Le cellule nervose comunicano attraverso due tipi di segnali elettrici

rappresentati da variazioni del potenziale di membrana che a loro

volta sono determinate dall’apertura o dalla chiusura di canali ionici

provvisti di gate:

1) Potenziali graduati, che rappresentano piccoli segnali elettrici

proporzionati all’intensità dello stimolo che li ha generati, i quali

agiscono a breve distanza, poiché diminuiscono di ampiezza man

mano che ci si allontana dal sito della loro genesi.

2) Potenziali d’azione, che rappresentano segnali di tipo tutto o nulla,

che sono costituiti da una rapida e transitoria inversione di polarità

della membrana, che si propaga uguale a sé stessa senza

diminuire d’intenità e sono utilizzati soprattutto per propagare

l’informazione su lunghe distanze.

Potenziali graduati e potenziali d’azione

I segnali elettrici sono dovuti a variazioni del potenziale di membrana. Essi si generano quando,

in risposta a particolari stimoli, si aprono o si chiudono alcuni canali ionici con gate.

Quando i canali con gate si aprono o si chiudono, cambia la permeabilità ad alcuni ioni,

modificandone il movimento attraverso la membrana e conseguentemente modificando il

potenziale di membrana.

Descrizione delle variazioni del potenziale di membrana

Poiché il potenziale di membrana rappresenta la differenza di

potenziale tra i due lati della membrana, si dice che la

membrana è polarizzata.

Dal momento che il potenziale ha un valore negativo (circa -70

mV nei neuroni), un cambiamento verso valori più negativi è

detto iperpolarizzazione, in quanto la membrana diventa più

polarizzata.

Un cambiamento verso valori meno negativi determina una

depolarizzazione della membrana, in quanto la membrana

diventa meno polarizzata.

La ripolarizzazione si verifica quando il potenziale di

membrana ritorna al valore di riposo dopo una

depolarizzazione.

C.L. Stanfield

FISIOLOGIA – V Ed.

EdiSES

Potenziali graduati

I potenziali graduati rappresentano piccole modificazioni del potenziale di membrana he si

verificano quando i canali ionici provvisti di gate si aprono o si chiudono in risposta a segnali

specifici.

Gli stimoli che producono segnali graduati possono essere:

Stimoli chimici (come quelli prodotti dai neurotrasmettitori che si legano a

recettori localizzati sulla membrana postsinaptica)

Stimoli sensoriali (a livello dei recettori sensoriali)

L’ampiezza della variazione del potenziale di membrana viene graduata in funzione

dell’intensità dello stimolo che l’ha generata: uno stimolo debole produce un piccolo

cambiamento del potenziale di membrana, mentre uno stimolo più intenso provoca una

variazione del potenziale di membrana di maggiore ampiezza.

Potenziali graduati

L’ampiezza della variazione del potenziale di membrana viene graduata in funzione

dell’intensità dello stimolo che l’ha generata: uno stimolo debole produce un piccolo

cambiamento del potenziale di membrana, mentre uno stimolo più intenso provoca una

variazione del potenziale di membrana di maggiore ampiezza.

C.L. Stanfield

FISIOLOGIA – V Ed.

EdiSES

Potenziali graduati

I potenziali graduati possono propagarsi dal punto di stimolazione per

brevi distanze, in quanto sono eventi che si attenuano con la distanza dal

puto in cui si generano.

Alcuni potenziali graduati sono depolarizzanti, mentre altri sono

iperpolarizzanti. La direzione della variazione del potenziale dipende dal

tipo di neurone interessato, dallo stimolo applicato e dal tipo di canale

ionico che si apre o si chiude in risposta allo stimolo stesso.

Potenziali graduati

Cellule eccitabili

La modalità di segnalazione basata su potenziali d’azione è utilizzata

oltre che nei neuroni anche in altri tipi di cellule, come le cellule del

muscolo scheletrico e cardiaco.

In riferimento alla proprietà di poter sviluppare potenziali d’azione,

neuroni, cellule muscolari scheletriche e cellule muscolari cardiache

sono definite cellule eccitabili.

In tali cellule il potenziale di membrana (negativo all’interno della

cellula) prende il nome di potenziale di riposo poiché caratterizza lo

stato di riposo della cellula.

