POTENCIAL D'ACCIÓ: PROPAGACIÓ I FASES - GEOGRAFÍA - 2026

El potencial d'acció és un fenomen elèctric o químic de curta durada que succeeix en les neurones del nostre cervell. Es pot dir que és el missatge que transmet una neurona a altres neurones.

EL potencial d'acció es produeix en el cos de la cèl·lula (nucli), també anomenat soma. Viatja per tot l'axó (prolongació de la neurona, semblant a un cable) fins arribar al seu extrem, anomenat botó terminal.

Els potencials d'acció en un determinat axó sempre posseeixen la mateixa durada i intensitat. Si l'axó es ramifica en altres prolongacions, el potencial d'acció es divideix, però la seva intensitat no es redueix.

Quan el potencial d'acció arriba als botons terminals de la neurona, aquests segreguen substàncies químiques anomenades neurotransmissors. Aquestes substàncies exciten o inhibeixen a la neurona que les rebi, podent generen un potencial d'acció en aquesta neurona.

Gran part del que es coneix sobre els potencials d'acció de les neurones provenen d'experiments realitzats amb axons gegants de calamars. És fàcil d'estudiar per la seva grandària, ja que s'estén des del cap fins a la cua. Serveixen perquè l'animal pugui desplaçar-se.

Potencial de membrana de la neurona

A. Vista esquemàtica d'un potencial d'acció ideal. B. Registre real d'un potencial d'acció. Font: en: Memenen / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

Les neurones posseeixen diferent càrrega elèctrica en el seu interior que a l'exterior. Aquesta diferència es diu potencial de membrana.

Quan una neurona es troba en potencial de repòs, vol dir que la seva càrrega elèctrica no està alterada per potencials sinàptics excitatoris ni inhibitoris.

En canvi, quan altres potencials influeixen en ella, el potencial de membrana pot reduir-se. Això es coneix com despolarització.

Per contra, quan el potencial de membrana augmenta respecte al seu potencial normal, es produeix un fenomen anomenat hiperpolarització.

Quan es produeix de forma sobtada una inversió molt ràpida de l'potencial de membrana, es dóna un potencial d'acció. Aquest consisteix en un impuls elèctric breu, que es tradueix en el missatge que viatja per l'axó de la neurona. Comença en el cos cel·lular, arribant fins als botons terminals.

L'impuls nerviós viatja per l'axó

És important destacar que perquè es produeixi un potencial d'acció, els canvis elèctrics han d'aconseguir un llindar, anomenat llindar d'excitació. Es tracta del valor de l'potencial de membrana a què s'ha d'arribar necessàriament perquè passi el potencial d'acció.

Esquema d'una sinapsis química

Potencials d'acció i canvis en els nivells d'ions

Permeabilitat de membrana d'una neurona durant un potencial d'acció. Estat de repòs (1), els ions de sodi i potassi no poden passar a través de la membrana, i la neurona té una càrrega negativa a l'interior. La despolarització (2) de la neurona s'activa el canal de sodi, permetent que els ions de sodi passin a través de la membrana de la neurona. La repolarització (3), on els canals de sodi es tanquen i els canals de potassi s'obren, els ions de potassi creuen la membrana. El període refractari (4), el potencial de membrana torna a l'estat de repòs a mesura que els canals de potassi es tanquen. Font: Membrane Permeability of a Neuron During an Action Potential.pdf and Action potential, CThompson02

En condicions normals, la neurona està preparada per rebre sodi (Na +) al seu interior. No obstant això, la seva membrana no és molt permeable a aquest ió.

A més, posseeix els coneguts "transportadors de sodi-potassi" una proteïna que es troba a la membrana de les cèl·lules que s'encarrega de treure els ions de sodi d'aquesta i introduir-hi ions de potassi. En concret, per cada 3 ions de sodi que extreu, introdueix dues de potassi.

Aquests transportadors mantenen un nivell de sodi baix dins de la cèl·lula. Si augmentés la permeabilitat de la cèl·lula i entrés major quantitat de sodi en ella sobtadament, el potencial de membrana canviaria radicalment. A l'sembla, això és el que provoca un potencial d'acció.

En concret, s'incrementaria la permeabilitat de la membrana a el sodi, entrant aquests dins de la neurona. Mentre que, a el mateix temps, això permetria que els ions de potassi sortissin de la cèl·lula.

Com es donen aquests canvis de permeabilitat?

Les cèl·lules posseeixen incrustades en la seva membrana nombroses proteïnes anomenades canals iònics. Aquestes tenen unes obertures per les quals els ions poden entrar o sortir de les cèl·lules, encara que no sempre estan oberts. Els canals es tanquen o s'obren segons certs esdeveniments.

Hi ha múltiples tipus de canals iònics, i cada un sol estar especialitzat per conduir a certs tipus d'ions exclusivament.

