Potenziale d'azione il messaggio dei neuroni

il potenziale d'azione è un fenomeno elettrico o chimico di breve durata che avviene nei neuroni del nostro cervello. Si può dire che è il messaggio che verrà trasmesso ad altri neuroni.

Viene prodotto nel corpo della cellula (nucleo), chiamato anche soma. Viaggia attraverso l'assone (prolungamento del neurone, simile a un cavo) fino a raggiungere la sua estremità, chiamata pulsante terminale.

I potenziali d'azione in un dato assone hanno sempre la stessa durata e intensità. Se l'assone si dirama in altre estensioni, il potenziale di azione viene diviso, ma la sua intensità non viene ridotta.

Quando il potenziale d'azione raggiunge i pulsanti terminali del neurone, secernono sostanze chimiche chiamate neurotrasmettitori. Queste sostanze eccitano o inibiscono il neurone che le riceve, essendo in grado di generare un potenziale d'azione in detto neurone.

Gran parte di ciò che si conosce dei potenziali d'azione dei neuroni proviene da esperimenti condotti con gli assoni del calamaro gigante. È facile da studiare per le sue dimensioni, poiché si estende dalla testa alla coda. Servono affinché l'animale possa muoversi.

Potenziale di membrana del neurone

I neuroni hanno diverse cariche elettriche al loro interno che all'esterno. Questa differenza è chiamata potenziale di membrana.

Quando c'è un neurone potenziale di riposo, significa che la sua carica elettrica non è alterata da potenziali sinaptici eccitatori o inibitori.

D'altra parte, quando altri potenziali lo influenzano, il potenziale di membrana può essere ridotto. Questo è noto come depolarizzazione.

Oppure, al contrario, quando il potenziale della membrana aumenta rispetto al suo normale potenziale, si chiama un fenomeno iperpolarizzazione.

Quando improvvisamente si verifica un'inversione molto rapida del potenziale di membrana, a potenziale d'azione. Questo consiste in un breve impulso elettrico, che viene tradotto nel messaggio che viaggia attraverso l'assone del neurone. Inizia nel corpo della cella, raggiungendo i pulsanti del terminale.

È importante sottolineare che, per un potenziale di azione, i cambiamenti elettrici devono raggiungere una soglia, chiamata soglia di eccitazione. È il valore del potenziale di membrana che deve necessariamente essere raggiunto affinché il potenziale d'azione si verifichi.

Potenziali di azione e cambiamenti nei livelli di ioni

In condizioni normali, il neurone è pronto a ricevere sodio (Na +) al suo interno. Tuttavia, la sua membrana non è molto permeabile a questo ione.

Inoltre, ha i ben noti "trasportatori di sodio-potassio", una proteina presente nella membrana delle cellule che è responsabile della rimozione di ioni di sodio da esso e l'introduzione di ioni di potassio in esso. In particolare, per ogni 3 ioni di sodio estratto, immettere due potassio.

Questi trasportatori mantengono un basso livello di sodio all'interno della cellula. Se la permeabilità della cellula aumentava e una maggiore quantità di sodio entrava improvvisamente, il potenziale della membrana cambierebbe radicalmente. Apparentemente, questo è ciò che innesca un potenziale d'azione.

In particolare, la permeabilità della membrana al sodio sarebbe aumentata, inserendoli all'interno del neurone. Mentre, allo stesso tempo, questo permetterebbe agli ioni di potassio di lasciare la cellula.

Come si verificano questi cambiamenti nella permeabilità?

Le cellule hanno numerose proteine ​​incorporate nella loro membrana canali ionici. Questi hanno aperture attraverso le quali gli ioni possono entrare o uscire dalle celle, sebbene non siano sempre aperti. I canali sono chiusi o aperti in base a determinati eventi.

Esistono diversi tipi di canali ionici e ognuno di essi è specializzato per guidare esclusivamente determinati tipi di ioni.

Ad esempio, un canale del sodio aperto può superare più di 100 milioni di ioni al secondo.

Come vengono prodotti i potenziali d'azione?

I neuroni trasmettono informazioni elettrochimicamente. Ciò significa che le sostanze chimiche producono segnali elettrici.

Queste sostanze chimiche hanno una carica elettrica, motivo per cui sono chiamati ioni. I più importanti nel sistema nervoso sono il sodio e il potassio, che hanno una carica positiva. Oltre al calcio (2 cariche positive) e al cloro (una carica negativa).

