Aktionspotentials

Ein Aktionspotenzial ist eine rasche, vorübergehende Veränderung des Membranpotentials in erregbaren Zellen, insbesondere Neuronen und Muskelzellen. Es dient der elektrischen Signalweiterleitung. Typischerweise wird es ausgelöst, wenn das ruhende Membranpotential (etwa −70 mV) durch einen Reiz auf einen Schwellenwert von ca. −55 mV depolarisiert wird. Danach folgt eine charakteristische, all-or-none-Antwort mit einer Amplitude von ungefähr +30 mV.

Der Ablauf umfasst zunächst eine schnelle Depolarisierung durch das Öffnen spannungsabhängiger Natriumkanäle, wodurch Natriumionen in die Zelle strömen. Diese Zunahme des Na+-Einstroms treibt das Membranpotential rasch nach oben. Kurz darauf schließen sich Natriumkanäle inaktiv, und spannungsabhängige Kaliumkanäle öffnen sich, wodurch Kalium aus der Zelle ausströmt und das Membranpotential wieder absenkt (Repolarisierung). Dabei kann es zu einer kurzen Hyperpolarisation kommen, bevor die Ruhepotentiale durch Na+/K+-Pumpe und Leakkanäle stabilisiert werden.

Die Erregung breitet sich entlang des Axons aus. Die Geschwindigkeit steigt durch Myelinisierung, die eine saltatorische Fortleitung ermöglicht, bei der der Impuls zwischen den Schnürringen von Ranvier „sprunghaft“ weitergetragen wird. Unmyelinisierte Axone zeigen kontinuierliche Fortleitung. Die Refraktärzeit, bestehend aus absoluter und relativer Phase, verhindert eine erneute Auslösung während der Repolarisation und ermöglicht gerichtete Fortleitung.

Variationen kommen in unterschiedlichen Gewebearten vor. Im Herzmuskel haben Aktionspotenziale eine längere Plateauphase durch Calciumströme, während im Nervensystem schnelle, kurze Potenziale die Hauptrolle spielen. Aktionspotenziale sind essenziell für die Synapsenaktivierung, Neurotransmitterfreisetzung und die koordinierte Muskelkontraktion.