/s) e si genera all’inizio

dell’assone perché i canali del sodio e del potassio si trovano lì.

Nel punto in cui si propaga il potenziale

d’azione c’è un’inversione di polarizzazione:

all’interno ci sono delle cariche positive che

si muovono perché vengono attratte da

quelle negative vicine. Queste cariche vanno

a depolarizzare la regione adiacente ⟹ il

potenziale d’azione depolarizza

ulteriormente la cellula e innesca un

secondo potenziale d’azione nella regione

adiacente. Il potenziale d’azione si è rigenerato nel punto

adiacente. A valle (verso la sinapsi) ci sono dei

canali del sodio e potassio a riposo, se la

depolarizzazione arriva a soglia, a valle parte un

secondo potenziale di membrana (dalla regione 2

si sposta alla regione 3). A monte invece i canali

del sodio sono ancora inattivati, quindi non può

partire un secondo potenziale d’azione. Questa è la

ragione per cui il potenziale d’azione si propaga in

un’unica direzione, in cui è in grado di

autorigenerarsi.

La velocità di propagazione del potenziale d’azione è condizionata da:

- Dal diametro della fibra

- Dalla resistenza della membrana

LA TEORIA DEL CAVO

Il movimento delle cariche all’interno dell’assone può essere considerato come un flusso di

liquidi all’interno di un cavo e l’assone come un cavo. Il movimento del flusso del liquido

incontra una resistenza: se il diametro è più stretto la resistenza è maggiore, se il diametro è

più largo la resistenza è minore. Allo stesso modo se il diametro della fibra è stretto, la

resistenza è maggiore e le cariche si muovono più lentamente, quindi per mantenere il

potenziale d’azione esso si deve generare in punti vicini,