Cambiamenti nel potenziale di membrana

Il primo passo per un potenziale di azione è un cambiamento nel potenziale di membrana della cellula. Questo cambiamento deve superare la soglia di eccitazione.

In particolare, c'è una riduzione del potenziale di membrana, che si chiama depolarizzazione.

Apertura dei canali del sodio

Di conseguenza, i canali del sodio incorporati nella membrana si aprono, permettendo al sodio di entrare massicciamente all'interno del neurone. Questi sono guidati dalle forze di diffusione e di pressione elettrostatica.

Poiché gli ioni di sodio hanno una carica positiva, producono un rapido cambiamento nel potenziale di membrana.

Apertura di canali di potassio

La membrana assonica ha sia canali di sodio che di potassio. Tuttavia, questi ultimi vengono aperti in seguito, perché sono meno sensibili.Cioè, hanno bisogno di un livello più alto di depolarizzazione per aprirsi e questo è il motivo per cui si aprono più tardi.

Chiusura dei canali del sodio

Arriva un momento in cui il potenziale d'azione raggiunge il suo valore massimo. Dopo questo periodo, i canali del sodio vengono bloccati e chiusi.

Non possono più essere riaperti finché la membrana non raggiunge nuovamente il potenziale residuo. Di conseguenza, non più sodio può entrare nel neurone.

Chiusura di canali di potassio

Tuttavia, i canali del potassio rimangono aperti. Ciò consente agli ioni di potassio di fluire attraverso la cellula.

A causa della diffusione e della pressione elettrostatica, quando l'interno dell'assone viene caricato positivamente, gli ioni di potassio vengono espulsi dalla cellula.

Pertanto, il potenziale di membrana recupera il suo valore abituale. A poco a poco, i canali del potassio si stanno chiudendo.

Questa uscita di cationi fa sì che il potenziale di membrana recuperi il suo valore normale. Quando ciò accade, i canali del potassio iniziano a richiudersi.

Nel momento in cui il potenziale di membrana raggiunge il suo valore normale, i canali del potassio si chiudono completamente. Un po 'più tardi, i canali del sodio si riattivano, preparandosi a un'altra depolarizzazione per aprirli.

Infine, i trasportatori di sodio e di potassio secernono il sodio che era entrato e recuperava il potassio che era stato lasciato prima.

Come viene propagata l'informazione dall'assone?

L'assone è costituito da una parte del neurone, un prolungamento di questo simile a un cavo. Possono essere molto lunghi per consentire ai neuroni che sono fisicamente lontani di connettersi e inviare informazioni.

Il potenziale di azione si propaga lungo l'assone e raggiunge i pulsanti del terminale per inviare messaggi alla cella successiva.

Se misurassimo l'intensità del potenziale d'azione da diverse aree dell'assone, troveremmo che la sua intensità rimane la stessa in tutte le aree.

Legge di tutto o niente

Questo accade perché la conduzione assonale segue una legge fondamentale: la legge del tutto o niente. Cioè, un potenziale di azione è dato o non è dato. Una volta che inizia, viaggia attraverso l'assone fino all'estremo, mantenendo sempre le stesse dimensioni, non aumenta o diminuisce. Inoltre, se un assone si dirama, il potenziale di azione viene diviso, ma mantiene le sue dimensioni.

I potenziali d'azione iniziano alla fine dell'assone che è attaccato al soma del neurone. Normalmente, di solito viaggiano solo in una direzione.

Potenziali di azione e comportamento

È possibile che, a questo punto, ci si possa chiedere: se il potenziale d'azione è un processo tutto-o-niente, come si verificano certi comportamenti come la contrazione muscolare che può variare tra diversi livelli di intensità? Questo succede per la legge della frequenza.

Legge della frequenza

Quello che succede è che un singolo potenziale di azione non fornisce informazioni direttamente. Invece, l'informazione è determinata dalla frequenza di scarica o dalla frequenza di fuoco di un assone. Cioè, la frequenza con cui si verificano i potenziali d'azione. Questo è noto come "legge della frequenza".

Quindi, un'alta frequenza di potenziali d'azione porterebbe ad una contrazione muscolare molto intensa.

Lo stesso accade con la percezione. Ad esempio, uno stimolo visivo molto luminoso, da catturare, deve produrre un "tasso di fuoco" elevato negli assoni attaccati agli occhi. In questo modo, la frequenza dei potenziali d'azione riflette l'intensità di uno stimolo fisico.