Neurone

Ciascun neurone è formato da un corpo cellulare, detto pirenoforo o soma, da cui si

dipartono uno o più processi citoplasmatici atti alla ricezione di impulsi, i dendriti, ed un

prolungamento citoplasmatico deputato alla trasmissione di impulsi: l’assone (l’assone viene

anche indicato con il termine di fibra).

Neurone

Corpo cellulare del neurone

Il corpo cellulare del neurone ha una struttura

simile a quelle delle altre cellule, dal momento

che esso contiene un nucleo, l’apparato del

Golgi, il reticolo endoplasmico e i mitocondri.

Il corpo cellulare assolve la maggior parte delle

funzioni svolte dalle altre cellule, come la sintesi

proteica e il metabolismo cellulare.

Neurone

Il neurone è caratterizzato dalla presenza di due tipi di prolungamenti, noti rispettivamente

come dendriti e assone.

I dendriti sono sottili e molto ramificati. Insieme al corpo cellulare, o debdriti fanno parte della

zona ricevente del neurone.

Gli assoni sono generalmente più grandi e lunghi dei dendriti, originano dal pirenoforo a livello

del monticolo assonico e si possono ramificare ripetutamente, ciascuna ramificazione

termina con un rigonfiamento a forma di bottone: la terminazione sinaptica o bottone

sinaptico

Regionalizzazione delle

funzioni nel neurone

I dendriti rappresentano la zona di

ricezione dei potenziali sinaptici

(graduali) eccitatori ed inibitori. Questi

vengono integrati nel soma e possono

dar luogo ad un impulso nervoso nel

monticolo assonico.

L’ impulso viene propagato rapidamente

lungo l’assone (zona di conduzione) per

raggiungere le terminazioni nervose,

zona specializzata nella liberazione del

neurotramettitore.

Regionalizzazione delle

funzioni nel neurone

Monticolo assonico

La regionalizzazione delle funzioni del

neurone è dovuta alla presenza di canali

ionici differenti tra soma e dendriti da un

lato e assone dall’altro lato.

A livello dell’assone sono presenti canali

del Na+ e del K+ voltaggio dipendenti,

responsabili della genesi del potenziale

d’azione.

Tali canali sonio assenti nella membrana

plasmatica del soma e dei dendriti,

dove, invece, si ritrovano canali stimolo-

dipendente che danno luogo a potenziali

graduati.

Principali tipi morfologici di cellule nervose

Principali tipi morfologici di cellule nervose

I neuroni, a seconda del numero e disposizione di assone e dendriti, si possono dividere in:

neuroni unipolari: sono presenti nella vita fetale. Nell’adulto sono rappresentati solo dai

neuroni sensitivi dell’olfatto e dai coni e bastoncelli della retina. Sono sprovvisti di dendrite e il

solo prolungamento, centrale al pirenoforo, funziona da assone.

neuroni pseudounipolari: sono neuroni con il pirenoforo a forma di goccia, dotati di un solo

prolungamento che, successivamente, si divide a T formando, così, un assone e un dendrite.

Tipico esempio sono i neuroni dei gangli sensitivi spinali e dei gangli sensitivi dei nervi cranici.

neuroni bipolari: il loro pirenoforo ha forma ellittica con due prolungamenti, l’assone e il

dendrite, posti ai poli della cellula. Li troviamo nel ganglio spirale, nel ganglio vestibolare e

nella retina.

neuroni multipolari: sono di forma poliedrica proprio perché dal pirenoforo si dipartono un

assone e due o più dendriti. Rappresentano il tipo di neurone più comune presente nel

tessuto nervoso.

Trasporto assonale

I neuroni presentano meccanismi di trasporto per mobilitare prodotti sia dal corpo cellulare al terminale

assonale (trasporto anterogrado), che dal terminale assonale al corpo cellulare (trasporto retrogrado).

Trasporto assonale

Il trasporto di vescicole dal

soma al terminale assonale

avviene grazie ai microtubuli

che si estendono per tutta la

lunghezza dell’assone e

svolgono il ruolo di «binari»

per le molecole trasportatrici.

