Trasmissione dell'impulso nervoso
Il sistema nervoso centrale riceve ed elabora un gran numero di segnali provenienti sia dal mondo esterno sia dai recettori interni dell’organismo. Tutti gli stimoli, indipendentemente dalla loro natura (suoni, luci, contatti..) sono tradotti in impulsi elettrici, che vengono trasmessi attraverso la rete di neuroni. Ciò è reso possibile da tutta una serie di processi che avvengono a livello della membrana cellulare.
Tra la superficie esterna e quella interna della membrana cellulare esiste una differenza di potenziale elettrico, detta potenziale di membrana a riposo: l'interno della cellula è caricato negativamente rispetto all'esterno.
Questa differenza è dovuta alla diversità nella concentrazione di ioni, in particolare ioni sodio (Na+) e ioni potassio (K+), a sua volta dovuta soprattutto a meccanismi di trasporto attivo degli ioni attraverso la membrana cellulare: la pompa sodio-potassio.
La pompa sodio-potassio è una proteina di membrana, presente nella membrana cellulare dei neuroni e di tutte le altre cellule. Costituisce un meccanismo di trasporto attivo (consuma ATP) attraverso il quale vengono continuamente trasportati 3 ioni Na+ all'esterno della membrana e 2 ioni K+ all'interno. In questo modo si determina uno squilibrio di cariche elettriche: all'esterno della membrana si accumulano cariche positive, determinando una differenza di potenziale (come in una batteria elettrica) di 70 milliVolt. Questo valore viene definito potenziale di membrana a riposo.
L'impulso nervoso determina una variazione del potenziale di membrana a riposo che prende il nome di potenziale d'azione. Il potenziale di membrana a riposo cambia bruscamente, passando da -70 mV a + 40 mV, grazie ad una temporanea variazione della permeabilità della membrana cellulare, che improvvisamente consente il passaggio agli ioni di sodio e potassio, che quindi entrano (Na+) ed escono (K+) dalla cellula.
Durante la fase ascendente del potenziale d'azione aumenta la permeabilità agli ioni Na+ che quindi entrano nella cellula, mentre fuoriesce una modesta quantità di ioni K+. In questa fase il potenziale di membrana si inverte, diventando positivo all'interno e negativo all'esterno della cellula e passando da -70 mV a circa + 35 mV.
Successivamente, durante la fase discendente, diminuisce bruscamente la permeabilità agli ioni sodio, mentre aumenta quella agli ioni potassio, che fuoriescono dalla cellula sottraendo cariche positive. In questo modo il potenziale di membrana ritorna negativo. Il tutto avviene in un tempo molto breve, compreso tra 2 millisecondi (ms) nei neuroni e 5 millisecondi nelle fibre muscolari.
Il potenziale di azione generato in un punto della membrana cellulare innesca la formazione di un potenziale analogo in una zona limitrofa della membra della fibra nervosa; questo processo si ripete fino a determinare una sequenza di depolarizzazioni e polarizzazioni che costituiscono il segnale nervoso nella sua interezza.
fibre mieliniche e amieliniche
La trasmissione dell'impulso nervoso avviene a velocità differenti: nelle fibre amieliniche (prive del rivestimento mielinico) è più lento, poichè il potenziale d'azione viaggia lungo tutta la membrana dell'assone, mentre nelle fibre mieliniche, rivestite dalla mielina che funge da guaina isolante e che si interrompe in corripondenza dei nodi di Ranvier, l'impulso nervoso, anziché percorrere la fibra per l'intera lunghezza, procede lungo l'assone saltando da un nodo di Ranvier al successivo ed è quindi più veloce. Grazie a questo tipo di conduzione, definita saltatoria, la velocità di trasmissione lungo l'assone è di circa 20-100 m/s, contro i soli 0,5-2 m/s delle fibre amieliniche.
L'impulso nervoso viaggia lungo la membrana cellulare di un neurone, ma, vista la sua natura elettrica, non può propagarsi ad altre cellule, a meno che le membrane cellulari di queste non siano in contatto diretto. Nella maggior parte dei casi l'impulso nervoso passa da un neurone all'altro attraverso una sinapsi chimica, in cui le membrane cellulari delle due cellule sono separate da un sottile spazio che non permette la propagazione dell'impulso elettrico.
