Il potenziale di azione

Nel 1949 Cole mise a punto un metodo di misura, detto “a blocco di voltaggio” (voltage clamp). La sua funzione fondamentale è quella di impedire la mutua interazione tra l’apertura e la chiusura dei canali ionici voltaggio dipendenti e il potenziali di membrana. In pratica il sistema di blocco impedisce che le modificazione della corrente di membrana esercitano influenze sul potenziale di membrana. Esso è un dispositivo che funziona a feed-back negativo, infatti, il valore in uscita del sistema è riutilizzato come valore di input e confrontato con un segnale imposto che rappresenta l’uscita richiesta. La discrepanza tra valore richiesto e valore in uscita attiva un modulo di controllo che diminuisce questa differenza.

 metodo del blocco del voltaggio (Voltage_clamp)

Metodo del blocco del voltaggio (Voltage_clamp) ideato nel 1949 da Cole

Variazione delle correnti in risposta a due differenti intensità di depolarizzazioni

Un tipico esperimento di blocco del voltaggio inizia con il potenziale di membrana bloccato al suo valore di riposo. Imponendo alla membrana una depolarizzazione di 10mV (vedi Fig A), si osserva all’inizio una  brevissima corrente capacitativa  seguita da una corrente ionica uscente d’intensità minore che persiste per tutta la durata dello stimolo depolarizzante. Ritornando alle condizioni iniziali, segue una breve corrente capacitativa entrante e quindi la corrente totale di membrana ritorna a zero. La corrente ionica costante, è la corrente che passa attraverso i canali passivi ed è detta di fondo.

Se si effettuano depolarizzazioni di entità maggiore (vedi fig B) i tracciati divengono più complessi e si osserva una corrente entrante (Na) che raggiunge il suo massimo entro pochi millesecondi, poi si riduce di ampiezza e viene sostituta da una corrente uscente. La corrente uscente raggiunge un plateau che viene poi mantenuto per tutta la durata della depolarizzazione. L’interpretazione è che la depolarizzazione provochi l’apertura di due canali; uno responsabile per la corrente entrante e l’altro per la corrente uscente.
Poiché il tracciato appare parzialmente sovrapposto per determinare il rispettivo andamento delle correnti è possibile procedere in primo momento al blocco dei canali K con tetraetilammonio e successivamente al blocco dei canali Na con tetrodotossina per studiare le singole registrazioni  della corrente K e Na. Attraverso questa tecnica è stato possibile osservare ad esempio che che i canali per il sodio modificano la propria conduttanza molto più rapidamente rispetto ai canali per il potassio.

 Secondo il modello di Hodgkin e Huxley un potenziale di azione, comporta la seguente successione di eventi. Una depolarizzazione della membrana determina la rapida apertura  dei canali Na (cioè un aumento di g per il Na) e quindi la comparsa di una corrente entrante di Na. Questa corrente provoca un’ulteriore depolarizzazione che fa aprire un numero maggiore di canali Na, determinando un ulteriore aumento di corrente entrante. La depolarizzazione inoltre limita la durata del potenziale di azione in due modi:

  1. Provoca una graduale inattivazione dei canali Na
  2. Determina con qualche ritardo l’apertura dei canali K voltaggio dipendenti.
Potenziale di azione

Animazione dei principali eventi che conducono all’inesco e propagazione del potenziale di azione.

 

Il potenziale di azione è seguito anche da un breve periodo di refrattarietà che può venire distinto in due fasi. Il periodo di refrattarietà assoluto segue immediatamente il potenziale di azione e durante questo periodo è impossibile evocare l’eccitamento della cellula. Questa fase è seguita dal periodo di refrattarietà relativa durante il quale è possibile evocare un Potenziale di azione solo se si applicano stimoli d’intensità maggiore. Questi periodi sono dovuti all’inattivazione residua dei canali Na e al persistere dell’apertura dei canali K.

La caratteristica del potenziale di azione di un segnale tutto o nulla può apparire sorprendente se si pensa che la conduttanza verso il Na aumenta in maniera graduale man mano che aumenta la depolarizzazione. Sebbene una piccola depolarizzazione sotto soglia faccia anche aumentare la corrente uscente di K e inoltre provoca un aumento di conduttanza al K che tende ad opporsi all’azione depolarizzante dell’ingresso di Na. Ma il processo di rapida attivazione dei canali Na fa si che la depolarizzazione raggiunga un livello tale di I(na) maggiore di quello di I(k) uscente e assuma perciò carattere rigenerativo.

Nel sistema nervoso , comunque sono presenti anche altri tipi canali voltaggio dipendente come quelli per il Cl o per il calcio.

Inoltre esistono 4 tipi di canali K:

  1. Canale di attivazione lenta o a rettificazione ritardata
  2. Canale K attivato da Ca
  3. Canale K rapido che si apre con una depolarizzazione in concomitanza con l’apertura dei canali Na
  4. Canale k di tipo M che si attiva molto lentamente.

 

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Dott. S.Aboudan