Queste sono rappresentate

da chinesine e dineine, che,

utilizzando l’idrolisi di ATP,

essenzialmente

«camminano» sui «binari»

costituiti dai microtubuli.

Le chinesine intervengono

nel trasporto anterogrado, le

dineine nel trasporto

retrogrado.

Principali tipi di cellule gliali

Le cellule della neuroglia sono molto più

numerose dei neuroni e, contrariamente

ai neuroni, mantengono la capacità di

proliferare. Esse hanno funzione di

supporto e cooperazione nelle funzioni

neuronali. Ne SNC abbiamo

oligodendrociti, astrociti, microglia,

cellule ependimali, nel SNP cellule diSchwann e cellule satelliti.

Principali tipi di cellule gliali

Astrociti

Gli astrociti sono presenti nel SNC dove rappresentano il maggior supporto fisico ai

neuroni e contribuiscono a determinare la barriera emato-encefalica. Hanno una forma

stellata con diversi prolungamenti che terminano con dei pedicelli.

Oligodendrociti e cellule di Schwann

Oligodendrociti e cellule di Schwann

sono deputate alla formazione della

guaina mielinica che riveste l’assone di

numerosi neuroni rispettivamente nel

sistema nervoso centrale e in quello

periferico

I microgliociti si occupano della prima e principale

difesa immunitaria attiva nel sistema nervoso

centrale. si muovono costantemente e analizzano il

SNC in cerca di neuroni danneggiati, placche e

agenti infettivi.

Potenziale d’azione

Il potenziale d’azione consiste in una repentina e transitoria variazione

del potenziale di membrana che si genera nelle cellule eccitabili in

risposta a potenziali graduati che raggiungono il valore soglia, ossia

quel valore del potenziale di membrana che è critico per l’innesco del

potenziale d’azione.

Durante il potenziale d’azione si verifica un’ampia e rapida

depolarizzazione durante la quale si registra per un breve periodo

un’inversione della polarità del potenziale di membrana.

Segmento iniziale o

monticolo assonico o

zona trigger

Nel neurone il potenziale d’azione prende origine dal tratto iniziale

dell’assone detto monticolo assonico o segmento iniziale o zona trigger

e corre lungo l’assone fino al terminale assonico senza attenuazionedella sua intensità.

1. Depolarizzazione rapida2. Ripolarizzazione3. Iperpolarizzazione

postuma

Potenziale d’azione

Il potenziale d’azione si innesca nel tratto iniziale

dell’assone (cono d’emergenza) quando un

potenziale graduato, che rappresenta una

variazione del potenziale di membrana a livello dei

dendriti o dal soma del neurone, raggiungendo il

cono d’emergenza, depolarizza la membrana fino al

valore soglia (-55 mV).

A questo punto si innesca il potenziale d’azione che

consta di tre fasi distinte:

C.L. StanfieldFISIOLOGIA – V Ed.

EdiSES

L’ampiezza del potenziale d’azione è indipendente

dalla grandezza dello stimolo, ovvero se lo stimolo è

abbastanza grande da superare la soglia, il

potenziale viene evocato con ampiezza e forma

costante.

Potenziale d’azione1) Depolarizzazione rapida

Durante questa fase il potenziale di membrana

passa dal valore soglia di -55 mV a + 30 mV.

Questa fase si caratterizza per un rapido e

brusco aumento della conduttanza della

membrana al Na+. Il Na+ entra in cellula perché

sospinto dal suo gradiente di potenziale

elettrochimico.

A causa dell’elevata conduttanza della membrana

al Na+, il potenziale di membrana tende ad

avvicinarsi al potenziale di equilibrio di tale ione

(+58 mV).

Al picco della fase ascendente la membrana ha

cambiato polarità: il versante intracellulare è più

positivo di quello extracellulare. Questo

cambiamento è rappresentato sul grafico

dall'overshoot, cioè dalla porzione di potenziale

d'azione che è al di sopra di 0 mV.

Potenziale d’azione

2) Ripolarizzazione

La seconda fase del potenziale d’azione è la

ripolarizzazione della membrana, durante la quale il

potenziale di membrana, dal valore di +30 mV ritorna

al valore di riposo di -70mV.

