I cambiamenti della conduttanza postsinaptica e i cambiamenti di potenziale che li accompagnano alterano la probabilità che un potenziale d’azione sia prodotto nella cellula postsinaptica. Alla giunzione neuromuscolare, l’azione sinaptica aumenta la probabilità che un potenziale d’azione si verifichi nella cellula muscolare postsinaptica; infatti, la grande ampiezza dell’EPP assicura che un potenziale d’azione sia sempre innescato. In molte altre sinapsi, le PSP diminuiscono effettivamente la probabilità che la cellula postsinaptica generi un potenziale d’azione. Le PSP sono dette eccitatorie (o EPSP) se aumentano la probabilità che si verifichi un potenziale d’azione postsinaptico, e inibitorie (o IPSP) se diminuiscono questa probabilità. Dato che la maggior parte dei neuroni riceve input da sinapsi sia eccitatorie che inibitorie, è importante capire più precisamente i meccanismi che determinano se una particolare sinapsi eccita o inibisce il suo partner postsinaptico.
I principi di eccitazione appena descritti per la giunzione neuromuscolare sono pertinenti a tutte le sinapsi eccitatorie. I principi dell’inibizione postsinaptica sono molto simili a quelli dell’eccitazione e sono anche generali. In entrambi i casi, i neurotrasmettitori che si legano ai recettori aprono o chiudono i canali ionici nella cellula postsinaptica. Se una risposta postsinaptica è un EPSP o un IPSP dipende dal tipo di canale che è accoppiato al recettore, e dalla concentrazione di ioni permeabili all’interno e all’esterno della cellula. Infatti, l’unico fattore che distingue l’eccitazione postsinaptica dall’inibizione è il potenziale di inversione della PSP in relazione alla tensione di soglia per la generazione di potenziali d’azione nella cellula postsinaptica.
Consideriamo, per esempio, una sinapsi neuronale che utilizza il glutammato come trasmettitore. Molte di queste sinapsi hanno recettori che, come i recettori ACh nelle sinapsi neuromuscolari, aprono canali ionici non selettivamente permeabili ai cationi. Quando questi recettori del glutammato sono attivati, sia Na+ che K+ fluiscono attraverso la membrana postsinaptica. Il potenziale di inversione (Erev) per la corrente postsinaptica è circa 0 mV, mentre il potenziale di riposo dei neuroni è circa -60 mV. L’EPSP risultante depolarizzerà il potenziale di membrana postsinaptico, portandolo verso 0 mV. Per il particolare neurone mostrato in Figura 7.6A, la tensione di soglia del potenziale d’azione è di -40 mV. Quindi, l’EPSP aumenta la probabilità che il neurone postsinaptico produca un potenziale d’azione, definendo questa sinapsi come eccitatoria.
Figura 7.6
I potenziali di inversione e i potenziali di soglia determinano l’eccitazione e l’inibizione postsinaptica. (A) Se il potenziale di inversione per un PSP (0 mV) è più positivo della soglia del potenziale d’azione (-40 mV), l’effetto di un trasmettitore è eccitatorio, e (più…)
Come esempio di azione postsinaptica inibitoria, consideriamo una sinapsi neuronale che usa GABA come trasmettitore. In queste sinapsi, i recettori del GABA aprono tipicamente dei canali che sono selettivamente permeabili al Cl-. Quando questi canali si aprono, ioni cloruro caricati negativamente possono fluire attraverso la membrana. Supponiamo che il neurone postsinaptico abbia un potenziale di riposo di -60 mV e una soglia di potenziale d’azione di -40 mV, come nell’esempio precedente. Se ECl è -70 mV, come è tipico per molti neuroni, il rilascio del trasmettitore in questa sinapsi inibirà la cellula postsinaptica (perché ECl è più negativo della soglia del potenziale d’azione). In questo caso, la forza motrice elettrochimica (Vm – Erev) fa fluire Cl- nella cellula, generando un PSC verso l’esterno (perché Cl- è caricato negativamente) e di conseguenza un IPSP iperpolarizzante (Figura 7.6B). Poiché ECl è più negativo della soglia del potenziale d’azione, il cambiamento di conduttanza derivante dal legame del GABA mantiene il potenziale di membrana postsinaptico più negativo della soglia, riducendo così la probabilità che la cellula postsinaptica spari un potenziale d’azione.
Tuttavia, non tutte le sinapsi inibitorie producono IPSP iperpolarizzanti. Per esempio, nel neurone appena descritto, se ECl fosse -50 mV invece di -70 mV, la sinapsi sarebbe ancora inibitoria perché il potenziale di inversione dell’IPSP rimane più negativo della soglia del potenziale d’azione (-40 mV). Poiché la forza motrice elettrochimica ora causa il flusso di Cl- fuori dalla cellula, tuttavia, l’IPSP è effettivamente depolarizzante (Figura 7.6C). Tuttavia, questo IPSP depolarizzante inibisce la cellula postsinaptica perché il potenziale di membrana della cellula è mantenuto più negativo del potenziale di soglia per l’inizio del potenziale d’azione. Un altro modo di pensare a questa peculiarità è che se un altro ingresso depolarizzante portasse il potenziale di riposo della cellula a -41 mV, appena sotto la soglia per l’innesco di un potenziale d’azione, l’apertura di questi canali attivati dal GABA provocherebbe una corrente iperpolarizzante, portando il potenziale di membrana più vicino a -50 mV, il potenziale di inversione per questi canali. Così, mentre le EPSP depolarizzano la cellula postsinaptica, le IPSP possono iperpolarizzare o depolarizzare; infatti, un cambiamento di conduttanza inibitoria può non produrre alcun cambiamento di potenziale ed esercitare comunque un effetto inibitorio.
Anche se i particolari dell’azione postsinaptica possono essere complessi, una semplice regola distingue l’eccitazione postsinaptica dall’inibizione: Un EPSP ha un potenziale di inversione più positivo della soglia del potenziale d’azione, mentre un IPSP ha un potenziale di inversione più negativo della soglia (Figura 7.6D). Intuitivamente, questa regola può essere compresa realizzando che un EPSP tenderà a depolarizzare il potenziale di membrana in modo che superi la soglia, mentre un IPSP agirà sempre per mantenere il potenziale di membrana più negativo del potenziale di soglia.