Pertanto, la legge di tutto o niente è completata dalla legge della frequenza.

Altre forme di scambio di informazioni

I potenziali d'azione non sono gli unici tipi di segnali elettrici che si verificano nei neuroni. Ad esempio, l'invio di informazioni attraverso una sinapsi dà un piccolo impulso elettrico alla membrana del neurone che riceve i dati.

In certe occasioni, una lieve depolarizzazione troppo debole per produrre un potenziale d'azione può alterare leggermente il potenziale di membrana.

Tuttavia, questa alterazione si riduce a poco a poco mentre viaggia attraverso l'assone. In questo tipo di trasmissione di informazioni, né i canali di sodio né quelli di potassio vengono aperti o chiusi.

Pertanto, l'assone agisce come un cavo sottomarino. Man mano che il segnale viene trasmesso, la sua ampiezza diminuisce. Questo è noto come decremento della conduzione e si verifica a causa delle caratteristiche dell'assone.

Potenziali d'azione e mielina

Gli assoni di quasi tutti i mammiferi sono ricoperti di mielina. Cioè, hanno segmenti circondati da una sostanza che consente la conduzione nervosa, rendendola più veloce. La mielina si avvolge attorno all'assone senza lasciare che il liquido extracellulare lo raggiunga.

La mielina è prodotta nel sistema nervoso centrale da cellule chiamate oligodendrociti. Mentre, nel sistema nervoso periferico, è prodotto dalle cellule di Schwann.

I segmenti di mielina, noti come guaine mieliniche, sono divisi per aree scoperte dell'assone.Queste aree sono chiamate noduli Ranvier e sono in contatto con il fluido extracellulare.

Il potenziale d'azione viene trasmesso in modo diverso in un assone non mielinizzato (che non è coperto da mielina) che in uno mielinizzato.

Il potenziale d'azione può attraversare la membrana assonale ricoperta di mielina dalle proprietà del cavo. L'assone in questo modo, conduce il cambiamento elettrico dal luogo in cui il potenziale d'azione si verifica al successivo nodulo di Ranvier.

Questo cambiamento è leggermente ridotto, ma è abbastanza intenso da causare un potenziale d'azione nel prossimo nodulo. Quindi, questo potenziale viene attivato di nuovo o ripetuto in ogni nodulo di Ranvier, trasportato attraverso la zona mielinizzata al successivo nodulo.

Questo tipo di potenziali di azione di guida si chiama Saltatoria. Il suo nome deriva dal latino "saltare", che significa "ballare". Il concetto è perché l'impulso sembra saltare dal nodulo al nodulo.

Vantaggi della conduzione salina per trasmettere potenziali d'azione

Questo tipo di guida ha i suoi vantaggi. Innanzitutto, per risparmiare energia. I trasportatori di sodio e potassio trascorrono molta energia estraendo l'eccesso di sodio dall'assone durante i potenziali d'azione.

Questi trasportatori di sodio e potassio si trovano in aree dell'assone che non sono ricoperte di mielina. Tuttavia, in un assone mielinizzato, il sodio può entrare solo nei nodi di Ranvier. Pertanto, molto meno sodio entra, e per questo motivo, meno sodio deve essere pompato fuori. Quindi i trasportatori di sodio e potassio devono lavorare meno.

Un altro vantaggio della mielina è la velocità. Un potenziale d'azione è guidato più rapidamente in un assone mielinizzato, poiché l'impulso "salta" da un nodulo all'altro, senza dover passare attraverso l'intero assone.

Questo aumento della velocità fa sì che gli animali pensino e reagiscano più rapidamente. Altri esseri viventi, come il calamaro, hanno assoni senza mielina che ottengono velocità a causa di un aumento delle loro dimensioni. Gli assoni del calamaro hanno un grande diametro (circa 500 μm), che consente loro di viaggiare più velocemente (circa 35 metri al secondo).

Tuttavia, alla stessa velocità, i potenziali di azione negli assoni dei gatti viaggiano, sebbene abbiano un diametro di soli 6 μm. Quello che succede è che questi assoni contengono mielina.

Un assone mielinizzato può portare a potenziali d'azione ad una velocità di circa 432 chilometri all'ora, con un diametro di 20 μm.

riferimenti

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