Introduzione al potenziale di azione
Le cellule del corpo umano hanno la capacità di comunicare tra loro. Esistono quattro vie di comunicazione: esocrina, endocrina, paracrina ed elettrica. In questo articolo parleremo della comunicazione per via elettrica, ovvero il potenziale di azione. Il potenziale di azione è peculiarità delle cellule eccitabili che sono le cellule del sistema nervoso, delle cellule muscolari e delle cellule cardiache. In tutte le cellule il potenziale di azione si basa su principi comuni, quello che cambia è la sua durata e l’ampiezza del segnale.
Storia del potenziale di azione
Quello che noi sappiamo sul potenziale di azione è dovuto agli studi compiuti sul assone gigante del calamaro. Il suo diametro arriva fino ad 1 mm, e ciò permise ad Hodgkin ed Huxley di usarlo per i loro studi di elettrofisiologia. I due scienziati inserirono elettrodi nell’assone riuscendo a stimolarlo elettricamente. In questo modo poterono dar vita al modello di potenziale di azione.
Fasi del potenziale di azione
Il potenziale di azione si divide in 4 fasi: depolarizzazione, overshoot, iperpolarizzazione e ripolarizzazione.
Fase di depolarizzazione
La cellula ha un suo potenziale di membrana di riposo di circa -70mV. Esso è dovuto alla distribuzione asimmetrica degli ioni tra interno ed esterno della cellula. Avremo una porzione citoplasmatica carica negativamente, mentre la porzione extra cellulare carica positivamente.
Se arriva uno stimolo depolarizzante si ha una variazione in positivo del potenziale di riposo. Arrivato a circa-55 mV, ovvero il valore soglia, si ha l’apertura dei canali ionici del sodio e del potassio voltaggio dipendenti. Superata la soglia si innesca il potenziale di azione che è un evento tutto-o-nulla: ossia il processo procede spontaneamente fino al suo esaurirsi.
Overshoot
I canali ionici permettono agli ioni positivi di sodio di entrare nella cellula portando il potenziale fino a circa 35-60 mV, questo valore è chiamato overshoot. Più ioni ioni sodio entrano, più aumenta la corrente depolarizzante e ciò permette di aprire ulteriori canali del sodio, questo fenomeno è detto ciclo di Hodgkin.
Ripolarizzazione
A questo punto segue una fase di iperpolarizzazione. Il sodio smette di entrare e cominciano ad uscire ioni potassio (i canali ionici del potassio si aprono più lentamente). Questo fa sì che il potenziale cominci a scendere. Arriva, per alcuni millisecondi, fino a valori più negativi rispetto alla partenza per poi tornare al valore di riposo. Finita questa fase di iperripolirizzazione si torna ad un equilibrio ionico grazie alla pompa sodio/potassio.
Refrattarietà
Subito dopo un potenziale di azione la cellula ha un periodo in cui la sua eccitabilità è inferiore rispetto alla normale fase di riposo. Questo lasso di tempo si distingue in periodo refrattario assoluto e relativo. Nel primo caso nessuno stimolo è in grado di indurre un nuovo potenziale, mentre nel secondo caso serve uno stimolo maggiore rispetto al primo per generare un nuovo potenziale.
Propagazione
Nel sistema nervoso centrale il potenziale di azione viaggia attraverso le fibre mieliniche saltando da un nodo di Ranvier ad un altro. Questo avviene perché la mielina è un isolante quindi non potrebbe propagar l’impulso. I nodi di Ranvier sono zono amieliniche quindi adatte a propagare gli impulsi.
Nelle cellule cardiache il potenziale si genera nelle cellule pacemaker che sono concentrate nel nodo senoatriale e atrioventricolare. Queste cellule attraverso fibre di conduzione riescono a condurre il potenziale di azione generato attraverso tutto il miocardio.
Nelle cellule muscolari il potenziale generato nella placca motrice viaggia lungo i microtubuli, generando modificazione nella tropomiosina che permette il legame miosina-actina.
Differenze tra le cellule
Il potenziale di azione nelle cellule cardiache è leggermente diverso. Infatti durante la fase di ripolarizzazione non si ha una brusca caduta di potenziale. Viene a crearsi, dopo una breve ripolarizzazione, una fase di plateau dovuta ai canali del calcio ad apertura lenta. Gli ioni calcio entranti pareggiano quelli del potassio uscenti. In seguito i canali del calcio si chiudono, quelli del potassio continuano a pompare fuori ioni positivi e può riprendere la fase di ripolarizzazione.
Nel muscolo scheletrico il potenziale a livello pre-sinaptico apre dei canali per il calcio voltaggio dipendenti. Il calcio media la liberazione di acetilcolina che si lega a livello post-sinaptico a recettori nicotinici che inducono una depolarizzazione post sinaptica che genera un potenziale di azione aprendo i canali del sodio. Il potenziale viene trasmesso lungo i tubuli del sarcolemma e causa il rilascio degli ioni calcio nel sarcoplasma attraverso l’attivazione dei recettori per la diidropirina e della rianodina. In seguito allo scaturirsi del potenziale e quindi della contrazione muscolare il calcio liberato viene riportato nel reticolo sarcoplasmatico da una pompa ionica sensibile al calcio.