Nell’arco di 1 msec, dopo l’iniziale incremento della

conduttanza al Na+, questa diminuisce rapidamente

fino ad annullarsi, mentre nel frattempo sta

aumentando la conduttanza al K+. Pertanto, il K+

fuoriesce dalla membrana secondo il suo gradiente

elettrochimico, ripolarizzando la membrana fino a

raggiungere il potenziale di riposo.

Potenziale d’azione

2) Ripolarizzazione

Quindi, la fase di ripolarizzazione del potenziale

d'azione è legata ad un aumento della permeabilità al

K+. Infatti anche i canali voltaggio dipendenti del K+ si

aprono in risposta alla depolarizzazione soglia iniziale,

ma sono più lenti, perciò il picco di permeabilità del K+

viene raggiunto più tardi rispetto a quello del Na+.

Quando i canali per il K+ finalmente si aprono il

potenziale di membrana ha raggiunto +30 mV grazie

all’ingresso del Na+. In queste condizioni il K+ è spinto

ad uscire dalla cellula sia dal suo gradiente di

concentrazione che dal gradiente elettrico.

L’uscita di K+ dalla cellula riporta il potenziale di

membrana al valore di riposo.

.

Potenziale d’azione

3) Iperpolarizzazione postumaNel corso di tale fase la conduttanza al K+

rimane elevata per un breve periodo dopo

che il potenziale di membrana ha raggiunto il

proprio valore di riposo. Durante tale periodo

il potenziale di membrana è più negativo che

in condizioni di riposo, avvicinandosi al

potenziale di equilibrio del K+.

Quando i canali del K+ voltaggio dipendenti

si chiudono e si ripristina una normale

permeabilità al K+ il potenziale di membrana

ritorna al valore di riposo di –70 mV.

Potenziale d’azione con relative variazioni di conduttanza al Na+ e al K+

La variazione del potenziale

di membrana, che

caratterizza le diverse fasi

del potenziale d’azione, è

dovuta a variazioni di

conduttanza al Na+ e al K+,

le quali a loro volta sono

dovute all’apertura e alla

chiusura, temporalmente

coordinate, dei canali

voltaggio-dipendenti per il

Na+ e per il K+.

Potenziale d’azione con relative variazioni di conduttanza al Na+ e al K+

Dall’analisi delle curve di

conduttanza del Na+ e del K+

durante il decorso del

potenziale d’azione, si

osserva che è proprio un

aumento transitorio della

conduttanza al Na+ l’evento

responsabile dell’innesco del

potenziale d’azione.

Tale incremento è determinato

dall’apertura dei canali del Na+

voltaggio dipendenti in

corrispondenza del

raggiungimento della soglia.

Potenziale d’azione con relative variazioni di conduttanza al Na+ e al K+

In condizioni di riposo, gran parte dei canali

del sodio sono chiusi. Essi si aprono in

corrispondenza della depolarizzazione della

membrana, sono perciò voltaggio-dipendenti.

Quando la membrana è depolarizzata da un

potenziale graduato fino al raggiungimento di

un valore soglia, si attivano i canali voltaggio-

dipendenti del sodio, entrano gli ioni sodio e

l’interno della cellula diventa ancora meno

negativo. Questo a sua volta provoca un

ulteriore aumento della conduttanza.

Questo processo a feedback positivo continua

fino a che il potenziale di membrana non

raggiunge un valore vicino al potenziale di

equilibrio del Na+. In corrispondenza di questo

valore il flusso di ioni Na+ termina.

depolarizzazione

Funzionamento dei canali per il Na+ voltaggio-dipendenti

I canali del Na+ voltaggio dipendenti hanno

due gate detti rispettivamente di attivazione e

di inattivazione costituiti da porzioni

amminoacidiche cariche e sensibili, pertanto,

al valore del potenziale di membrana.

Il gate di attivazione è

responsabile

dell’apertura del canale

del Na+ durante la fase di

depolarizzazione, mentre

la porta di inattivazione è

responsabile della

chiusura dei canali del

Na+ durante la fase di

ripolarizzazione.

C.L. StanfieldFISIOLOGIA – V Ed.

