Potenziale d'azione: il segnale elettrico dei neuroni
Un potenziale d'azione è una rapida inversione transitoria, del tipo tutto-o-nessuno, del potenziale di membrana neuronale (da ~−70 mV a ~+30 mV e ritorno). È l'unità fondamentale della comunicazione neurale, propagando l'informazione lungo gli assoni e innescando la trasmissione sinaptica.
Fasi del potenziale d'azione
- Potenziale di riposo (~−70 mV): Mantenuto da Na⁺/K⁺-ATPasi (3 Na⁺ fuori, 2 K⁺ dentro) e canali di perdita K⁺. Alto K⁺ dentro, alto Na⁺ fuori.
- Depolarizzazione: Canali Na⁺ voltaggio-dipendenti si aprono → massiccio afflusso Na⁺ (gradiente elettrochimico). Il potenziale di membrana sale rapidamente.
- Sovratensione (Overshoot): Il potenziale diventa positivo (~+30 mV). I canali Na⁺ iniziano a inattivarsi.
- Ripolarizzazione: Canali Na⁺ completamente inattivati; canali K⁺ voltaggio-dipendenti si aprono (ritardati) → efflusso K⁺ ripristina potenziale negativo.
- Iperpolarizzazione post-azione (AHP): L'efflusso K⁺ supera brevemente il potenziale di riposo (più negativo). I canali K⁺ si chiudono lentamente.
- Periodi refrattari: Assoluto: Canali Na⁺ inattivati (impossibile sparare). Relativo: Conduttanza K⁺ elevata (stimolo più forte necessario). Garantisce propagazione unidirezionale.
Propagazione
- Non mielinizzato: Flusso di corrente locale continuo; lento (~1 m/s).
- Mielinizzato: Conduzione saltatoria — il potenziale d'azione salta tra i Nodi di Ranvier (dove i canali Na⁺ si raggruppano). Veloce (~50–100 m/s), efficiente energeticamente.
Codifica dell'informazione
I potenziali d'azione sono stereotipati in ampiezza; l'informazione è codificata in frequenza (rate coding) e pattern temporali (bursting, sincronia).
Significato fisiologico
I potenziali d'azione sono alla base della trasmissione sinaptica, contrazione muscolare, rilascio ormonale, trasduzione sensoriale e tutta la segnalazione rapida nel sistema nervoso.