Was ist das Aktionspotential? – Phasen & Ablauf in den Nervenzellen

Bei Aktionspotentialen wird durch die Weiterleitung einer elektrischen Erregung das Membranpotential verändert. Sie sind elementar und für jede Form der Übertragung eines Reizes notwendig. Aktionspotentiale sind notwendig für unser Leben. Möchte man die Aktionspotentiale messen, werden zwei Messelektroden benötigt, von der die eine in eine Nervenzelle gestochen wird, während die Zweite von Außen an eben die selbige gehalten wird.

Die Phasen im Überblick

Im Ruhepotential beträgt die Spannung, bzw. Ladung und demnach das Membranpotential in etwa – 70mV.
Bei der Überschreitung des Schwellenpotentials werden von den Dendriten die Reize der umliegenden Nervenzellen aufgenommen, die über das Soma zum Axonhügel weitergeleitet werden. Um von einem Aktionspotential zu sprechen, muss der Wer am Axonhügel einen bestimmten Schwellenwert überschreiten. Bleibt die Erregung unter diesem Schwellenwert geringer, so bleibt das Aktionspotential aus und es findet keine Reizübertragung statt. Der Schwellenwert muss demnach zur Übertragung des Reizes überschritten werden.

Findet eine Überschreitung des Schwellenwertes statt, so befindet man sich in der anschließenden Phase der Depolarisation. Hier werden die Na+ Ionenkanäle geöffnet, so dass ungehindert die Na+ Ionen in den Zellkern von Außen einströmen können. Die K- Kanäle bleiben währenddessen geschlossen. Dadurch findet eine Umpolarisierung oder auch Overshoot statt und der intrazelluläre Raum ist nun mehr positiv geladen.

In der Repolarisation werden die offenen Na+ Ionenkanäle wieder geschlossen und im Gegenzug öffnen sich die K+ Ionen, so dass das Kalium aus den positiv geladenen Zellinneren heraustransportiert werden kann. Da durch das Aktionspotential ein Ausgleich des Spannungsunterschiedes stattfinden soll, läuft die Phase der sich öffnenden und schließenden Ionenkanäle sehr schnell ab. Die elektrische Ladung im Zellinneren nimmt somit schnell und rapide wieder ab.

In der anschließenden Hyperpolarisation schließen sich auch die geöffneten K+ Ionenkanäle wieder. Dies geschieht aber vergleichsweise langsam und es dauert ein bis zwei Millisekunden, bis die Kaliumkanäle endgültig geschlossen sind. In diesem Zeitraum werden weiterhin (für den Spannungsausgleich eigentlich überflüssige) K+ Ionen transportiert, so dass die Spannung sinkt und zwar unter das typische Ruhepotential. Auch wenn die Spannung unter dem Ruhepotential liegt ist ein weiteres Aktionspotential nicht möglich. Bis zum erneuten Ausgleich wird diese Phase als Refraktärzeit bezeichnet und dauert ebenfalls bis zu zwei Millisekunden.

Schließlich wird wieder durch die Natrium-Kalium-Pumpe das Ruhepotential erreicht, so dass die Spannung wieder bei -70mV liegt.

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