L'impulso nervoso

L'impulso nervoso.

I neuroni utilizzano due tipi di segnali elettrochimici per diffondere l'impulso nervoso attraverso tutta la rete nervosa:

I potenziali d'azione possono propagarsi senza distorsione da una estremità all'altra e si basano su processi attivi; è un evento breve che si propaga senza alterazioni lungo tutto l'assone e lungo tutte le fibre nervose con differente velocità. Queste infatti risultano più elevate negli assoni di grande diametro rispetto a quelli di piccolo diametro.
I potenziali locali sono in grado di far svolgere alle singole cellule nervose funzioni integrative e di dare origine al potenziale d'azione; sono graduati e possono estendersi solo su brevi distanze di solito dell'ordine di 102 mm e hanno un ruolo essenziale nelle terminazioni nervose sensoriali, infine essi sono passivi e sono soggetti all'attenuazione alla distorsione.

Per comprendere i processi di trasmissione dei segnali elettrici è necessario conoscere prima alcuni aspetti strutturali riguardanti l'assone o fibra nervosa. La fibra può essere considerata come un tubo riempito con soluzione acquosa di sali, dissociati in ioni carichi negativamente e positivamente, separata dalla soluzione extracellulare per mezzo di una membrana. Il doppio strato lipidico della membrana dell'assone è, analogamente a quello delle altre membrane cellulari, impermeabile agli ioni e a gran parte delle molecole polari. Il passaggio di queste particelle attraverso la membrana dipende dalla presenza di specifiche proteine. Le proteine implicate nel trasporto di ioni attraverso le membrane si distinguono in due categorie:

Proteine che costituiscono canali di passaggio per determinati ioni i quali si aprono e si chiudono a seconda della conformazione assunta dalla proteina, in funzione dei cambiamenti che avvengono attorno ad essa. Queste proteine sono definite canali ionici e si possono suddivere in funzione del meccanismo di regolazione della apertura in:

canali sensibili al potenziale di membrana
recettori-canale le quali regolano l'apertura o la chiusura dei canali a seguito del legame con specifiche sostanze chimiche presenti fuori dalla cellula (ormoni o neurotrasmettitori) o nella cellula stessa.

Proteine con funzione di pompa: ne è un esempio la pompa sodio-potassio che agisce contro gradiente consumando energia, espellendo ioni sodio in cambio di potassio e determinando così una ridotta concentrazione di sodio e un eccesso di potassio nell'ambiente intracellulare.

Il gradiente di concentrazione ionico, che si viene a formare grazie alla azione delle pompe sui due versanti della membrana plasmatica, causa un eccesso di cariche negative all'interno del citoplasma, definito potenziale di riposo. Possiamo così parlare di:

Membrane polarizzata, a riposo (interno negativo, da -50 a -100 mV)
Membrana depolarizzata, se in seguito ad uno stimolo diventa meno negativa all'interno rispetto all'esterno.
Membrana iperpolarizzata, se diventa più negativa.

Grazie a dei microelettrodi è possibile misurare la differenza di potenziale tra l'interno e l'esterno della cellula. Il potenziale di riposo è attorno a -70 mV. I valori di potenziale si possono ottenere anche usando metodi ottici, sfruttando coloranti fluorescenti che si legano alle membrane cellulari e funzionano da indicatori del potenziale di membrana.
Se la membrana del neurone viene depolarizzata (per un impulso elettrico artificiale o a seguito della apertura di canali di membrana, ad esempio per la presenza di un neurotrasmettitore) si aprono canali voltaggio-dipendenti per il sodio, che lasciando entrare sodio (carico positivamente) depolarizzano ulteriormente la membrana. Il processo si amplifica da solo finché la membrana è completamente depolarizzata o addirittura l'interno della cellula diviene positivo rispetto all'esterno.
I canali al sodio si inattivano rapidamente; pertanto la violenta depolarizzazione (potenziale d'azione) si spegne in pochi millisecondi e la membrane non risulta stimolabile per alcuni ulteriori millisecondi.
La membrana delle zone adiacenti del neurone viene depolarizzata dal potenziale d'azione e riproduce a sua volta un potenziale d'azione: così si determina la propagazione dell'impulso nervoso. L'impulso non può tornare indietro, a causa del periodo refrattario che segue al potenziale d'azione nel segmento d'assone interessato.
L'impulso nervoso si propaga lungo tutto il prolungamento principale del neurone (assone) fino a dove questo termina facendo contatto con un'altra cellula (neurone o fibra muscolare per esempio). Il punto di contatto della terminazione nervosa con un altro neurone si chiama sinapsi: qui avvengono una serie di importanti processi che permettono la trasmissione dell'impulso all'altro neurone.