Aktionspotential

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Aktionspotentiale sind schnelle elektrische, vorübergehende Impulse, mit denen Nervenzellen (Neurone) Informationen im gesamten Körper weitergeben. Sie folgen dem Alles-oder-Nichts-Prinzip, was bedeutet, dass das Aktionspotential entweder vollständig oder gar nicht ausgelöst wird.

Ein Aktionspotential wird dann ausgelöst, wenn das Membranpotential den Schwellenwert von etwa -55 mV erreicht. Dieser Anstieg des Membranpotentials wird durch einen erregenden Reiz erreicht, der lokale Potentiale (EPSP; IPSP) erzeugt und somit die Membran der Nervenzelle depolarisiert. Die Depolarisation löst die Öffnung von spannungsabhängigen Natriumkanälen aus, wodurch Na+-Ionen in die Zelle einströmen, die Membran weiter depolarisieren und einen schnellen Anstieg des Membranpotentials verursachen. Nach Erreichen eines Spitzenwertes von etwa +30 mV werden die Natriumkanäle inaktiviert, und die spannungsabhängigen Kaliumkanäle öffnen sich, sodass K+-Ionen die Nervenzelle verlassen können. Dies bewirkt eine Repolarisation, also ein Absinken des Membranpotentials.

Ionenkanäle spielen bei diesen Schritten eine entscheidende Rolle, indem sie den Fluss bestimmter Ionen durch die Membran steuern und so die ordnungsgemäße Einleitung und Beendigung des Aktionspotentials sicherstellen.

Die Refraktärzeit wird in eine absolute und eine relative Refraktärzeit eingeteilt und beschreibt die Zeit nach einem Aktionspotential, in der die Nervenzelle kein weiteres Aktionspotential erzeugen kann. Somit wird die Frequenz von Aktionspotentialen begrenzt und es wird verhindert, dass sich das Aktionspotential rückwärts entlang des Axons ausbreiten kann.

Während der absoluten Refraktärzeit kann eine Nervenzelle kein weiteres Aktionspotential auslösen, da entweder alle spannungsabhängigen Natriumkanäle bereits geöffnet sind oder sich in einem inaktiven Zustand befinden. Die relative Refraktärzeit tritt ein, während die Kaliumkanäle noch geöffnet sind, und ein neues Aktionspotential zwar erzeugt werden kann, aber einen stärkeren, überschwelligen Reiz erfordert.

Die Nervenleitgeschwindigkeit beschreibt die Geschwindigkeit der Weiterleitung von Aktionspotentialen. Diese wird durch den Axondurchmesser und die Myelinisierung beeinflusst. Größere Axondurchmesser verringern den Widerstand gegen den Ionenfluss und ermöglichen eine schnellere Signalübertragung.

Die Myelinisierung, die die Axone isoliert, ermöglicht eine saltatorische Erregungsleitung. Dabei “springen” Aktionspotentiale zwischen den Lücken in der Myelinscheide, den sogenannten Ranvier’schen Schnürringen, was die Erregungsleitungsgeschwindigkeit deutlich erhöht. Im Gegensatz dazu leiten nicht myelinisierte (marklose) Axone Impulse viel langsamer über eine kontinuierliche Erregungsleitung.

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Phasen des Aktionspotentials

Aktionspotentiale werden in fünf Phasen eingeteilt. Sieh dir jede Phase und ihre Ionenverteilung genauer an.

Refraktärzeit

Refraktärzeiten sind Phasen, in denen eine Nervenzelle nicht in der Lage ist oder es weniger wahrscheinlich ist, ein weiteres Aktionspotential auszulösen. Erfahre mehr über die Unterschiede zwischen der absoluten und der relativen Refraktärzeit.

Kontinuierliche und saltatorische Erregungsleitung

Abhängig von der Myelinisierung des Axons gibt es zwei Arten der Erregungsleitung: die kontinuierliche und saltatorische Erregungsleitung.

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Zusammenfassung