Come viaggiano gli impulsi neurali

In che modo i neuroni conducono gli impulsi elettrici?

I neuroni conducono impulsi elettrici utilizzando il potenziale d'azione. Questo fenomeno è generato attraverso il flusso di ioni caricati positivamente attraverso la membrana neuronale. Mi spiego.......

I neuroni, come tutte le cellule, mantengono diverse concentrazioni di determinati ioni (atomi carichi) attraverso le loro membrane cellulari. Immaginate il caso di una barca con una piccola perdita sotto la linea di galleggiamento. Per mantenere la barca a galla, la piccola quantità di acqua che entra attraverso la perdita deve essere pompata fuori, mantenendo un livello dell'acqua più basso rispetto al mare aperto. I neuroni fanno la stessa cosa, ma pompano ioni sodio caricati positivamente. Inoltre, pompano ioni di potassio caricati positivamente (potassio per i giardinieri là fuori!!) Quindi c'è un'alta concentrazione di ioni sodio presenti al di fuori del neurone e un'alta concentrazione di ioni potassio all'interno. La membrana neuronale contiene anche proteine specializzate chiamate canali, che formano pori nella membrana che sono selettivamente permeabili a particolari ioni. Pertanto, i canali del sodio consentono agli ioni sodio di passare attraverso la membrana, mentre i canali del potassio consentono il passaggio degli ioni potassio.

OK, fin qui tutto bene. Ora, in condizioni di riposo, il canale del potassio è più permeabile agli ioni potassio di quanto il canale del sodio lo sia agli ioni sodio. Quindi c'è una lenta perdita verso l'esterno di ioni potassio che è più grande della perdita verso l'interno di ioni sodio. Ciò significa che la membrana ha una carica sulla faccia interna che è negativa rispetto all'esterno, poiché gli ioni caricati positivamente fuoriescono dal neurone più di quelli che fluiscono all'interno. Questa differenza nelle concentrazioni di ioni su entrambi i lati della membrana dà origine al potenziale di membrana e si dice che la membrana sia polarizzata.

Il potenziale d'azione

Torniamo al barca. Ora, nella barca, c'è una pressione per l'ingresso dell'acqua e se viene praticato un grande foro sul lato, la velocità con cui l'acqua scorre nella barca aumenta enormemente. Allo stesso modo, c'è una pressione per gli ioni sodio per entrare nel neurone, ma sono impediti dalla membrana e dai meccanismi di pompaggio che rimuovono tutti gli ioni che riescono ad entrare. Tuttavia, se i canali del sodio vengono aperti, gli ioni di sodio caricati positivamente inondano il neurone e, rendendo l'interno della cellula momentaneamente caricato positivamente, si dice che la cellula sia depolarizzata. Questo ha l'effetto di aprire i canali del potassio, consentendo agli ioni di potassio di lasciare la cellula. Pertanto, c'è prima un afflusso di ioni sodio (che porta a una massiccia depolarizzazione) seguito da un rapido afflusso di ioni potassio dal neurone (che porta alla ripolarizzazione). Gli ioni in eccesso vengono successivamente pompati dentro/fuori dal neurone.

Questo interruttore transitorio in Il potenziale di membrana è il potenziale d'azione. Il ciclo di depolarizzazione e ripolarizzazione è estremamente rapido, richiede solo circa 2 millisecondi (0,002 secondi) e quindi consente ai neuroni di sparare potenziali d'azione in rapide esplosioni, una caratteristica comune nella comunicazione neuronale.

Come si propaga il potenziale d'azione lungo l'assone?

I canali del sodio nella membrana neuronale vengono aperti in risposta a una piccola depolarizzazione del potenziale di membrana. Quindi, quando un potenziale d'azione depolarizza la membrana, il bordo d'attacco attiva altri canali del sodio adiacenti. Questo porta a un altro picco di depolarizzazione, il cui bordo d'attacco attiva più canali del sodio adiacenti ... and so on. Così un'onda di depolarizzazione si diffonde dal punto di inizio.

Se questo fosse tutto ciò che c'era da fare, allora il potenziale d'azione si propagherebbe in tutte le direzioni lungo un assone. Ma i potenziali d'azione si muovono in una direzione. Ciò si ottiene perché I canali del sodio hanno un periodo refrattario dopo l'attivazione, durante il quale non possono aprirsi di nuovo. Ciò garantisce che il potenziale d'azione si propaghi in una direzione specifica lungo l'assone.

La velocità di propagazione è correlata alla dimensione dell'assone.

La velocità di propagazione del potenziale d'azione è solitamente direttamente correlata alla dimensione dell'assone. I grandi assoni si traducono in velocità di trasmissione elevate. Ad esempio, il calamaro ha un assone di quasi 1 mm di diametro che avvia un rapido riflesso di fuga. L'aumento delle dimensioni dell'assone trattiene una maggiore quantità di ioni sodio che formano l'onda di depolarizzazione interna all'interno dell'assone.

Tuttavia, se dovessimo avere assoni delle dimensioni dell'assone gigante del calamaro nel nostro cervello, le porte dovrebbero essere notevolmente allargate per accogliere le nostre teste!! Potremmo avere solo pochi muscoli situati a grande distanza dal nostro cervello, quindi saremmo tutti estremamente bassi con teste molto grandi. non Davvero fattibile, vero? La risposta è isolare la membrana assonale per prevenire la dissipazione della depolarizzazione interna nei piccoli assoni - la mielina.

Quindi cosa fa la mielina?

La mielina è la membrana grassa delle cellule chiamate Oligodendroglia (nel SNC) e Cellule di Schwann (nel SNP) che avvolge l'assone e funge da isolante, impedendo la dissipazione dell'onda di depolarizzazione. I canali ionici del sodio e del potassio, le pompe e tutti gli altri accessori associati alla propagazione del potenziale d'azione sono concentrati in siti tra blocchi di mielina chiamati Nodi di Ranvier. Questa guaina mielinica consente al potenziale d'azione di saltare da un nodo all'altro, aumentando notevolmente la velocità di trasmissione.

Senza la guaina mielinica, non possiamo funzionare. Ciò è dimostrato dagli effetti devastanti della Sclerosi Multipla, una malattia demielinizzante che colpisce fasci di assoni nel cervello, nel midollo spinale e nell'ottica nervosismo, che porta a mancanza di coordinazione e controllo muscolare, nonché a difficoltà di parola e vista. Per ulteriori informazioni su questa malattia, visitare il sito web della MS Society.