EdiSES

Funzionamento dei canali per il Na+ voltaggio-dipendenti

Entrambi i gate si aprono e si chiudono in risposta a modificazioni del potenziale di

membrana e, in base alla posizione delle porte, il canale del Na+ può trovarsi in una

delle seguenti tre conformazioni:

depolarizzazione

C.L. StanfieldFISIOLOGIA – V Ed.

EdiSES

(a) Gate di inattivazione aperto e gate di

attivazione chiuso: il canale si trova nella

conformazione di chiuso ma attivabile.

Questa è la condizione di riposo per il

neurone, in cui il canale del Na+ è in

posizione chiusa ma in grado di aprirsi in

risposta ad uno stimolo depolarizzante

soglia.

(b) Gate di inattivazione aperto e gate di

attivazione aperto: il canale si trova nella

conformazione di aperto. Questa

conformazione si osserva durante la fase di

depolarizzazione.

(a)

(b)

(c)

(c) Gate di inattivazione chiuso e gate di

attivazione aperto: il canale si trova nella

conformazione di chiuso e inattivabile.

Questa è la conformazione che caratterizza

la fase di ripolarizzazione.

La porta di inattivazione rimane chiusa

finché il potenziale di membrana non ritorna

ad un valore prossimo al potenziale di

riposo.

Funzionamento dei canali per il Na+ voltaggio-dipendenti

Entrambi i gate si aprono e si chiudono in risposta a modificazioni del potenziale di

membrana e, in base alla posizione delle porte, il canale del Na+ può trovarsi in una

delle seguenti tre conformazioni:

depolarizzazione

C.L. StanfieldFISIOLOGIA – V Ed.

EdiSES

(a)

(b)

(c)

(c) Gate di inattivazione chiuso e gate di

attivazione aperto: il canale si trova nella

conformazione di chiuso e inattivabile.

Questa è la conformazione che caratterizza

la fase di ripolarizzazione.

La rapida depolarizzazione che si verifica

durante la fase ascendente del potenziale

d’azione determina la chiusura del cancello

di inattivazione, che normalmente è tenuto

aperto da potenziali negativi, per cui il

potenziale d’azione si ferma al valore di

+30 mV. La chiusura del cancello di

inattivazione arresta il feedback positivo.

Tra l’apertura del cancello di attivazione e

quella del cancello di inattivazione

decorrono 0.5 ms sufficienti a determinare

la fase ascendente del potenziale d’azione.

Funzionamento dei canali per il Na+ voltaggio-dipendenti

L’apertura della porta di inattivazione è un processo rigenerativo, in

quanto rigenera a sua volta l’apertura della porta di attivazione di altri

canali del Na+.

depolarizzazione

C.L. StanfieldFISIOLOGIA – V Ed.

EdiSES

(a)

(b)

(c)

Infatti, all’inizio la depolarizzazione

soglia determina l’apertura di pochi

canali del Na+, con conseguente

afflusso di Na+ nella cellula.

Ciò causa la depolarizzazione

della membrana e causa l’apertura

di ulteriori canali del Na+, portando

ad un maggiore afflusso di Na+ e

ad una maggiore

depolarizzazione.

Questo feedback positivo si

arresta quando la porta di

inattivazione si chiude.

Elementi caratterizzanti di tali canali sono:

4 domini della subunità α disposte in

cerchio, ognuna con 6 STM;

il filtro di selettività, dato dalla

giustapposizione delle 4 “regioni P”

interposte tra S5 ed S6;

le gates di attivazione, disposte

all’imboccatura citoplasmatica del canale;

i sensori del voltaggio: i 4 STM S4;

la gate di inattivazione

Canali del Na+ voltaggio dipendenti

Canali del Na+ voltaggio dipendenti

I canali del Na+ sono costituiti da una grossa sub-unità α che si associa ad altre proteine, come le sub-

unità β.

La subunità α forma il cuore del canale e funziona per sè stessa.

La sub-unità-α ha quattro domini ripetuti (I, II, III, IV) e ognuno contiene sei regioni trans-membrana (da

S1 a S6).

Il filtro di selettività del canale è determinato dall’ansa P di ogni dominio che riveste in lato interno del

canale.

