Aktionspotenzial

Übersicht

Das Aktionspotenzial durchläuft typischerweise drei Phasen:

• Depolarisationsphase: Hier erfolgt eine rasche Abnahme des Membranpotenzials (Der Potenzialunterschied wird geringer, das Membranpotenzial wird jedoch weniger negativ/positiver), welches in der Regel einen Endpunkt von über 0 mV erreicht
• Repolarisationsphase: In dieser Phase wird das Ruhepotenzial wiederhergestellt
• Refraktärphase: Während dieser Phase ist es nicht möglich, ein neues Aktionspotenzial auszulösen
• Hinzu kommen das Spitzenpotenzial und die Hyperpolarisation

Depolarisationsphase:

• Ein Aktionspotenzial entsteht durch eine äußere Depolarisation, die das Membranpotenzial in positiver Richtung verschiebt, bis die kritische Schwelle erreicht ist
• Am Ranvier-Schnürring wird die äußere Depolarisation durch den Na⁺-Einstrom am Nachbarschnürring hervorgerufen
• Wenn die Erregung einen bestimmten Schwellenwert von -55 mV erreicht, erfolgt eine Reaktion nach dem „Alles-oder-Nichts-Prinzip“
• Alles-oder-Nichts-Prinzip = Entweder es wird ein vollständiges Aktionspotenzial ausgelöst oderes bleibt beim Ruhepotenzial
• Zuerst öffnen sich Natrium-Kanäle und Natrium-Ionen strömen in die Zelle ein
• Der Einstrom erfolgt aufgrund der elektrochemischen Triebkraft, um das Gleichgewichtspotenzial des jeweiligen Ions zu erreichen (z.B.: das Gleichgewichtspotenzial von Natrium liegt bei +60 mV. Aufgrund der negativen Ladung der Zelle und der intrazellulär geringen Natrium-Konzentration strömen die positiv geladenen Natrium-Ionen in die Zelle ein und das Membranpotenzial wird positiver (= Depolarisation)
• Sobald der Schwellenwert erreicht ist, öffnen sich immer mehr spannungsabhängige Na⁺-Kanäle und die Depolarisation verstärkt sich durch den Lawineneffekt.
• Das Maximum des Na⁺-Einstroms ist nach der Hälfte der Aufstrich Phase erreicht und danach nimmt er wieder ab.
• Die Amplitude des Aktionspotenzials ist unabhängig von der Stärke des auslösenden Reizes und folgt dem Alles-oder-Nichts-Prinzip

Repolarisationsphase:

• Inaktivierung der Na⁺-Kanäle führt zur Abnahme des Na⁺-Einstroms und dem Anstieg des K⁺-Ausstroms (die positiven K⁺-Ionen strömen aus der Zelle aus, da sie ein Gleichgewichtspotenzial von -90 mV anstreben ➜ durch den Ausstrom wird das Membranpotenzial wieder negativer
• Repolarisation der Zellmembran beginnt durch den K⁺-Ausstrom und endet mit der Wiederherstellung des Ruhemembranpotenzials
• Die Na⁺/K⁺-ATPase stellt die Ionenverteilung wieder her und erhält das Ruhemembranpotenzial (siehe Ruhemembranpotenzial ➜ Na⁺/K⁺-ATPase), sie trägt jedoch nicht direkt zum Aktionspotenzial bei

Hyperpolarisation

• Membranpotenzial wird vorübergehend negativer als das Ruhepotenzial, da die spannungsabhängigen Kaliumkanäle noch geöffnet sind und Kaliumionen aus der Zelle herausströmen

 Tipp

"Draußen regnet es richtig heftig":

Depolarisationsphase, Repolarisationsphase, Refraktärphase und Hyperpolarisationsphase.

Refraktärphase:

• Die Refraktärphase folgt auf das Aktionspotenzial
• Na⁺-Kanäle sind inaktiv und können nicht geöffnet werden
• Absolute Refraktärphase: Alle Na⁺-Kanäle sind inaktiviert ➜ kein Reiz kann Aktionspotenzial auslösen
• Relative Refraktärphase: Einige Na⁺-Kanäle sind aktiviert ➜ Reiz muss stärker sein
• Das Aktionspotenzial während der Refraktärzeit hat eine geringere Amplitude, Dauer und Fortleitungsgeschwindigkeit. Die Amplitude eines Aktionspotenzials kann während der Refraktärzeit variieren
• Die Refraktärzeit begrenzt die maximal mögliche Aktionspotenzialfrequenz. Die Refraktärzeit kann mehrere Millisekunden dauern