Il potenziale d’azione (p.d.a.)
• Evento tipico delle cellule eccitabili.
• Repentina e transitoria variazione del potenziale di
membrana in risposta ad uno stimolo
• Il potenziale d’azione è costituito da una fase di
depolarizzazione rapida (fase ascendente) seguita da una
fase di ripolarizzazione (fase discendente)
Terminologia
• Depolarizzazione: processo che rende il potenziale di
membrana meno negativo
• Iperpolarizzazione: evento che porta il potenziale di
membrana a valori più negativi
• Corrente di ingresso: corrente che depolarizza il potenziale di
membrana ed è dovuto al flusso di cariche positive all’interno
della cellula
• Corrente in uscita: flusso di cariche positive verso l’esterno
della cellula, in grado di iperpolarizzare il potenziale di
membrana
• Soglia: valore del potenziale di membrana al quale
inevitabilmente scatta il potenziale d’azione
• Potenziale postumo iperpolarizzante: evento costituito dalla
porzione del potenziale d’azione che segue la ripolarizzazione
Differenti tipi di potenziale d’azione
Il POTENZIALE D’AZIONE si genera SOLO quando lo
stimolo determina una variazione di potenziale di
membrana sufficientemente ampio da raggiungere il
valore SOGLIA
(soglia di eccitabilità o di stimolazione)
Il POTENZIALE D’AZIONE viene definito di tipo
“TUTTO O NULLA”
stimolo subliminare
non si genera pda
stimolo liminare o sovraliminare
si genera pda
Il potenziale d’azione generato ha un’ampiezza costante
(indipendentemente dall’intensità dello stimolo)
Potenziale d’azione (p.d.a.)
Es. Potenziale d’azione
neuronale
I CANALI DI MEMBRANA che sono coinvolti
nella genesi del pda sono
CANALI VOLTAGGIO-DIPENDENTI
Canali del Na+
voltaggio-dipendenti
a 2 porte:
1. cancello di attivazione
veloce
2. cancello di inattivazione
lento
Canale è chiuso (cancello
di attivazione chiuso) ma è
eccitabile
Canale aperto
Ingresso del Na+ secondo
gradiente elettrochimico
Feedback positivo (fase c)
Canale è chiuso
(cancello di inattivazione
chiuso) e non è eccitabile
= INATTIVATO
Meccanismo a feedback
positivo (fase c)
L’ingresso di cariche positive depolarizza a cellula determinando l’apertura
di altri canali per il Na+ i quali depolarizzano ulteriormente la cellula…..
Finchè non interviene la chiusura del cancello di inattivazione (fase d) che
impedisce l’ingresso di ulteriori ioni Na+
Finchè la cellula è eccitata è refrattaria a ulteriori stimoli
Il doppio cancello del canale Na+ ha un ruolo nel periodo di refrattarietà della cellula.
Periodo refrattario assoluto:i canali Na+ sono chiusi ed inattivi.
Periodo refrattario relativo: canali Na+ sono chiusi ma attivabili. Solo uno stimolo più
intenso può generare un pda. (se lo stimolo determina apertura canali Na+ le cariche
in ingresso però sono bilanciate dalle cariche in uscita di K+ e non permettono alla
membrana di generare un pda)
Canali Voltaggio-dipendenti del Na+ sono responsabili:
•del periodo refrattario della cellula
Lo stato chiuso e inattivo del canale del Na+ permette ad un secondo
potenziale di insorgere solo quando il primo potenziale è esaurito.
I potenziali d’azione non possono sommarsi
•della unidirezionalità della propagazione del pda.
