Figura urmărește, în trei etape, cum ia naștere și cum se propagă un potențial de acțiune de-a lungul unui axon. Același segment de axon este desenat de trei ori, cu semnele „+” înșirate pe suprafața exterioară a membranei acolo unde ea este încă polarizată. Săgețile verticale groase arată intrarea ionilor de sodiu, iar săgeata orizontală din interiorul axonului arată încotro merge impulsul. Citind de sus în jos, zona depolarizată se mută tot mai departe de locul stimulării.

(a) Stimulul și depolarizarea

Un stimul este aplicat membranei, în capătul din stânga, și ionii de sodiu pătrund în celulă. Membrana celulară își pierde polaritatea, generând astfel un potențial de acțiune: acolo unde ionii de sodiu au intrat, semnele „+” dispar de pe fața externă. Un stimul electric, mecanic sau chimic modifică potențialul de repaus prin deschiderea canalelor de sodiu. În timpul depolarizării, potențialul de repaus se ridică până la valoarea de aproximativ -55 mV, care reprezintă intensitatea prag a unui impuls nervos. În acest moment, canalele de sodiu voltaj-dependente se deschid, și un număr și mai mare de ioni de sodiu pătrunde rapid în celulă. Influxul durează o miime de secundă, apoi canalele se închid, iar valoarea potențialului continuă să crească până la aproximativ +35 mV („pozitiv”), având loc o inversare temporară a polarității.

(b) Propagarea și repolarizarea

Membrana adiacentă este depolarizată, iar potențialul de acțiune se propagă. Între timp, zona inițială se repolarizează prin acumularea de ioni de potasiu, fiind pregătită pentru declanșarea unui nou impuls. Canalele de sodiu se închid, iar cele de potasiu se deschid, declanșând ieșirea potasiului din celulă, astfel încât sarcina din exterior redevine pozitivă și membrana se repolarizează. Întregul ciclu depolarizare-repolarizare are loc în mai puțin de o milisecundă.

(c) Unda merge mai departe

Potențialul de acțiune se propagă de-a lungul axonului pe măsură ce sunt depolarizate zone succesive ale membranei. Dacă potențialul de acțiune este suficient de puternic pentru a depolariza zona învecinată a membranei prin deschiderea mai multor canale de sodiu, acea zonă se va depolariza și procesul se repetă. Astfel, o undă de depolarizare se propagă ca o reacție în lanț. Unda „călătorește” de-a lungul neuronului și reprezintă potențialul de acțiune, sau impulsul nervos (Figura 10.8).

Legea „totul sau nimic”

Reîntoarcerea la starea de repaus necesită pomparea sodiului în exteriorul neuronului, care are loc în secundele următoare. În stare depolarizată, neuronul este refractar, ceea ce înseamnă că nu poate transmite un alt potențial de acțiune decât dacă stimulul este foarte puternic. Un stimul suficient de puternic pentru a depolariza neuronul la pragul critic are ca rezultat un impuls nervos, un stimul mai puternic are ca rezultat același impuls, iar intensitatea impulsului nervos nu variază. Cu toate acestea, un stimul foarte puternic poate genera câteva impulsuri nervoase succesive.