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Aktionspotential

Ablauf des Aktionspotentials in Nervenzellen

Beim Aktionspotential kommt es zur Weiterleitung einer elektrischen Erregung durch Veränderung des Membranpotentials. Aktionspotentiale in Zellen sind elementar für jegliche Form der Reizübertragung und damit auch notwendige Bedingung für Leben.
Um das Aktionspotential messen zu können, benötigt man zwei Messelektroden: Eine Messelekrode wird in die Nervenzelle hineingestochen und die andere von außen an die Zelle gehalten. Die folgende Abbildung zeigt den elektrisch gemessenen Verlauf eines Aktionspotentials.

Die Phasen des Aktionspotentials

 
1. Ruhepotential: Im Ruhepotential beträgt das Membranpotential ungefähr -70mV

2. Überschreitung des Schwellenpotentials: Die Dendriten nehmen Reize von umliegenden Nervenzellen auf und leiten sie über das Soma zum Axonhügel weiter. Damit ein Aktionspotential ausgelößt werden kann, muss am Axonhügel ein bestimmter Schwellenwert (in unserem Fall -50 mV) überschritten werden. Alle Erregungen unter +20 mV lösen kein Aktionspotential aus und es kommt zu keiner Weiterleitung des Reizes. Es gilt das "Alles oder nichts Prinzip", entweder der Schwellenwert wird überschritten und das Aktionspotential läuft über das Axon ab oder der Schwellenwert wird nicht überschritten und es wird auch keine Reaktion ausgelößt. Folglich gibt es auch keine Abstufungen der Reaktionsstärke. Das Aktionspotential läuft immer gleich ab.

3. Depolarisation: Wird der Schwellenwert überschritten läuft das Aktionspotential über das Axon ab: Die Na+-Kanäle öffnen sich und von Außen strömen schlagartig Na+Ionen in das Zellinnere des Axons. (K+-Kanäle sind währenddessen geschlossen). Es kommt zur Umpolarisierung, dem sogenannten Overshoot. Der Intrazelluläre Raum ist jetzt sogar positiv geladen.

4. Repolarisation: Die Na+ Kanäle beginnen wieder sich zu schließen. K+ Kanäle öffnen sich und sorgen dafür, dass Kalium Ionen aus dem positiv geladenen Zellinnerem heraus diffundieren können. Dies läuft wegen dem Spannungsunterschied auch relativ schnell ab, denn das Zelläußere ist im Vergleich negativ geladen. Folge: Die elektrische Spannung im Zellinneren sinkt wieder.

5. Hyperpolarisation: Die K+-Kanäle schließen sich. Im Vergleich zu Na+-Kanälen sind die K+Kanäle jedoch deutlich langsamer und es dauert rund 1-2ms bis diese komplett geschlossen sind. In der Zeit sind weitere K+-Ionen nach außen hin diffundiert und die Spannung sinkt unter das eigentliche Ruhepotential (Hyperpolarisation).
Nachdem die Na+ Kanäle sich im Laufe der Repolarisation wieder geschlossen haben, ist ein erneutes Aktionspotential unmittelbar darauf nicht möglich. Diese Zeitspanne nennt man auch Refraktärzeit und dauert ungefähr 2 ms.

1. Ruhepotential: Die Natrium-Kalium-Pumpen regulieren die Spannung daraufhin wieder auf ca. -70 mV, also dem ursprünglichen Ruhepotential. Das Axon ist bereit für das nächste Aktionspotential.

Zusammenfassung

  • Durch Veränderung des Membranenpotentials kommt es beim Aktionspotential zur Weiterleitung einer elektrischen Erregung durch das Axon
  • Der Ablauf des Aktionpotentials lässt sich in fünf Phasen gliedern: Ruhepotential, Überschreitung des Schwellenpotentials, Depolarisation, Repolarisation und Hyperpolarisation

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