Potenziale d'azione

Come Potenziale d'azione viene chiamato un cambiamento a breve termine nel potenziale di membrana. I potenziali d'azione si presentano tipicamente sulla collina degli assoni di una cellula nervosa e sono il prerequisito per la trasmissione dello stimolo.

Qual è il potenziale d'azione?

Il potenziale d'azione è un'inversione spontanea di carica nelle cellule nervose. I potenziali d'azione sorgono sulla collina degli assoni. La collina dell'assone è l'origine dei processi di inoltro di una cellula nervosa. Il potenziale d'azione migra quindi lungo l'assone, cioè il processo nervoso.

Un potenziale può durare da un millisecondo a pochi minuti. Ogni potenziale d'azione è ugualmente pronunciato nella sua intensità. Non ci sono quindi potenziali d'azione né deboli né forti. Si tratta più di reazioni tutto o niente, cioè o uno stimolo è abbastanza forte da poter attivare completamente un potenziale d'azione o il potenziale d'azione non viene attivato affatto. Ogni potenziale d'azione si svolge in più fasi.

Funzione e compito

Prima del potenziale d'azione, la cellula è nel suo stato di riposo. I canali del sodio sono in gran parte chiusi, i canali del potassio sono parzialmente aperti. Attraverso il movimento degli ioni potassio, la cellula mantiene in questa fase il cosiddetto potenziale di membrana a riposo. Questo è di circa -70 mV. Se misurassi la tensione all'interno dell'assone, otterrai un potenziale negativo di -70 mV. Ciò può essere fatto risalire a uno squilibrio di carica degli ioni tra lo spazio esterno alla cellula e il fluido cellulare.

I processi di assorbimento delle cellule nervose, i dendriti, raccolgono gli stimoli e li trasmettono al tumulo dell'assone attraverso il corpo cellulare. Il potenziale di membrana a riposo cambia con ogni stimolo in arrivo. Affinché un potenziale d'azione possa essere attivato, tuttavia, è necessario superare un valore di soglia sulla collina dell'assone. Questo valore di soglia viene raggiunto solo quando il potenziale di membrana aumenta da 20 mV a -50 mV. Se il potenziale di membrana sale solo a -55 mV, ad esempio, non accade nulla a causa della reazione tutto o niente.

Se la soglia viene superata, i canali del sodio della cellula si aprono. Gli ioni di sodio caricati positivamente fluiscono all'interno, il potenziale di riposo continua ad aumentare. I canali del potassio si chiudono. Il risultato è un'inversione di polarizzazione. Lo spazio all'interno dell'assone è ora caricato positivamente per un breve periodo. Questa fase è anche nota come overshoot.

I canali del sodio si richiudono prima che venga raggiunto il massimo potenziale di membrana. Per fare ciò, i canali del potassio si aprono e gli ioni di potassio fluiscono fuori dalla cellula. Ha luogo la ripolarizzazione, il che significa che il potenziale di membrana si avvicina nuovamente al potenziale di riposo. La cosiddetta iperpolarizzazione si verifica anche per un breve periodo. Il potenziale di membrana scende al di sotto di -70 mV. Questo periodo di circa due millisecondi è anche chiamato periodo refrattario. Nel periodo refrattario non è possibile attivare un potenziale d'azione. Questo serve a prevenire l'eccitabilità eccessiva della cellula.

Dopo la regolazione da parte della pompa sodio-potassio, la tensione torna a -70 mV e l'assone può essere nuovamente eccitato da uno stimolo. Il potenziale d'azione viene ora trasmesso da una sezione dell'assone a quella successiva.Poiché la sezione precedente è ancora nel periodo refrattario, lo stimolo può essere trasmesso solo in una direzione.

Tuttavia, questa trasmissione continua di stimoli è piuttosto lenta. La trasmissione dello stimolo saltatorio è più veloce. Gli assoni sono circondati da una cosiddetta guaina mielinica. Funziona come una specie di nastro isolante. Nel mezzo, la guaina mielinica viene ripetutamente interrotta. Queste interruzioni sono note come anelli di legatura. Con la trasmissione dello stimolo saltatorio, i potenziali d'azione ora saltano quasi da un anello all'altro. Ciò aumenta notevolmente la velocità di avanzamento.

Il potenziale d'azione è la base per trasmettere informazioni sullo stimolo. Tutte le funzioni del corpo si basano su questa trasmissione.

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Malattie e disturbi

Se le guaine mieliniche delle cellule nervose vengono attaccate e distrutte, si verificano gravi disturbi nella trasmissione degli stimoli. Con la perdita della guaina mielinica, la carica viene persa durante il trasporto. Ciò significa che è necessaria una maggiore carica per eccitare l'assone alla successiva rottura della guaina mielinica. Se lo strato di mielina è leggermente danneggiato, il potenziale d'azione si manifesta con un ritardo. In caso di danni gravi, la trasmissione dell'eccitazione può essere completamente interrotta, poiché non è più possibile attivare il potenziale d'azione.

Le guaine mieliniche possono essere influenzate da difetti genetici come il morbo di Krabbe o il morbo di Charcot-Marie-Tooth. La malattia demielinizzante più nota è probabilmente la sclerosi multipla. Qui le guaine mieliniche vengono attaccate e distrutte dalle stesse cellule di difesa del corpo. A seconda dei nervi colpiti, possono verificarsi disturbi visivi, debolezza generale, spasticità, paralisi, sensibilità o disturbi del linguaggio.

La paramotonia congenita è una malattia piuttosto rara. In media, solo una persona su 250.000 ne è colpita. La condizione è un disturbo del canale del sodio. Di conseguenza, gli ioni sodio possono penetrare nella cellula anche nelle fasi in cui il canale del sodio dovrebbe essere effettivamente chiuso e quindi innescare un potenziale d'azione, anche se in realtà non c'è alcuno stimolo. Di conseguenza, può esserci tensione permanente nei nervi. Ciò si manifesta in un aumento della tensione muscolare (miotonia). Dopo un movimento volontario, i muscoli si rilassano notevolmente dopo un certo ritardo.

Il modo opposto è concepibile anche con Paramyotonia congenita. È possibile che il canale del sodio non consenta agli ioni di sodio di entrare nella cellula anche se eccitato. Un potenziale d'azione può essere attivato solo con un ritardo o per niente, nonostante uno stimolo in arrivo. Non c'è quindi alcuna reazione allo stimolo. Il risultato sono disturbi della sensibilità, debolezza muscolare o paralisi. L'insorgenza dei sintomi è particolarmente favorita dalle basse temperature, motivo per cui le persone colpite dovrebbero evitare qualsiasi raffreddamento dei muscoli.