Canali del Na+ voltaggio dipendenti

La regione S4 di ogni domino, altamente conservata, agisce come sensore di voltaggio delcanale. La sensibilità al voltaggio della regione S4 è dovuta all’elevata presenza di aminoacidipositivi (in particolare arginina). Quando vengono stimolati da una depolarizzazione dellamembrana, questa regione si muove verso il lato esterno influenzando il gate di attivazione efacendo sì che il canale diventi permeabile agli ioni.

Il gate di attivazione è a sua volta l’estensione, verso il lume del canale, del segmento S6 diciascun dominio. Le 4 gates che a riposo (canale chiuso) si incrociano chiudendo il canale,quando interviene l’apertura vengono ribaltate all’esterno e rendono così possibile l’accessoagli ioni.

Canali del Na+ voltaggio dipendenti

Il gate di inattivazione è rappresentato da una porzione citoplasmatica del canale (ansa checonnette i domini III e IV) che occlude il poro legandosi ad una regione adiacente (il sito diattracco). Il sito di attracco a sua volta è costituito da regioni multiple comprendenti l’ansacitoplasmatica che connette S4 a S5 dei domini III e IV e l’estremità citoplasmatica di S6 neldominio IV. Anch’esso è dotato di amminoacidi carichi positivamente che lo rendono sensibileal voltaggio.

Canali per il K+ voltaggio-dipendenti

Sono costituiti da 4 subunità disposte in cerchio a

formare il canale. Ogni subunità è composta da 6

segmenti transmenbrana.

Il segmento tra la 5a e la 6a α-elica (P-loop) si trova

al centro del poro e determina la selettività degli ioni.

A livello della 4a α-elica c’è il segmento che funge da

sensore del voltaggio; è costituito da diversi

aminoacidi, tra cui l’arginina a contatto con

aminoacidi idrofobici, che si muove in seguito alle

variazioni del potenziale provocando l’apertura del

canale.

Canali per il K+ voltaggio-dipendenti

La chiusura del canale è dovuta all’azione di “tappo” di un peptide

che costituisce l’estremità N-terminale della subunità a (una “ball”;

in realtà 4: una per subunità), collegato alla restante parte della

molecola da un tratto flessibile (una “chain”): meccanismo del tipo

“ball and chain”.

Il peptide è dotato di cariche positive, che prenderebbero contatto

con cariche negative speculari posizionate all’imboccatura

intracellulare del canale.

Schematizzazione del “ciclo di Hodgkin”

è la relazione circolare tra il potenziale di

membrana e le conduttanze al Na+ e al K+

Il principio «tutto o nulla» del potenziale d’azione

La generazione del potenziale d’azione segue il principio del «tutto o nulla»:

Se una membrana è depolarizzata fino al valore soglia o oltre, si

genera un potenziale d’azione che ha sempre la stessa ampiezza.

Se la membrana non è depolarizzata fino al valore soglia, non si

genera alcun potenziale d’azione.

q = i x t

Lo stimolo soglia

Lo stimolo soglia è quello stimolo che

fornisce alla membrana una quantità

di carica q tale da depolarizzare la

membrana stessa ad una valore del

potenziale di membrana capace di

determinare l’apertura dei canali del

Na+ voltaggio-dipendenti.

La quantità di carica q è pari al

prodotto della corrente fornita per il

tempo. Pertanto, è possibile ottenere

uno stimolo soglia variando la

corrente o il tempo.

Reobase e cronassia

La reobase è la minima intensità di uno stimolo elettrico, applicata per un tempo molto

lungo a una fibra nervosa o muscolare, capace di produrre un potenziale d'azione. Il tempo

necessario per produrre un impulso con una corrente di intensità doppia della reobase è

detto cronoassia e fornisce una misura della eccitabilità della fibra. Cronassia è la misura

dell’eccitabilità (espressa in millesimi di secondo) di un tessuto stimolato mediante corrente

continua. Più piccolo è il tempo di cronassia di un tessuto, più esso è eccitabile.

Accomodazione della soglia

L'accomodazione della soglia consiste in

una aumento del potenziale soglia per un

neurone sottoposto a stimolazioni la cui

intensità cresce lentamente.

Se si fornisce una corrente che cresce

molto velocemente (a), il potenziale soglia

è vicino a quello normale. Se si fornisce

una corrente che aumenta di intensità

lentamente, il potenziale soglia si innalza.

