In questo blog mi sono già occupato di neuroni (vedi: L’apprendimento? Questioni di connessioni, Progetto Human Connectome e Brain, Sostanza bianca e sostanza grigia …), in questo caso cercherò di chiarire, in linea generale, come nasce un impulso nervoso e cos’è il potenziale di riposo di un neurone.
Il corpo umano è immerso in un ambiente caratterizzato da innumerevoli segnali, molto diversi tra loro che, pertanto, possono essere rilevati in modo differente. Ad esempio, per cercare di discriminare i rumori che provengono dal traffico veicolare della strada sottostante oppure le sensazioni gustative provocate da una fetta di pane con la nutella, non solo intervengono organi di senso diversi e le sensazioni hanno origine in parti diverse del corpo, ma sono differenti anche le aree dell’encefalo interessate alla loro ricezione e rielaborazione. Però, quando questi segnali raggiungono una soglia di intensità tale da essere captati dalle cellule nervose specializzate alla loro ricezione, l’effetto è sempre lo stesso: la produzione di un impulso nervoso. Cos’è? Un insieme di reazioni di tipo elettrico e chimico, che nascono da velocissime modificazioni localizzate in precisi punti della membrana plasmatica del neurone recettore del segnale.
I neuroni, come gran parte (le cellule del tessuto osseo sono contenute in una matrice extracellulare rigida) delle cellule del corpo umano, sono immersi in un liquido extracellulare ricco di ioni sodio (Na+) e con una bassa concentrazione di ioni potassio (K+). Il citoplasma dei neuroni invece è più ricco di ioni potassio ed è relativamente povero di ioni sodio. La differenza di concentrazione ionica non riguarda solo l’esterno e l’interno della membrana cellulare, ma la struttura stessa della membrana (ricorda: costituita da un doppio strato fosfolipidico, …. vedi “La membrana cellulare: protezione e comunicazione”): è più ricca di anioni (ioni negativi) in corrispondenza del limite della sua superficie interna ed è più ricca di cationi (ioni positivi) nello strato a ridosso della superficie esterna.
La differenza di carica ionica netta, positiva all’esterno della membrana e negativa nella faccia interna della membrana, costituisce una forma di energia potenziale che se liberata, facendo passare gli ioni opportuni da una parte all’altra della membrana semipermeabile, dà origine ad un impulso nervoso. Quest’energia potenziale è di tipo elettrico (potenziale elettrico), perciò è misurabile.
In condizioni normali di riposo, il potenziale elettrico è stato misurato ed il suo valore è di circa 70 millivolt (mV). Poiché l’interno del neurone è negativo rispetto alla prevalenza di cariche positive dell’esterno, il potenziale di riposo del neurone è quantificato in -70 mV.
Chi assicura il mantenimento di questo potenziale di riposo dei neuroni? Sono necessarie apposite strutture per mantenere questa differenza di potenziale tra l’esterno e l’interno dei neuroni. La prima di esse è costituita dai canali per il potassio: particolari pori della membrana rivestiti da proteine che consentono il passaggio verso l’esterno a quegli ioni K+che transitano nelle vicinanze. Questo passaggio avviene “secondo gradiente di concentrazione”, cioè da una regione in cui sono presenti in maggiore concentrazione verso un’altra in cui la loro concentrazione è minore, perciò non richiede consumo di energia da parte della cellula. L’uscita degli ioni potassio lascia l’interno cellulare con una parziale carica negativa in eccesso, dovuta in prevalenza alle numerose proteine del citoplasma. Un seconda struttura è rappresentata dai canali per il sodio, bene chiusi e rivestiti da proteine che non lasciano passare verso l’interno gli ioni Na+ che pressano fuori dalla membrana. Un terzo gruppo di “guardiani” della stabilità del potenziale di riposo delle cellule nervose è costituito dalle pompe sodio-potassio, canali rivestiti da molecole proteiche in grado di modificare la loro forma e far passare in direzione opposta gli ioni sodio e quelli potassio, contro il gradiente di concentrazione (trasporto attivo, che richiede consumo di energia cellulare sotto forma di ATP).
La pompa sodio-potassio agisce in direzione opposta rispetto al flusso di ioni nei due tipi di canali descritti sopra: riporta all’interno del neurone in modo “forzato” gli ioni potassio fuoriusciti attraverso gli appositi canali; porta all’esterno gli ioni sodio che fossero riusciti ad entrare.
I neuroni, attraverso questi tre complessi proteici di membrana, mantengono una differenza di potenziale costante a -70 mV tra l’esterno e l’interno cellulare e, in queste condizioni, il potenziale di riposo è stabile fino a che non interviene qualche modifica che innesca l’impulso nervoso.
Per saperne di più: http://academic.uprm.edu/~ephoebus/id81.htm ; Il neurone: potenziale di riposo e potenziale d’azione ; Potenziale di riposo del neurone ; Il potenziale di riposo – Dipartimento di Farmacia . Video: Potenziale di membrana (Agorà Scienze Biomediche)
Vedi anche “Il ruolo del sodio nel nostro organismo”;
Credit neurone_potenz_riposo: http://academic.uprm.edu/~ephoebus/id81.htm
membrana_001: en.wikipedia.org
scienzenatura.wordpress.com 