Neurofrontiers

Tradus din engleză de Ana Bozgan

Unitatea de bază a sistemului nervos este celula nervoasă, sau neuronul. Proprietatea specială a neuronului, cea care ne permite să percepem și să interacționăm cu mediul înconjurător și care facilitează comunicarea în cadrul sistemului nervos, este generarea şi conducerea potențialelor de acțiune (PA). Cu toate acestea, pentru a înțelege cum sunt generate și conduse potențialele de acțiune, este necesar să discutăm despre structura neuronului (deoarece, așa cum se întâmplă deseori în biologie, structura determină funcția).

Structura neuronului

Un neuron (Figura 1) poate fi împărțit în trei părți: dendrite, soma (corpul celular) și axon.

Structura obișnuită a corpului celular este ilustrată în Figura 2. Ca orice altă celulă, soma neuronului conține următoarele substructuri:

În timp ce structura corpului celular este comună cu a altor celule, cele două proiecții menționate mai sus, axonul și dendritele, sunt specifice neuronului și sunt specializate în conducerea semnalelor electrice. Aceste proiecții sunt mai subțiri decât soma și, în general, nu conțin organite celulare (există câteva excepții, însă majoritatea se află în corpul celular). În următoarele paragrafe vom analiza aceste componente. 

Dendritele sunt filamente ale neuronului asemănătoare unei coroane de arbore, specializate în receptarea și integrarea impulsurilor electrice primite de la alți neuroni și transmiterea acestor semnale către soma. Pe măsură ce se extinde de la corpul celular, dendrita se ramifică progresiv, subțiindu-se cu fiecare ramificație. În general, dendritele nu se extind mai mult de câteva sute de micrometri în lungime.

Axonul este o prelungire unică, lungă, specializată în propagarea potențialelor de acțiune și transmiterea acestora către alți neuroni sau celule musculare. Fiecare axon părăsește corpul celular printr-o proeminență denumită conul axonal. Se poate extinde pe distanțe mari și poate genera numeroase ramificații, cunoscute sub numele de colaterale axonale. Spre deosebire de dendrite, axonul nu își modifică diametrul de-a lungul întregii sale lungimi. Unii axoni pot fi acoperiți de o teacă de mielină, o substanță grasă cu rol de izolator, care nu permite impulsurilor electrice să treacă prin membrană. Totuși, această teacă este întreruptă în anumite puncte ale membranei (poți afla de ce aici). Aceste spații sunt numite nodurile lui Ranvier. Vom vedea mai târziu cum teaca de mielină contribuie semnificativ la creșterea vitezei de propagare a PA-urilor.

Ultimele elemente structurale esențiale pe care trebuie să le înțelegem pentru a putea detalia procesul prin care un potențial de acțiune este generat și propagat sunt pompele ionice și canalele ionice*. Pompele ionice sunt proteine transmembranare ce facilitează transportul ionilor prin membrana celulară, împotriva gradientului de concentrație. Așadar, pompele ionice contribuie la formarea și menținerea gradienților de concentrație, care constituie baza electrochimică a potențialelor de acțiune. Canalele ionice, pe de altă parte, sunt proteine care formează pori în membrană și permit trecerea ionilor conform gradientului de concentrație. 

Funcția neuronului 

Așa cum am menționat în introducere, neuronul generează și conduce potențiale de acțiune. Un potențial de acțiune poate fi descris ca o creștere și o scădere rapidă a potențialului membranei. Un potențial membranar (numit și potențial în stare de repaus) este determinat de o diferență a concentrației ionilor între cele două părți ale membranei plasmatice (Figura 3). De obicei, concentrația de  Na+ este mai mare în exteriorul celulei, iar concentrația de K+ este mai mare în interior. De asemenea, anioni proteici mari (proteine cu o încărcătură electrică negativă) se află în interiorul celulei. În timp ce ionii de Na+ și K+ sunt destul de mici pentru a trece prin membrana celulară prin locuri speciale (canalele ionice), anionii proteici rămân blocați înăuntru. Din această cauză, interiorul celulei devine încărcat negativ în raport cu exteriorul, ceea ce duce la formarea potențialului de repaus.

