Aktionspotential

In der Physiologie ist ein Aktionspotential ein kurzes Ereignis, bei dem das elektrische Membranpotential einer Zelle schnell ansteigt und abfällt und dabei einer gleichmäßigen Bahn folgt. Aktionspotentiale treten in verschiedenen Arten von tierischen Zellen auf, die als erregbare Zellen bezeichnet werden und zu denen Neuronen, Muskelzellen und endokrine Zellen gehören.

In Neuronen spielen Aktionspotentiale eine zentrale Rolle in der Zell-zu-Zell-Kommunikation, indem sie für die Ausbreitung von Signalen entlang des Axons des Neurons zu Boutons an den Axonenden sorgen, die sich dann mit anderen Neuronen an Synapsen oder mit Zellen oder Drüsen verbinden können. In Muskelzellen zum Beispiel ist ein Aktionspotential der erste Schritt in der Kette der Ereignisse, die zur Kontraktion führen.

Aktionspotentiale beinhalten sowohl spannungsabhängige Natriumkanäle als auch Kaliumkanäle, die in der Zellmembran eingebettet sind. Diese Ionenkanäle sind geschlossen, wenn das Membranpotential in der Nähe des ruhenden Membranpotentials der Zelle liegt, aber sie beginnen sich schnell zu öffnen, wenn das Membranpotential auf ein genau definiertes Schwellenpotential ansteigt.

Depolarisation

Wenn sich die spannungsgesteuerten Natriumkanäle öffnen (als Reaktion auf Depolarisation oder Hyperpolarisation), erlauben sie einen Einstrom von Natriumionen, was den elektrochemischen Gradienten verändert und dazu führt, dass sich mehr Kanäle öffnen, was das Membranpotential erhöht und einen größeren elektrischen Strom durch die Zellmembran erzeugt, und so weiter. Der Prozess verläuft explosionsartig, bis alle verfügbaren spannungsgesteuerten Natriumkanäle geöffnet sind, was zu der großen Spitze des Aktionspotentials führt. Der schnelle Einstrom von Natrium-Ionen depolarisiert die Zelle, wodurch die Natriumkanäle inaktiv werden (sich schließen).

Repolarisation

Da sich die spannungsabhängigen Natriumkanäle schließen, gelangen keine Natriumionen mehr in das Neuron und werden aktiv aus der Zelle zurücktransportiert. Spannungsgesteuerte Kaliumkanäle werden dann aktiviert, und es gibt einen Ausfluss von Kalium-Ionen während des Repolarisations Schrittes, der den elektrochemischen Gradienten in den Ruhezustand zurückbringt.

Hyperpolarisation

Nachdem ein Aktionspotential aufgetreten ist, gibt es eine vorübergehende negative Verschiebung, die Hyperpolarisation genannt wird, aufgrund von zusätzlichen Kalium-Ionen, die das Neuron verlassen. Der gesamte Prozess ist in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1: Aktionspotential Schritte