Un potenziale d’azione è la variazione della carica relativa attraverso la membrana di alcune cellule presenti negli animali e nelle piante. Le cellule che subiscono potenziali d’azione sono chiamate cellule eccitabili e comprendono cellule nervose, cellule muscolari e cellule del sistema endocrino – o sistema che produce ormoni. La generazione potenziale d’azione è il processo che provoca il cambiamento della carica attraverso la membrana.
Ci sono quattro fasi fondamentali che sono coinvolte nella generazione di potenziali azioni. Quando non si verifica un potenziale d’azione, si dice che la cellula si trova nella fase di riposo. All’interno di una cellula nervosa, la carica relativa all’interno della cellula è di circa -70 milliVolt (mV) in questa fase. Il potenziale di riposo della cellula è mantenuto dagli ioni carichi trovati all’interno e intorno alla cellula. Per le cellule nervose, gli ioni di potassio caricati positivamente si trovano con la membrana cellulare, mentre gli ioni sodio caricati positivamente e gli ioni cloruro caricati negativamente si trovano all’esterno della cellula.
I livelli degli ioni presenti all’interno e all’esterno della cellula sono controllati da porte e pompe ioniche. Durante la fase di riposo potenziale per le cellule nervose, gli ioni di potassio vengono pompati nella cellula e gli ioni di sodio vengono espulsi. La concentrazione di questi ioni l’uno rispetto all’altro è ciò che provoca la carica attraverso la membrana. In questo momento, si dice che la cellula sia polarizzata.
Per attivare un potenziale d’azione, è necessario invertire la carica all’interno della cellula. Quando uno stimolo viene applicato alla cellula, può causare una depolarizzazione. La generazione di potenziali azioni richiede uno stimolo che soddisfi o superi un certo livello di soglia. Se la soglia non viene raggiunta, il potenziale d’azione non verrà generato. La dimensione del potenziale d’azione è la stessa sia che venga raggiunta o superata la soglia, quindi la generazione del potenziale d’azione è chiamata “evento tutto o nessuno”.
Durante la depolarizzazione, i canali ionici si aprono in modo che gli ioni di sodio si precipitino nella cellula. Questo fa sì che le cellule subiscano un rovescio in carica. Per le cellule nervose, la soglia per la generazione di potenziale d’azione è una carica di +40 mV. Ciò avviene in meno di due millisecondi o due millesimi di secondo. Non appena il potenziale d’azione è stato generato, inizia la ripolarizzazione di quell’area della membrana cellulare.
Una volta che un potenziale d’azione è stato attivato all’interno di uno di questi tipi di cellule, si dice che si auto-propaga. Ciò significa che il potenziale d’azione in un’area della membrana stimola le cellule a iniziare il processo di generazione del potenziale d’azione nella sezione adiacente della membrana. Di conseguenza, il potenziale d’azione si sposta lungo la lunghezza della cella.