(nel
neurone: trasmissione del pda dal soma al terminale assonico impedendo che
esso possa essere condotto in senso inverso)
Pompa Na+/K+ : è responsabile della ridistribuzione degli ioni dopo il pda
Il pda ha un’ampiezza costante
(indipendentemente dall’intensità dello stimolo)
L’intensità dello stimolo è codificata
dalla frequenza dei pda
Propagazione del pda
Il progredire dei pda, lungo la fibra nervosa o
muscolare, avviene mediante la propagazione di
correnti locali dalle regioni DEPOLARIZZATE a
quelle vicine A RIPOSO
Conduzione lungo la fibra nervosa:
correnti elettrotoniche
Correnti elettrotoniche = Spostamento di cariche elettriche tra
2 punti all’esterno e due punti all’interno della membrana tra i
quali è presente una differenza di potenziale.
Zona depolarizzata
Membrana a riposo
(polarizzata)
+ + + + + ++ + - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + +
---------- +++++++---------------------
Zona depolarizzata
+ + + + + ++ + - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + +
---------- +++++++---------------------
+ + + + ++ + - - - - - - - - - + + + + + + + + + +
---------- +++++++--------------
Direzione di
propagazione
dell’impulso
Propagazione del pda
avviene senza variazione di ampiezza
Conduzione lungo fibra amielinica
Conduzione SALTATORIA lungo fibra mielinica
Guaina mielinica
(cellula di Schwann)
Nodo di Ranvier
Conduzione saltatoria nelle
fibre nervose mieliniche
Le sinapsi
• Sono delle giunzioni transcellulari che permettono il
passaggio dell’impulso da un neurone all’altro o tra
un neurone e una cellula effettrice. La trasmissione
dell’impulso è unidirezionale.
• Neurone presinaptico o fibra presinaptica (quelli
che inviano l’informazione)
• Neurone postsinaptico o fibra postsinaptica
(quella che riceve l’informazione)
2 tipi di giunzioni sinaptica
1. Sinapsi elettriche (poche:
recettori gustativi, uditivi e
vestibolari; alcune sono presenti
nel S.N.C.)
2. Sinapsi chimiche (le più diffuse)
1. Sinapsi elettriche (es.): le membrane pre- e
postsinaptica sono a contatto attraverso GAP
Junction. Il segnale elettrico fluisce direttamente
da una cellula all’altra attraverso correnti
elettrotoniche. Le gap j. sono costituite ponticelli
citoplasmatici tra una cellula e l’altra.
Sono più veloci nella trasmissione
dell’informazione.
2. Sinapsi chimica: le membrane pre- e postsinaptiche
sono separate da una spazio sinaptico. La trasmissione
dell’informazione avviene mediante il rilascio di una
sostanza chimica o neurotrasmettitore da parte del
terminale presinaptico.
Il neurotrasmettitore, contenuto
all’interno di vescicole, viene rilasciato
in seguito al sopraggiungere di uno o
più impulsi (pda)
I’NT diffonde nello spazio sinaptico
fino a raggiungere i recettori posti sulla
membrana postsinaptica ed innesca
Figura 8.26 siverton
una risposta.
Ritardo sinaptico rispetto alla
sinapsi elettrica.
FASI della TRASMISSIONE 1. Il potenziale d’azione
depolarizza la
SINAPTICA
membrana del terminale
(ultimo tratto) del
neurone presinaptico
2. La depolarizzazione
apre i canali del Ca2+
voltaggio dipendenti
3. I’ingresso di Ca2+ nel
terminale del
neurone presinaptico
innesca l’esocitosi delle
vescicole sinaptiche
4. L’NT riversato nello
spazio sinaptico diffonde
fino a legarsi con i
recettori postsinaptici
6. Inattivazione del neurotrasmettitore (allontanamento, riciclo o
degradazione enzimatica)
Potenziale eccitatorio postsinaptico (EPSP)
Legame del neurotrasmettitore ai recettori sulla
membrana postsinaptica e apertura di canali ionici:
-NT eccitatori (Ach, NA, serotonina,dopamina ,
istamina, ecc) determinano l’apertura di canali per il
Na+ e per il K+. (Na+ entra e K+ esce)
La cellula si depolarizza e si genera un EPSP
L’EPSP ha un’ampiezza proporzionale alla
quantità di NT liberata, proporzionale a sua volta al
numero dei pda giunti nell’unità di tempo.
