Il funzionamento delle cellule nervose

Potenziale di Membrana e Canali Ionici

Il potenziale di membrana rappresenta la differenza di potenziale elettrico tra l'interno e l'esterno di una cellula nervosa, cruciale per la trasmissione degli impulsi nervosi. In condizioni di riposo, l'interno della cellula presenta una carica negativa rispetto all'esterno, con un potenziale medio di circa -70 millivolt. Questa polarizzazione è dovuta alla distribuzione diseguale di ioni come il potassio (K+), che è più concentrato all'interno, e il sodio (Na+) e il calcio (Ca2+), che sono più concentrati all'esterno. I canali ionici selettivi, in particolare quelli per il potassio, consentono il movimento passivo degli ioni lungo il loro gradiente di concentrazione, contribuendo a rendere l'interno della cellula ancora più negativo. Tuttavia, la forza elettrica tende a spingere il K+ verso l'interno, stabilendo così un potenziale di equilibrio per il potassio. Le pompe ioniche, come la pompa Na+/K+ ATPasi, operano attivamente contro il gradiente di concentrazione, utilizzando ATP per mantenere le concentrazioni ioniche necessarie alla funzione cellulare.

Potenziale d'Azione e la sua Propagazione

Il potenziale d'azione è un'onda di depolarizzazione che consente ai neuroni di comunicare tra loro e ha una durata media di circa 1-2 millisecondi. Per innescare un potenziale d'azione, il potenziale di membrana deve depolarizzarsi fino a superare una soglia critica, generalmente intorno a -55 millivolt. Questo avviene grazie all'apertura dei canali voltaggio-dipendenti per il sodio, che permettono un rapido ingresso di Na+ nella cellula. Il potenziale d'azione segue una logica del "tutto o nulla": una volta raggiunta la soglia, l'evento si verifica in modo completo e uniforme. Durante la depolarizzazione, il potenziale di membrana può superare brevemente 0 mV, rendendo l'interno del neurone temporaneamente positivo rispetto all'esterno. La successiva apertura dei canali per il potassio e la conseguente uscita di K+ dalla cellula causano la ripolarizzazione, riportando il potenziale verso valori negativi. Infine, la pompa Na+/K+ ATPasi ripristina il potenziale di riposo. Dopo un potenziale d'azione, il neurone entra in un periodo refrattario assoluto e poi relativo, durante il quale è rispettivamente impossibile o difficile generare nuovi potenziali d'azione, assicurando la propagazione unidirezionale dell'impulso lungo l'assone.

Velocità di Conduzione e Mielinizzazione

La velocità di conduzione del potenziale d'azione lungo l'assone è influenzata dal diametro dell'assone e dalla presenza di mielina. Assoni con un maggiore diametro e quelli rivestiti di mielina conducono impulsi più rapidamente grazie alla riduzione della resistenza elettrica e all'aumento dell'isolamento. La mielina, prodotta dalle cellule gliali come gli oligodendrociti nel sistema nervoso centrale e le cellule di Schwann nel sistema nervoso periferico, avvolge l'assone formando gli internodi e lasciando scoperti i nodi di Ranvier. La conduzione saltatoria, in cui il potenziale d'azione "salta" da un nodo all'altro, accelera notevolmente la trasmissione dell'impulso. Malattie demielinizzanti, come la sclerosi multipla, danneggiano la mielina e compromettono la conduzione degli impulsi nervosi, causando vari sintomi neurologici.

Sinapsi: Tipologie e Meccanismi di Trasmissione

Le sinapsi sono connessioni intercellulari specializzate che facilitano la comunicazione tra neuroni. Esistono due tipi principali di sinapsi: elettriche e chimiche. Le sinapsi elettriche permettono il passaggio diretto di corrente ionica tra le cellule attraverso canali proteici chiamati connessoni, risultando in una trasmissione veloce e bidirezionale. Sebbene siano meno comuni nel cervello umano, svolgono un ruolo importante in alcune aree del sistema nervoso. Le sinapsi chimiche sono più diffuse e coinvolgono il rilascio di neurotrasmettitori da parte del neurone pre-sinaptico. Questi neurotrasmettitori attraversano lo spazio sinaptico e si legano a recettori specifici sulla membrana post-sinaptica, innescando una risposta elettrica o biochimica. La giunzione neuromuscolare è un esempio di sinapsi chimica che si verifica tra motoneuroni e muscoli scheletrici, caratterizzata da una trasmissione rapida e altamente affidabile.

Neurotrasmettitori e il loro Rilascio

I neurotrasmettitori sono molecole chimiche che mediano la trasmissione sinaptica e possono essere classificati in aminoacidi, amine biogene e peptidi. Il rilascio di neurotrasmettitori è innescato dalla depolarizzazione della terminazione assonica del neurone pre-sinaptico, che porta all'apertura dei canali per il calcio voltaggio-dipendenti e alla conseguente esocitosi delle vescicole sinaptiche. I neurotrasmettitori rilasciati si legano ai recettori post-sinaptici, provocando una risposta nel neurone ricevente. Il neurotrasmettitore in eccesso viene poi rimosso dalla fessura sinaptica attraverso meccanismi di diffusione, degradazione enzimatica o riassorbimento, terminando il segnale e preparando la sinapsi per il prossimo potenziale d'azione.