Was ist das Aktionspotential?

Das Aktionspotential ist das Potential der nervenzelle nachdem die Zelle angeregt wurde, d.h. nachdem sie einen überschwelligen Reiz erfahren hat.

Wie kommt es zu einem Aktionspotential?

In nicht angeregtem Zustand befindet sich die Zelle im Zustand des Ruhepotentials.

Wird eine Spannung angelegt, öffnen sich die spannungsabhängigen Na+ – Ionenkanäle, wodurch Na+ – Ionen in die Zelle hinein strömen, wodurch sich das Membranpotential ändert, da der Intrazellularraum durch die einströmenden Na+ – Ionen immer positiver wird. Dieser Vorgang wird als Depolarisation bezeichnet.

Je mehr Na+ in den Zellinnenraum einfließen, desto positiver wird dieser und desto mehr spannungsabhängige Na+ – Kanäle öffnen sich.

Diese Depolarisationsphase ist ab dem Erreichen eines bestimmten Schwellenwertes (-50mV beim Menschen) nicht mehr aufzuhalten, sodass sie ab Erreichen des Schwellenwertes bis zum Erreichen des Aktionspotentials verläuft.

Alles-oder-nichts-Gesetz: Wird die Depolarisation vor dem Erreichen dieses Schwellenwertes unterbrochen, dann kommt es nicht zur Ausbildung eines kleineren oder niedrigeren Aktionspotential sondern zu gar keinem. Aktionspotentiale haben also immer den gleichen zeitlichen Verlauf, Dauer und Potential.

Die Stärke des Reizes wird nur durch die Frequenz bestimmt.

Was passiert nach dem Erreichen des Aktionspotentials?

Ist das Aktionspotential erreicht, schließen sich spannungsabhängige Na+ – Ionenkanäle wieder und öffnen sich  spannungsabhängige K+ – Kanäle, sodass K+ ausströmt und das Umfeld im Cytoplasma wieder leicht negativer wird und sich das Ruhepotential (-50 mV) wieder einstellt. Den Ausstrom von K+ – Ionen bezeichnet man als Repolarisation.

Nach einiger Zeit stellt sich die Ruhespannung wieder ein, wobei allerdings die Ladungen an den Membranseiten vertauscht sind. Es ist also kein wieder erregbares Ruhepotential. Das Erreichen des Ruhespannungswertes nach dem Aktionspotential bezeichnet man als absolute Refraktärzeit. Ist diese erreicht beginnen sich spannungsabhängige K+ – Kanäle zu schließen.

Kurzzeitig kommt es daher zu einer Unterschreitung der Ruhespannung (-70mV), da sich die K+ – Ionenkanäle nur langsam wieder schließen. Dies bezeichnet man als Hyperpolarisation.

Während dieser Repolarisationsphase kommt es sogar kurzzeitig zu einer Hyperpolarisation, da sich die spannungsabhängigen K+ – Kanäle nicht schnell genug wieder schließen.

Die Wiederherstellung der Aktivierbarkeit der Na+ – Ionenkanälen nach dem Erreichen der Ruhespannung nach dem Aktionspotentials nennt man relative Refraktärzeit.

Das wieder erregbare Ruhepotential wird wieder hergestellt durch die Kalium-Natrium-Pumpe, die die Ionenverteilung des Ruhepotentials durch Tausch von drei Na+ aus dem Intrazellularraum gegen zwei K+ des Extrazellularraums wieder herstellt.

Wie wird ein Aktionspotential weitergeleitet?

Am Axon kommt es zu beiden Seiten des Aktionspotentials zur Bildung eines elektrischen Feldes, wodurch spannungsabhängige Na+ – Ionenkanäle benachbarter Bereiche aktiviert (geöffnet) werden.

Die Öffnung der Na+ – Kanäle setzt oben beschriebenen Vorgang in Bewegung.

Allerdings verläuft die Erregung nur in eine Richtung, da sich vorangegangene Membranregionen, in denen es bereits zum Aktionspotential gekommen ist, noch in der Refraktärzeit befinden, in der die Na+ – Kanäle noch geschlossen, d.h. nicht aktivierbar sind.

Fortsetzung folgt…