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La generazione del potenziale d’azione nei neuroni

Il Premio Nobel del 1963 per la Fisiologia e la Medicina è stato assegnato a sir John Eccles, Alan Lloyd Hodgkin e Andrew Fielding Huxley per il loro lavoro sui meccanismi ionici coinvolti nell'eccitazione e nell'inibizione nella porzione periferica e centrale della membrana cellulare dei neuroni.


Il loro lavoro ha contribuito a distinguere le teorie rivali sulla trasmissione sinaptica, chimica o elettrica, una controversia a quel tempo. Tuttavia, la vittoria decisiva della teoria chimica ha dovuto aspettare la registrazione intracellulare dalle giunzioni neuromuscolari e dalle cellule nervose, realizzata da Fatt e Katz.
Sir John Eccles ha studiato i processi fondamentali di eccitazione e inibizione dei neuroni. Ha usa

to come modello il riflesso da stiramento, che si può studiare facilmente poiché è composto da due neuroni: un neurone sensoriale forma una sinapsi nel midollo spinale con un neurone motorio. Inserendo un microelettrodo capillare con un diametro di 0,0005 mm in un singolo neurone nel midollo spinale, Sir Eccles ha dimostrato che queste cellule hanno un potenziale di riposo di circa -70 millivolt. Se un impulso che arriva al neurone risulta in eccitazione, la membrana cellulare si depolarizza, andando verso valori meno negativi, e al contrario se causa inibizione, la membrana della cellula si iperpolarizza, verso valori più negativi. I singoli potenziali eccitatori postsinaptici (PEPS) non sono sufficienti perché parta un potenziale d'azione in un neurone. Tuttavia, la somma di diversi PEPS da vari neuroni sensoriali che formano sinapsi su un neurone motorio potrebbe causare la sua attivazione. D'altra parte, i potenziali inibitori postsinaptici (PIPS) potrebbero interferire con la somma di PEPS, ostacolando l'attivazione del neurone motorio. Eccles ha dimostrato in termini elettrici i fenomeni di eccitazione e inibizione neuronale.


Il suo lavoro ha avuto un'importanza fondamentale per la comprensione dei processi di conduzione dell'impulso nervoso e ha aiutato a identificare meglio la natura dello spostamento di ioni attraverso la membrana, esplorato ulteriormente da Hodgkin e Huxley.


I due scienziati hanno lavorato insieme per decifrare la natura fisiologica e chimica dell'impulso nervoso, un evento elettrico prodotto dallo stesso assone quando la sua membrana è depolarizzata.


Durante l'impulso nervoso, il potenziale d'azione supera il valore del potenziale di riposo del 35%, con la formazione di un potenziale di membrana di circa 100mV, che dura circa 1 millisecondo. Il potenziale d'azione passa come un'onda lungo il nervo ed è un'unità fondamentale del codice con cui le cellule nervose comunicano tra loro e trasportano le istruzioni dal cervello alle cellule motorie e sensoriali. Gli assoni dei neuroni contengono ioni potassio, che non possono diffondersi nel liquido extracellulare, ricco di ioni sodio. Il potenziale di riposo dei neuroni è dovuto alla differenza di potenziale elettrico causato dalla concentrazione di ioni potassio all'interno delle fibre nervose.


Hodgkin e Huxley hanno studiato la depolarizzazione nervosa negli assoni del calamaro gigante, che hanno un diametro di circa 0,7 mm, mentre nei vertebrati il diametro è di 0,015 mm. Gli scienziati hanno osservato che la depolarizzazione induce l'ingresso di ioni sodio all'interno dell'assone, creando una prima fase di impulso nervoso. Questa fase termina rapidamente ed è rimpiazzata da una fase in cui escono ioni potassio L'equilibro di sodio-potassio spiega l'impulso nervoso in termini quantitativi fisiologici e chimici.
Il contributo dei tre scienziati all'avanzamento delle conoscenze in questo campo ha influenzato profondamente lo studio di moltissimi disturbi neurologici


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