Per exemple, una cadena de sodi obert, pot deixar passar més de 100 milions d'ions per segon.

Com es produeixen els potencials d'acció?

Les neurones transmeten informació electroquímicament. Això vol dir que les substàncies químiques produeixen senyals elèctrics.

Aquestes substàncies químiques posseeixen càrrega elèctrica, de manera que es denominen ions. Els més importants en el sistema nerviós són el sodi i el potassi, que tenen una càrrega positiva. A més de l'calci (2 càrregues positives) i el clor (una càrrega negativa).

Canvis en el potencial de la membrana

El primer pas perquè passi un potencial d'acció és un canvi en el potencial de membrana de la cèl·lula. Aquest canvi ha de superar el llindar d'excitació.

En concret, es dóna una reducció de l'potencial de membrana, el que s'anomena despolarització.

Obertura dels canals de sodi

Com a conseqüència, els canals de sodi incrustats en la membrana s'obren, permetent que el sodi entre massivament a l'interior de la neurona. Aquests estan impulsats per forces de difusió i pressió electrostàtica.

Com els ions de sodi estan carregats positivament, produeixen un ràpid canvi en el potencial de membrana.

Obertura dels canals de potassi

La membrana dels axons posseeix tant canals de sodi com de potassi. No obstant això, aquests últims s'obren més tard, perquè són menys sensibles. És a dir, necessiten un major nivell de despolarització per obrir-se i per això s'obren més tard.

Tancament dels canals de sodi

Arriba un moment en què el potencial d'acció arriba al seu màxim valor. A partir d'aquest període, els canals de sodi es bloquegen i es tanquen.

Ja no podran obrir-se de nou fins que la membrana abast una altra vegada el potencial de repòs. Com a conseqüència, no podrà entrar més sodi en la neurona.

Tancament dels canals de potassi

No obstant això, els canals de potassi romanen oberts. Això permet que els ions de potassi flueixin a través de la cèl·lula.

A causa de la difusió i pressió electrostàtica, com l'interior de l'axó està carregat positivament, els ions de potassi s'empenyen cap a l'exterior de la cèl·lula. Així, el potencial de membrana va recuperant el seu valor habitual. A poc a poc, els canals de potassi es van tancant.

Aquesta sortida de cations fa que el potencial de membrana vagi recuperant el seu valor normal. Quan passa això, els canals de potassi es comencen a tancar de nou.

En el moment en què el potencial de membrana arriba al seu valor normal, els canals de potassi es tanquen del tot. Una mica més tard, els canals de sodi es reactiven preparant perquè una altra despolarització els obri.

Finalment, els transportadors de sodi-potassi, segreguen el sodi que havia entrat i recuperen el potassi que havia sortit anteriorment.

Com es propaga la informació per l'axó?

Parts d'una neurona. Font: No machine-readable Autor provided. NickGorton ~ commonswiki assumed (based on copyright claims)

L'axó consisteix en una part de la neurona, una prolongació d'aquesta similar a un cable. Poden ser molt llargs per permetre que les neurones que estan allunyades físicament puguin connectar-se i enviar-se informació.

El potencial d'acció es propaga al llarg de l'axó i arriba als botons terminals per enviar missatges a la següent cèl·lula. Si mesuréssim la intensitat de l'potencial d'acció des en diferents zones de l'axó, trobaríem que la seva intensitat roman igual en totes les àrees.

Llei de el tot o res

Això passa perquè la conducció axonal segueix una llei fonamental: la llei de el tot o res. És a dir, un potencial d'acció es dóna o no es dóna. Una vegada que comença, viatja per tot l'axó fins al seu extrem mantenint sempre la mateixa mida, no augmenta ni disminueix. És més, si un axó es ramifica, el potencial d'acció es divideix, però manté la seva grandària.

Els potencials d'acció s'inicien en l'extrem de l'axó que està unit a l'soma de la neurona. Normalment, solen viatjar en una sola direcció.

Potencials d'acció i conducta

És possible que, arribats a aquest punt, et preguntes: si el potencial d'acció és un procés de tot o res, ¿com es produeixen certes conductes com la contracció muscular que pot variar entre diferents nivells d'intensitat? Això succeeix per la llei de la freqüència.

Llei de la freqüència

El que passa és que un sol potencial d'acció no aporta informació de manera directa. En canvi, la informació es determina per la freqüència de descàrrega o taxa de tret d'un axó. És a dir, la freqüència en què ocorren els potencials d'acció. Això es coneix com la "llei de la freqüència".

Així, una freqüència alta de potencials d'acció donaria lloc a una contracció muscular molt intensa.

El mateix passa amb la percepció. Per exemple, un estímul visual molt brillant, per a ser captat, ha de produir una "taxa de tret" alta en els axons lligats als ulls. D'aquesta manera, la freqüència dels potencials d'acció reflecteix la intensitat d'un estímul físic.

