Potenziale d'azione

In fisiologia, viene definito potenziale d'azione un evento di breve durata in cui il potenziale di membrana elettrico di una cellula aumenta e diminuisce rapidamente, seguendo una traiettoria coerente. I potenziali d'azione si verificano in diversi tipi di cellule animali, dette cellule eccitabili; alcuni esempi sono i neuroni e le cellule muscolari endocrine.

Nei neuroni, i potenziali d'azione svolgono un ruolo fondamentale per le comunicazioni cellula-cellula. Consentono infatti la propagazione dei segnali lungo l'assone del neurone verso i terminali assonici, che possono poi connettersi ad altri neuroni nelle sinapsi, oppure a cellule o ghiandole. Nelle cellule muscolari, ad esempio, un potenziale d'azione rappresenta il primo passo nella catena di eventi che porta alla contrazione.

I potenziali d'azione coinvolgono sia i canali del sodio che i canali del potassio voltaggio-dipendenti incorporati nella membrana cellulare. Questi canali ionici vengono chiusi quando il potenziale di membrana è prossimo al potenziale di membrana a riposo della cellula, ma iniziano ad aprirsi velocemente se il potenziale di membrana aumenta fino a raggiungere un preciso potenziale soglia.

Depolarizzazione

Quando i canali voltaggio-dipendenti del sodio si aprono (in risposta alla depolarizzazione o all'iperpolarizzazione), consentono un flusso di ioni di sodio verso l'interno che modifica il gradiente elettrochimico e provoca l'apertura di altri canali. Ciò aumenta il potenziale di membrana e genera una maggiore corrente elettrica attraverso la membrana cellulare, e la sequenza si ripete. Il processo continua in modo esplosivo fino a quando tutti i canali del sodio voltaggio-dipendenti disponibili non sono aperti, determinando il picco intenso del potenziale d'azione. Il rapido afflusso di ioni di sodio depolarizza la cellula, causando l'inattività (chiusura) dei canali del sodio.

Ripolarizzazione

Quando i canali voltaggio-dipendenti del sodio si chiudono, gli ioni di sodio non entrano più nel neurone e vengono ritrasportati attivamente al di fuori dalla cellula. Vengono quindi attivati i canali del potassio voltaggio-dipendenti e, durante la fase di ripolarizzazione, si verifica un flusso verso l'esterno di ioni di potassio che riporta il gradiente elettrochimico allo stato di riposo.

Iperpolarizzazione

Dopo che si è verificato un potenziale d'azione avviene uno spostamento negativo transitorio, detto iperpolarizzazione, dovuto agli ioni di potassio aggiuntivi che escono dal neurone. L'intero processo è rappresentato nella Figura 1.

Figura 1: Fasi del potenziale d'azione