APPUNTI di NEUROSCIENZE - Studio Psicologia Mantova

Quando il potenziale d‛azione ha inizio nel corpocellulare, i primi canali ad aprirsi sono quelli Na+. Unflusso di ioni sodio si precipita dentro la cellula edentro un millisecondo si viene a stabilire un nuovoequilibrio. In un batter d‛occhio, il voltaggiotransmembranario si modifica di circa 100 mV,passando da un valore negativo all‛interno dellamembrana (circa -70 mV) ad uno positivo (circa +30mV). Questa variazione fa aprire i canali K+, consenteal flusso di ioni potassio di uscire dalla cellula in modoquasi altrettanto rapido di quello degli ioni Na+ cheerano entrati, provocando il ritorno del potenziale dimembrana all‛interno della cellula alla negativitàoriginale. Il potenziale di membrana si esaurisce in untempo inferiore a quello necessario per accendere espegnere un interruttore. Va notato che soltantopochi ioni attraversano la membrana cellulare e laconcentrazione citoplasmatica di ioni Na+ e K+ noncambia significativamente durante il verificarsi delpotenziale d‛azione. Nel lungo tempo, tuttavia, gli ionisono mantenuti in equilibrio dalle pompe ioniche, il cuicompito è quello di espellere l‛eccesso di ioni sodio. Ilmeccanismo è comparabile a ciò che avviene quando,per una piccola falla nello scafo, si sgotta con unsecchio per mantenere in equilibrio la pressioneesterna dell‛acqua impedendo alla barca di affondare.Il potenziale d‛azione è un fenomeno elettrico, anchese complesso. Le sottili fibre nervose si comportanocome conduttori elettrici (anche se in modo moltomeno efficace di un unico grosso cavo): il potenzialed‛azione generato in un punto crea un gradiente divoltaggio tra la membrana attiva e quella a riposo adessa adiacente. In questo modo il potenziale d‛azione sipropaga attivamente come un‛onda di depolarizzazioneda un capo all‛altro della fibra nervosa.Una metafora utile per comprendere la conduzionedel potenziale d‛azione è quella dello spostamentodelle scintille lungo una girandola pirotecnica dopo cheè stata accesa ad una estremità. L‛innesco scatenauna rapida serie di scintille (che equivalgono al flussodi ioni attraverso la membrana dell‛assone nel sito diorigine del potenziale d‛azione), ma la successivapropagazione delle scintille è molto più lenta. Lacaratteristica stupefacente della fibra nervosa è che,dopo un breve periodo silente (periodo refrattario) lamembrana recupera la sua capacità di produrrescintille, rendendo l‛assone di nuovo pronto atrasmettere un nuovo potenziale d‛azione.Molte di queste conoscenze sono note da 60 anni e sibasano su mirabili esperimenti condotti su alcunecreature marine che hanno neuroni ed assoni giganti.Le grandi dimensioni di queste cellule hanno consentitoagli scienziati di introdurre al loro interno sottilielettrodi per misurarne le variazioni del voltaggioelettrico. Una moderna tecnica di registrazione, dettapatch-clamping permette oggi ai neuroscienziati distudiare il passaggio degli ioni attraverso i rispettivicanali in tutti i tipi di neuroni, ottenendo misure moltoaccurate dei potenziali in cervelli molto simili ai nostri.Isolare gli assoniLungo molti assoni, il potenziale d‛azione si trasmettecon una certa facilità ma non molto velocemente,mentre in altri salta letteralmente lungo il nervo. Ciò siverifica in quanto lunghe porzioni dell‛assone sonoavvolte da una sostanza lipidica isolante, composta dallamembrana stirata delle cellule gliali, la guaina mielinica.Frontiere della ricercaLe fibre nervose qui sopra (quelle viola costituiscono gliassoni) sono contenute dalle cellule di Schwann (in rosso)che isolano la conduzione elettrica del nervo dall‛ambientecircostante. I colori sono dovuti a sostanze fluorescentiche evidenziano un nuovo complesso proteico di recentescoperto, la disgregazione del quale causa una malattiaereditaria che provoca un‛atrofia muscolare.Nuovi studi descrivono le proteine che compongono laguaina mielinica. Questo strato isolante serve adimpedire che le correnti ioniche si disperdanoall‛esterno, ma lascia tuttavia scoperte piccole zone dimembrana dove si concentrano i canali ionici Na+ e K+.Questi agglomerati di canali ionici fungono daamplificatori che scatenano e mantengono il potenzialed‛azione come se saltasse realmente lungo il nervo avelocità anche molto elevata. Nelle fibre mieliniche,infatti, il potenziale d‛azione può raggiungere lavelocità di 100 metri al secondo!Il potenziale d‛azione ha la proprietà caratteristica diessere di tipo tutto-o-nulla: quello che varia non è lasua dimensione, ma la sua frequenza di scarica. Perquesto, l‛unico modo in cui una singola cellula puòcodificare la potenza o la durata di uno stimolo ètramite la variazione di frequenza del potenzialed‛azione. Gli assoni più rapidi possono condurre ilpotenziale d‛azione fino a frequenze di 1000 al secondo.Alan Hodgkin e AndrewHuxley hanno vinto il PremioNobel per la scoperta delmeccanismo di trasmissionedell‛impulso nervoso, utilizzandol‛ "assone gigante" del calamaroper le loro ricerche presso ilLaboratorio di biologia Marinadi Plymouth.6Siti Internet: http://psych.hanover.edu/Krantz/neurotut.htmlhttp://www.neuro.wustl.edu/neuromuscular/