Per tant, la llei de el tot o res es complementa amb la llei de la freqüència.

Altres formes d'intercanvi d'informació

Els potencials d'acció no són les úniques classes de senyals elèctrics que ocorren en les neurones. Per exemple, a l'enviar informació a través d'una sinapsis es dóna un petit impuls elèctric en la membrana de la neurona que rep les dades.

Esquema d'una sinapsis. Font: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com)

En certes ocasions, una lleugera despolarització que és massa feble per produir un potencial d'acció, pot alterar lleument el potencial de membrana.

No obstant això, aquesta alteració va reduint a poc a poc a mesura que va viatjant per l'axó. En aquest tipus de transmissió d'informació, ni els canals de sodi ni els de potassi s'obren o es tanquen.

Així, el axó actua com un cable submarí. A mesura que el senyal va transmetent-se per aquest, la seva amplitud va disminuint. Això es coneix com conducció decreixent, i ocorre a causa de les característiques de l'axó.

Potencials d'acció i mielina

Els axons de gairebé tots els mamífers estan coberts de mielina. És a dir, posseeixen segments envoltats d'una substància que permet la conducció nerviosa, fent-la més ràpida. La mielina s'enrotlla al voltant de l'axó sense deixar que el líquid extracel·lular arribi a aquest.

La mielina es produeix en el sistema nerviós central per unes cèl·lules anomenades oligodendròcits. Mentre que, en el sistema nerviós perifèric, la produeixen les cèl·lules de Schwann.

Els segments de mielina, coneguts com beines de mielina, estan dividits entre si per zones descobertes de l'axó. Aquestes zones s'anomenen nòduls de Ranvier i sí estan en contacte amb el líquid extracel·lular.

El potencial d'acció es transmet de manera diferent en un axó amielínico (que no està cobert de mielina) que en un mielínic.

El potencial d'acció pot viatjar per la membrana axonal coberta de mielina per les propietats del cable. L'axó d'aquesta manera, condueix el canvi elèctric des del lloc on es produeix el potencial d'acció fins al següent nòdul de Ranvier.

Aquest canvi va reduint lleugerament, però és prou intens com per provocar un potencial d'acció en el nòdul següent. Després, aquest potencial torna a desencadenar-o repetir-se en cada nòdul de Ranvier, transportant-se per tota la zona mielinizada fins al pròxim nòdul.

Aquesta classe de conducció dels potencials d'acció es denomina conducció saltatòria. El seu nom prové de l'llatí "saltare", que significa "ballar". El concepte es deu al fet que l'impuls sembla saltar de nòdul a nòdul.

Avantatges de la conducció saltatòria per transmetre potencials d'acció

Aquest tipus de conducció posseeix els seus avantatges. En primer lloc, per estalviar energia. Els transportadors de sodi-potassi gasten molta energia extraient l'excés de sodi d'l'interior de l'axó durant els potencials d'acció.

Aquests transportadors de sodi-potassi se situen en les zones de l'axó que no estan cobertes de mielina. No obstant això, en un axó mielinizado, el sodi només pot entrar en els nòduls de Ranvier. Per això, entra molt menys sodi, ia causa d'això, s'ha de bombar a l'exterior menys sodi, de manera que els transportadors de sodi-potassi han de treballar menys.

Un altre benefici de la mielina és la rapidesa. Un potencial d'acció es condueix de forma més veloç en un axó mielinizado, ja que l'impuls "salta" d'un nòdul a un altre, sense haver de passar per tot l'axó.

Aquest augment en la velocitat provoca que els animals pensin i reaccionin de forma més ràpida. Altres éssers vius, com el calamar, posseeixen axons sense mielina que aconsegueixen velocitat per un augment de la seva mida. Els axons dels calamars tenen un gran diàmetre (unes 500 micres), el que els permet viatjar més ràpid (a uns 35 metres per segon).

No obstant això, a aquesta mateixa velocitat viatgen els potencials d'acció en els axons dels gats, encara que aquests tenen un diàmetre de sol 6 micres. El que passa és que aquests axons sí que contenen mielina.

Un axó mielinizado pot arribar a conduir potencials d'acció a una velocitat d'uns 432 quilòmetres per hora, amb un diàmetre de 20 micres.

referències

1. Action potentials. (Sf). Recuperat el 05 de març de 2017, de Hyperphysics, Geòrgia State University: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
2. Carlson, NR (2006). Fisiologia de la conducta 8a Ed. Madrid: Pearson.
3. Chudler, I. (sf). Lights, Camera, Action Potential. Recuperat el 05 de març de 2017, d'University of Washington: faculty.washington.edu.
4. Stages of the Action Potential. (Sf). Recuperat el 05 de març de 2017, de Boundless: boundless.com.