Se una cellula viene depolarizzata troppo

lentamente la soglia di eccitabilità può

essere superata senza che si verifichi un

potenziale d’azione.

Tale fenomeno è detto accomodazione

della soglia.

Accomodazione della soglia

Sperimentalmente la curva della soglia viene

ottenuta usando correnti progressive, cioè correnti

che aumentano l’intensità in modo lineare (a, b, c,

d). Il raggiungimento della soglia viene segnalata

dalla insorgenza del potenziale d’azione.

Le correnti a, b, c sono soglia ai fini della genesi

del potenziale d’azione, ma la corrente a è più

efficace e più rapida nel generare l’impulso

nervoso. La corrente d è talmente lenta che risulta

essere inefficace nel generare il potenziale

d’azione perché nel frattempo è cambiata la soglia

nel senso che durante la stimolazione la soglia è

aumentata.

In conclusione le correnti soglia più efficaci ai fini

della stimolazione sono quelle più rapide, che di

conseguenza determinano una maggiore velocità

di propagazione del potenziale d’azione.

Accomodazione della soglia

A cosa è dovuta l’accomodazione della soglia?

E’ dovuta ai canali del Na+ e del K+ voltaggio

dipendenti.

Infatti, se la depolarizzazione è sufficientemente

lenta, alcuni canali del Na+, apertisi durante la

depolarizzazione, hanno un tempo sufficiente per

essere inattivati con il prolungarsi della

depolarizzazione. Pertanto, se la depolarizzazione

è sufficientemente lenta, può non essere raggiunto

quel numero sufficiente di canali del Na+ aperti

necessario perché si instauri un potenziale

d’azione.

Inoltre, in risposta alla depolarizzazione lenta, i

canali del K+ si aprono. L’incremento di

conduttanza al K+ tende a ripolarizzare la

membrana rendendola ancora più refrattaria alla

depolarizzazione.

La refrattarietà del neurone si riferisce al fatto che,

una volta che sia stato avviato un potenziale d’azione,

per un tempo di circa 1 ms un secondo potenziale

d’azione non può nuovamente ripartire per quanto sia

intenso lo stimolo. Questo viene definito periodo

refrattario assoluto.

Immediatamente dopo il periodo refrattario assoluto,

si verifica il periodo refrattario relativo in cui un

potenziale graduato più intenso di quello necessario a

raggiungere il valore soglia può avviare un secondo

potenziale d’azione. Il periodo refrattario relativo dura

5-15 ms.

-70

+30

0

Tempo (ms)2 4

periodo

refrattario

assoluto

Periodo

refrattario relativo

0

Periodo refrattario

-70

+30

0

Tempo (ms)2 4

periodo

refrattario

assoluto

Periodo

refrattario relativo

0

Periodo refrattario

A cosa è dovuto il periodo refrattario assoluto?

Durante la fase di rapida depolarizzazione i canali

voltaggio dipendenti per il Na+ sono tutti aperti; quindi

qualsiasi stimolo di qualsiasi intensità non può aprirne

altri. Inoltre, una volta che la cellula è depolarizzata, i

canali del Na+ sono inattivi. In questa situazione

qualsiasi stimolo, anche il più “potente” non attiverà

nessun potenziale d’azione.

Un secondo potenziale d’azione non si può verificare

finché la maggior parte dei canali del Na+ non sia tornata

allo stato di riposo, ossia con la porta di inattivazione

aperta e la porta di attivazione chiusa.

A cosa è dovuto il periodo refrattario relativo?

Il periodo refrattario relativo è dovuto principalmente

all’elevata permeabilità al K+ che continua oltre la fase di

ripolarizzazione con la iperpolarizzazione postuma.

Funzioni del periodo refrattario

Impedire il riverbero dei segnali che devono essere propagati in una sola

direzione (antidromica) senza poter tornare indietro

Limitare la frequenza di scarica di un neurone

Conseguenze del periodo refrattario

Il potenziale d’azione è un evento isolato che non può sommarsi con

altri potenziali d’azione.

La frequenza con cui un neurone può generare potenziali d’azione è

limitata