Affinché si generi un potenziale d’azione è
necessario che la depolarizzazione raggiunga il
valore soglia. Se il singolo EPSP non raggiunge
il valore soglia (=sottosoglia) si estingue e
l’impulso non viene trasmesso.
Soglia
-55mV
-70mV
Soglia
-55mV
-70mV
sottosoglia
soprasoglia
Potenziale inibitorio postsinaptico (IPSP)
NT inibitori (GABA, glicina) determinano
l’apertura di canali per il Cl- o K+. La cellula si
iperpolarizza e si genera un IPSP
L’IPSP allontana il potenziale di membrana dal
valore soglia e può impedire la trasmissione di
un impulso proveniente da un’altra fibra
(neurone) presinaptica.
-55mV
-70mV
Soglia
Il potenziale post-sinaptico
È GRADUATO = perché avrà una ampiezza variabile che
dipende dalla quantità di NT liberati dal terminale presinaptico
È LOCALE = diffonde e si estingue. tanto maggiore è l’ampiezza
del potenziale graduato e tanto più lontano si estinguerà.
Stimolo
Il potenziale d’azione (pda)
È del tipo TUTTO O NULLA = per generarsi la depolarizzazione
deve superare il valore soglia. Esso ha una ampiezza costante
indipendentemente dall’intensità dello stimolo
È PROPAGATO = non diminuisce di ampiezza propagandosi
Conduzione elettrotonica alla zona trigger
no potenziale
d’azione
potenziale
d’azione
Affinchè si generi un potenziale d’azione è necessario che
la depolarizzazione nella zona trigger raggiunga il VALORE
SOGLIA. Se EPSP è sottosoglia e si estingue.
Integrazione spazio-tempo (sommazione spaziale e
sommazione temporale)
Su ogni neurone (soma e dendriti) ci
sono numerose sinapsi, sia
eccitatorie che inibitorie: l’effetto
prodotto dipende dalla somma
spaziale e temporale delle singole
sinapsi attivate.
Sommazione spaziale di
potenziali postsinaptici
generati da sinapsi diverse
La somma di più EPSP
raggiunge il valore soglia e
genera il potenziale
d’azione
Se la somma algebrica di
EPSP e IPSP raggiunge il
valore soglia genererà il
potenziale d’azione in caso
contrario bloccherà la
trasmissione dell’impulso.
Sommazione temporale di potenziali postsinaptici in
base alla frequenza di scarica
La giunzione neuromuscolare o
placca motrice
Le fibre muscolari scheletriche sono innervate da
motoneuroni i cui corpi cellulari sono localizzati nelle
corna anteriori della sostanza grigia del midollo
spinale.
Ogni motoneurone in
prossimità del muscolo
perde il rivestimento
mielinico,si ramifica e
innerva più fibre muscolari
(=UNITA’ MOTORIA)
Ogni ramificazione forma un
gruppo di bottoni terminali
che forma la sinapsi con la
fibra muscolare
(giunzione neuromuscolare
o placca motrice)
La sinapsi tra motoneurone e fibra
muscolare scheletrica differisce in
quanto la membrana postsinaptica
presenta una invaginazione
(DOCCIA SINAPTICA) che
presenta dei ripiegamenti
(fossette).
Placca motrice
Mediatore chimico:
Acetilcolina (ACh)
Recettori postsinaptici:
Nicotinici
Permeabilità del canale:
Sodio e potassio
Il potenziale postsinaptico della placca motrice è detto
POTENZIALE DI PLACCA
•È sempre ECCITATORIO
•aumenta rapidamente, se raggiunge il valore soglia
genera un pda a livello della membrana postsinaptica
della placca motrice.
Inattivazione e resintesi dell’Ach
Eliminazione del
neurotrasmettitore:
Acetilcolinesterasi
Resintesi dell’ACh:
nel terminale