Aktionspotenzial

Um Erregung über ein Axon weiterzuleiten, dienen Aktionspotenziale (oder auch Nervenimpulse) als Signale. Ein Aktionspotenzial dauert in der Regel 1-2
ms und entsteht am Axonhügel einer Nervenzelle.
Das Aktionspotenzial funktioniert nach dem Alles-oder-Nichts Prinzip, d. h. sobald ein bestimmtes Schwellenpotenzial überschritten wird, entsteht ein voll
ausgebildetes Aktionspotenzial; wenn dieses Schwellenpotenzial nicht erreicht wird, dann entsteht kein Aktionspotenzial und es wird kein Impuls weitergeleitet.
Na+Ione wollen ihrem Konzentrationsgefälle nach in die Zelle diffundieren und werden außerdem wegen ihrer positiven Ladung zusätzlich vom Zellinneren
angezogen. Jedoch ist die Zellmembran fast undurchlässig für Na+Ionen. Es gibt aber Na+Kanäle in der Membran welche normalerweise (im Ruhepotenzial)
geschlossen sind. Diese Kanäle sind spannungsabhängig. Es gibt auch spannungsabhängige K+Kanäle.
Die folgenden 9 Vorgänge "nden an der Zellmembran statt, nachdem ein elektrischer Impuls im Axonhügel ankommt.
1. Durch den elektrischen Impuls wird die Zellmembran depolarisiert, d. h. das Membranpotenzial wird positiver (bzw. weniger negativ: RP = -50mV; nach
elektrischem Impuls = -20mV).
2. Wenn eine Spannungsdifferenz von unter ca. 40 mV erreicht wird (abhängig vom ankommenden Impuls), wird erst ein Aktionspotenzial ausgelöst. Wenn die
Zellmembran nicht bis zum Schwellenwert depolarisiert wird, dann wird die Spannungsdifferenz wieder ausgeglichen und die Zellmembran be"ndet sich wieder
im Ruhepotenzial.
3. Sollte der Schwellenwert überschritten worden sein, öffnen sich erst wenige (spannungsabhängige) Na+Kanäle. Jetzt strömen schon Na+Ionen in die Zelle hinein.
Da die Na+Ionen positiv geladen sind, und das Zellinnere negativ, verändert sich die Spannung weiter zum positiven. Dadurch öffnen sich immer mehr Na+Kanäle
und immer schneller können dann immer mehr Na+Ionen in die Zelle eindringen. Hierbei verschiebt sich das Membranpotenzial sehr schnell zum positiven
(=positive Rückkopplung).
4. Jetzt herrscht fast ein Na+ Gleichgewicht zwischen den beiden Seiten der Zellmembran (Gleichgewichtspotenzial von Na+ bei Säugetieren = +56 mV)
5. Als nächstes schließen sich die Na+Kanäle wieder.
6. Da jetzt das Zellinnere positiver geladen ist als der extrazelluläre Raum, werden die positiv geladenen K+Ionen von der negativ geladenen Seite der Zellmembran
angezogen. Außerdem diffundieren die K+Ionen nach außen, da dort die Konzentration viel geringer ist.
7. Durch das verlassen des Zellinneren von positiv geladenen K+Ionen wird das Zellinnere wieder negativer geladen. Das ist die Phase der Repolarisation. (Hierbei
kann es dazu kommen das, durch den starken Ausstrom von K+Ionen, das Zellinnere kurzzeitig negativer geladen ist als im Ruhepotenzial. Das normalisiert sich
jedoch wieder sehr schnell)
8. Jetzt ändern die Na+Kanäle ihre Konformation um somit wieder ihre Ausgangsposition zu erlangen. Die Zeit die hierzu gebraucht wird ist die Refraktärzeit. In
dieser Zeit kann keine weitere Erregung statt"nden. Das dient auch dem Schutz vor Reizüber#utung etc.
9. Und erst jetzt sind die Na+Kanäle wieder durch eine Membrandepolarisierung erregbar. Die Zelle be"ndet sich also wieder im Ruhepotenzial.