Transmiterea impulsului nervos: potențial de acțiune și sinapsă

Impulsul nervos este, de fapt, un potențial de acțiune: o inversare scurtă și locală a încărcării electrice a membranei neuronului, care se propagă de-a lungul axonului. Ajuns la capătul axonului, impulsul trece la celula următoare prin sinapsă, de obicei cu ajutorul unui neurotransmițător. Ca să-l explici corect la BAC Biologie, ai nevoie de trei idei: repausul, potențialul de acțiune și sinapsa chimică.

Neuronul pe scurt

Neuronul este unitatea structurală și funcțională a sistemului nervos. Are două proprietăți fundamentale: excitabilitatea (capacitatea de a răspunde la un stimul prin generarea unui impuls) și conductibilitatea (capacitatea de a propaga impulsul).

• Dendritele primesc informația și o conduc spre corpul celulei (sens celulipet).
• Corpul celular (pericarionul) conține nucleul și organitele, inclusiv corpii Nissl, cu rol în sinteza proteinelor.
• Axonul conduce impulsul dinspre corp spre butonii terminali (sens celulifug). Mulți axoni sunt înveliți în teaca de mielină, întreruptă din loc în loc de nodurile Ranvier.

Organizarea neuronilor în sistemul nervos central și periferic este tratată în articolul despre sistemul nervos central și periferic.

Potențialul de repaus

Când neuronul nu este stimulat, între fața internă și cea externă a membranei există o diferență de potențial numită potențial de repaus. Interiorul este negativ față de exterior, cu o valoare de aproximativ −70 mV. Spunem că membrana este polarizată: pozitivă la exterior, negativă la interior.

Cum se menține această diferență?

• Pompa de Na⁺/K⁺ scoate activ 3 ioni de Na⁺ din celulă și introduce 2 ioni de K⁺, consumând ATP. Astfel, Na⁺ este concentrat în exterior, iar K⁺ în interior.
• În repaus, membrana este mult mai permeabilă pentru K⁺ decât pentru Na⁺, iar ieșirea K⁺ lasă interiorul încărcat negativ.
• În interior rămân anioni mari (proteine) care nu pot traversa membrana.

Un detaliu care contează la explicații: transportul prin pompă este activ (cu consum de energie), pentru că ionii sunt mutați împotriva gradientului de concentrație.

Potențialul de acțiune

Dacă un stimul atinge pragul de excitație, membrana generează un potențial de acțiune, cu trei faze:

1. Depolarizarea: se deschid canalele de Na⁺, iar Na⁺ intră rapid în celulă. Interiorul devine pozitiv pentru scurt timp (inversarea polarității).
2. Repolarizarea: canalele de Na⁺ se închid, se deschid cele de K⁺, iar K⁺ iese din celulă. Interiorul redevine negativ.
3. Hiperpolarizarea tranzitorie: pentru un moment, potențialul coboară sub valoarea de repaus, apoi revine. Pompa de Na⁺/K⁺ reface distribuția inițială a ionilor.

Două reguli completează mecanismul:

• Legea „totul sau nimic”: un stimul sub prag nu produce potențial de acțiune; un stimul la prag sau peste prag produce un potențial de aceeași amplitudine. Intensitatea stimulului este codificată prin frecvența impulsurilor, nu prin „mărimea” lor.
• Perioada refractară: imediat după depolarizare, porțiunea respectivă de membrană nu mai poate fi excitată. De aceea impulsul nu se poate întoarce din drum și înaintează într-un singur sens.

Propagarea impulsului: continuă și saltatorie

Viteza de conducere crește și cu diametrul fibrei: fibrele groase, mielinizate, sunt cele mai rapide. De aici vine o explicație ușor de punctat: „Fibrele mielinice conduc mai repede, deoarece impulsul sare de la un nod Ranvier la altul, mielina fiind izolator.”

Sinapsa chimică pas cu pas

Sinapsa este zona de contact funcțional dintre un neuron și o altă celulă: alt neuron, o fibră musculară (placa motorie) sau o celulă glandulară. O sinapsă chimică are trei componente: membrana presinaptică (a butonului terminal, cu vezicule pline cu mediator chimic), fanta sinaptică și membrana postsinaptică, prevăzută cu receptori.

1. Potențialul de acțiune ajunge la butonul terminal.
2. Se deschid canalele de Ca²⁺, iar ionii de calciu intră în buton.
3. Veziculele fuzionează cu membrana presinaptică și eliberează neurotransmițătorul în fantă (exocitoză).
4. Neurotransmițătorul difuzează prin fantă și se leagă de receptorii membranei postsinaptice.
5. Se modifică permeabilitatea membranei postsinaptice: apare o depolarizare (sinapsă excitatoare) sau o hiperpolarizare (sinapsă inhibitoare).
6. Neurotransmițătorul este inactivat rapid: descompus enzimatic (acetilcolina, de acetilcolinesterază) sau recaptat. Astfel, semnalul nu persistă la nesfârșit.

Exemple de neurotransmițători: acetilcolina (inclusiv la placa motorie, unde declanșează contracția mușchiului scheletic; vezi sistemul muscular), noradrenalina, dopamina, serotonina, GABA (inhibitor).

Proprietățile sinapsei chimice care apar la examen:

• Conducere unidirecțională: mediatorul există doar în butonul presinaptic, iar receptorii doar pe membrana postsinaptică.
• Întârziere sinaptică: transmiterea chimică durează mai mult decât conducerea pe fibră; de aceea un arc reflex polisinaptic e mai lent decât unul monosinaptic (legătura cu arcul reflex).
• Sensibilitate la substanțe chimice: unele medicamente, toxine sau droguri acționează tocmai la nivelul sinapselor.

Există și sinapse electrice, în care ionii trec direct de la o celulă la alta prin joncțiuni comunicante (de tip gap). Sunt foarte rapide și pot conduce în ambele sensuri, dar la om predomină sinapsele chimice.

Itemi de tip BAC

În grile, cele mai frecvente capcane sunt inversarea ionilor (Na⁺ cu K⁺) și a sensului dendrită–axon. Mai multe perechi de noțiuni care se încurcă ușor găsești în noțiunile care se confundă des la BAC.