Il potenziale d’azione consiste in un rapido aumento e una successiva diminuzione del voltaggio o potenziale di membrana attraverso la membrana cellulare con un pattern caratteristico. Affinché abbia inizio una risposta di voltaggio in una membrana cellulare, è necessaria una corrente sufficiente; se la corrente è insufficiente a depolarizzare la membrana fino al livello di soglia, non si innescherà un potenziale d’azione. Esempi di cellule che comunicano mediante potenziali d’azione sono i neuroni e le cellule muscolari.

1. Lo stimolo avvia la rapida variazione del voltaggio o potenziale d’azione. Nella modalità di patch-clamp, deve essere somministrata alla cellula una corrente sufficiente per far aumentare il voltaggio al di sopra della soglia e dare inizio alla depolarizzazione della membrana.
2. La depolarizzazione è causata da un rapido aumento del potenziale di membrana che determina l’apertura dei canali del sodio presenti nella membrana cellulare, provocando un elevato afflusso di ioni sodio.
3. La ripolarizzazione della membrana è causata dalla rapida inattivazione dei canali del sodio e da un notevole efflusso di ioni potassio dovuto all’attivazione dei canali del potassio.
4. L’iperpolarizzazione consiste in una riduzione del potenziale di membrana causato dall’efflusso di ioni potassio e dalla chiusura dei canali del potassio.
5. Lo stato di riposo è la situazione in cui il potenziale di membrana torna al voltaggio di riposo che esisteva prima dello stimolo.

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