Aktionspotential

Ein Aktionspotential ist eine schnelle, vorübergehende Umkehr des Membranpotentials in erregbaren Zellen wie Nervenzellen und Muskelzellen. Im Ruhezustand liegt das Membranpotential typischerweise bei etwa -70 mV. Wird die Schwelle erreicht, kommt es zu einer raschen Depolarisation, gefolgt von einer kurzen Hyperpolarisation; die Erregung breitet sich entlang der Zelle aus. Die Amplitude eines Aktionspotentials ist weitgehend all-or-none und bleibt unverändert.

Entstehung und Mechanismus: Überschreitet der Reiz die Schwelle (ungefähr -55 mV), öffnen sich spannungsabhängige Na+-Kanäle. Na+-Ionen strömen in die Zelle, die Membran depolarisiert schnell und erreicht positive Werte (Überschuss). Die Na+-Kanäle schließen rasch, während K+-Kanäle geöffnet werden; K+-Ausstrom führt zur Repolarisation. Die Membran fällt unter das Ruhepotenzial, gefolgt von einer kurzen Hyperpolarisation, bevor sich das Ruhepotenzial wieder einstellt.

Ausbreitung: Das Aktionspotential breitet sich als fortlaufende Depolarisation entlang des Axons aus. In unmyelinisierten Fasern erfolgt die Leitung kontinuierlich; in myelinisierten Fasern springt die Erregung von einem Ranvier-Knoten zum nächsten (saltatorische Leitfähigkeit), was die Geschwindigkeit erhöht.

Refraktärzeit: Während der absoluten Refraktärzeit ist kein neues Aktionspotential möglich; danach folgt eine relative Refraktärzeit, in der stärkere Reize nötig sind. Dies sichert die Richtung der Weiterleitung und reguliert die Feuerrate.

Bedeutung und Ionenbasis: Aktionspotentiale ermöglichen die neuronale Informationsübertragung und Muskelkontraktion. Die typische Spitze liegt bei etwa +30 bis +40 mV, der Ruhewert bei ca. -70 mV; die Geschwindigkeit reicht von langsamer Leitfähigkeit in unmyelinisierten Fasern bis hin zu hohen Werten in stark myelinisierten Axonen. Die Vorgänge beruhen auf Na+- und K+-Strömen, gesteuert durch spannungsabhängige Kanäle und die ionische Gradientordnung.