În această stare de repaus, canalele de Na+ sunt închise, iar unele canale de K+ sunt deschise, permițând ieșirea ionilor de potasiu din celulă. Dacă un stimul determină o creștere a voltajului membranei și aceasta devine mai pozitivă, o parte din canalele de Na+ dependente de voltaj se deschid, permițând intrarea ionilor de sodiu în celulă (conform gradientului de concentrație – dinspre concentrația mai mare spre una mai mică). Acest influx determină, la rândul său, deschiderea altor canale de Na+. În acest moment, două scenarii devin posibile: dacă nu se deschid destule canale de Na+, potențialul membranei începe să se întoarcă la starea de repaus datorită efluxului continuu de K+. În schimb, dacă un număr suficient de mare de canale de Na+ se deschid, influxul de ioni de sodiu devine suficient pentru a contrabalansa ieșirea ionilor de potasiu, iar neuronul se depolarizează (adică potențialul membranei devine mai pozitiv), până când ajunge la o valoare pozitivă (vârful PA-ului). Odată ce acest vârf este atins, canalele de Na+ devin inactive, iar canalele de K+ se deschid. Aceste două evenimente determină scăderea potențialului membranei înapoi spre nivelul de repaus. Deoarece multe canale de K+ se închid mai greu decât cele de Na+, potențialul membranei ajunge la o valoare mai negativă decât în starea de repaus – faza numită hiperpolarizare. Pe măsură ce canalele de K+ se închid, neuronul revine la starea de repaus, iar pompele ionice restabilesc gradientul de concentrație, eliminând Na+ din celulă și introducând K+. 

Procesul descris mai sus se repetă în zonele învecinate ale membranei, până când potențialul de acțiune ajunge la sinapsă. Această propagare progresivă explică de ce axonii mielinați conduc PA-urile mai repede: întrucât axonul este izolat de mielină, PA-ul poate fi generat doar la nivelul nodurilor lui Ranvier, ceea ce înseamnă că el sare de la un nod la altul (fenomen denumit conducție în salturi). Este important de menționat faptul că PA-urile sunt în general inițiate la nivelul conului axonal, unde se află cea mai mare concentrație de canale de Na+ (astfel, o intensitate mai mică a unui stimul are o șansă mai mare să genereze un PA aici în comparație cu alte părți ale neuronului). În plus, aceste potențiale de acțiune circulă doar într-o direcție, de la corpul celular către sinapse, datorită inactivării canalelor de Na+, ce generează o perioadă refractară*. 

Odată ajuns la sinapsă, potențialul de acțiune determină eliberarea de neurotransmițători, care se leagă de alți neuroni, unde pot iniția din nou întreg procesul. Deși există multe alte detalii în acest mecanism complex, potențialul de acțiune rămâne unitatea fundamentală a comunicării neuronale, a percepției, gândurilor și emoțiilor noastre. 

*Canalele ionice = proteine mari, localizate de-a lungul membranei celulare, ce permit trecerea ionilor în anumite condiții; pot fi dependente de voltaj (se deschid doar la un anumit voltaj), dependente de liganzi (se deschid doar atunci când o moleculă specifică, cum ar fi acetilcolina, se leagă de ele) sau dependente de întindere (se deschid ca rezultat al deformării mecanice a membranei)

*Perioada refractară = intervalul în care, indiferent de intensitatea stimulului, nu se poate genera un PA (absolută); sau un stimul mult mai puternic este necesar pentru a genera un potențial de acțiune (relativă)

Cum ți s-a părut această postare? Scrie-ne în comentariile de mai jos. Și dacă vrei să ne susții, poți distribui articolul, ne poți cumpăra o cafea aici sau chiar ambele.

Abonează-te la fluxul RSS aici.

Ar putea să-ți placă și: