Aktionspotentialen

Aktionspotentialen sind schnelle, all-or-none elektrische Signale, die vor allem in Nervenzellen auftreten und auch in Muskelzellen vorkommen. Sie entstehen, wenn das Ruhepotenzial durch einen Reiz den Schwellenwert erreicht oder überschreitet. Typisch liegt das Ruhepotenzial bei etwa −70 mV; der Schwellenwert liegt oft bei rund −55 mV.

Der Ablauf eines Aktionspotentials beginnt mit einer raschen Depolarisation: Spannungsabhängige Natriumkanäle öffnen sich, Natrium strömt in die Zelle, das Membranpotenzial steigt schnell in positive Werte. Danach schließen Na+-Kanäle wieder, während Kaliumkanäle geöffnet bleiben; Kalium strömt aus der Zelle, wodurch die Depolarisation beendet wird und eine Repolarisation einsetzt. In vielen Zellen folgt eine kurze Hyperpolarisation, bevor das Ruhepotenzial durch die Na+/K+-Pumpe und andere Ionenkanäle wiederhergestellt wird. Das Aktionspotential ist in seiner Amplitude unabhängig von der Stärke des auslösenden Reizes, solange der Schwellenwert erreicht wird (All-or-none-Prinzip).

Die Erregung breitet sich entlang der Membran aus, indem benachbarte Abschnitte durch lokale Ströme depolarisiert werden. Bei Myelinisierter Nervenbahn erfolgt die Weiterleitung sprunghaft (saltatorische Leitung) über die Ranvier-Knoten, wodurch die Leitungsgeschwindigkeit erhöht wird. Die Dicke des Axons und die Anwesenheit der Myelinschicht beeinflussen die Geschwindigkeit erheblich.

Nach dem underschrittenen Potenzial gibt es eine absolute Refraktärzeit, in der kein weiteres Aktionspotential möglich ist, gefolgt von einer relativen Refraktärzeit, in der ein stärkerer Reiz ein neues Aktionspotential auslösen kann. Die Frequenz der Aktionspotentiale codiert Reizstärke und ermöglicht so die Informationsübertragung im Nervensystem. In Muskelzellen, einschließlich des Herzens, können Kalziumströme und längere Plateauphasen die Form der Aktionspotenziale modulieren.