Nei precedenti articoli abbiamo trattato la conduzione del potenziale d’azione dei neuroni Potenziali elettrici nei neuroni Conduzione del potenziale d’azione. Adesso vedremo cosa influisce sulla velocità di propagazione del segnale.
La velocità di conduzione del potenziale di azione dipende da due fattori principali:
- il diametro dell’assone
- la resistenza della membrana assonica alla dispersione ionica.
Il potenziale di azione è tanto più veloce quanto più è grande il diametro dell’assone. Organismi come calamari, lombrichi e pesci hanno assoni che possono raggiungere 1 mm di diametro. Gli assoni dei mammiferi invece sono molto più piccoli. Mettendo a paragone il diametro di un assone gigante di un calamaro con quello di un mammifero si scopre che nella stessa sezione il nervo del mammifero contiene circa 200 assoni.
I sistemi nervosi complessi come il nostro comprimono molti assoni in un nervo di piccole dimensioni. Nonostante questo, la conduzione del potenziale d’azione è molto elevata. Come è possibile? Questo lo dobbiamo alla presenza della mielina. La melina, di cui abbiamo già scritto qui Introduzione al sistema nervoso è una sostanza prodotta dalle cellule di Schwann e dagli oligodendrociti, che avvolge l’assone fungendo da isolante.
Gli assoni mielinizzati comportano un notevole vantaggio. Per prima cosa la dispersione di corrente è ridotta al minimo perché la mielina limita la quantità di membrana che sta a contatto con il fluido extracellulare. Un assone non mielinizzato ha tutta la superficie della membrana a contatto col liquido extracellulare, e dai canali ionici può uscire corrente. Nell’assone mielinizzato ci sono solo piccole sezioni di area scoperta, per cui la dispersione è molto limitata. Inoltre la guaina mielinica che avvolge l’assone crea una parete che impedisce agli ioni di uscire, aumentando lo spessore della membrana assonica di 100 volte.
Nodi di Ranvier
Le piccole porzioni di membrana non mielinizzata a contatto con il liquido extracellulare vengono chiamati nodi di Ranvier. I nodi di Ranvier sono porzioni scoperte di membrana di 100-200 micron e sono la causa della conduzione saltatoria del potenziale d’azione.
Il processo di conduzione è simile a quello descritto negli altri articoli. Per cui abbiamo la depolarizzazione della membrana che fa aprire i canali del sodio e da il via a tutta la cascata di eventi che abbiamo visto negli scorsi articoli. La differenza sta nel fatto che questo meccanismo si verifica solamente nei nodi di Ranvier.
Nei nodi di Ranvier troviamo un’alta concentrazione di canali per il Na+ voltaggio-dipendenti. Gli ioni sodio rinforzano la depolarizzazione e mantengono costante l’ampiezza del potenziale d’azione mentre questo passa da un nodo all’altro. Il potenziale d’azione che salta da un nodo all’altro viene definito conduzione saltatoria.
Conduzione saltatoria
La conduzione saltatoria aumenta in modo considerevole la velocità di conduzione, rendendola migliore rispetto ai neuroni non mielinizzati. Questo si spiega perché nei neuroni privi di guaina mielinica l’apertura dei canali rallenta leggermente la conduzione. In questi assoni i canali devono aprirsi in sequenza per tutta la lunghezza dell’assone, mentre negli assoni mielinizzati i canali per il sodio si aprono solo nei nodi, velocizzando la conduzione.
Per analogia possiamo identificare la conduzione del potenziale d’azione in un assone privo di guaina mielinica allo spostamento del cursore sul monitor del computer premendo la barra spaziatrice. Allo stesso modo la conduzione degli assoni mielinizzati corrisponde all’utilizzo del tasto TAB.
Un assone mielinizzato di 10 micron di diametro ha una velocità di conduzione pari a quella di un assone amielinco di 500 micron.