Aktionspotential

Entstehung eines Aktionspotentials

Das Aktionspotential entsteht am Axonhügel der Nervenzellen und ist für die Weiterleitung von Informationen im Nervensystem verantwortlich. 

Das Aktionspotential entsteht am Axonhügel. Dort ist die Schwelle zur Entstehung niedriger als im Rest der Nervenzelle, da dort mehr Natrium-Ionenkanäle in der Membran sind. Zur Entstehung werden alle Informationen aus den Dendriten verrechnet.

Der Ablauf eines Aktionspotential ist immer gleich:

 

1. Ein elektrischer Reiz kommt von einer anderen Nervenzelle und verändert das Membranpotential. Der elektrische Reiz muss stark genug sein, um eine Schwelle zu überschreiten. Das Ruhepotential liegt bei -70 mV. Durch den elektrischen Reiz muss das Membranpotential auf mindestens -50 mV depolarisiert werden, damit die Schwelle überschritten wird und ein Aktionspotential entsteht. 

Depolarisation

2. Wenn der Reiz das Membranpotential auf den Schwellenwert absenkt öffnen sich spannungsabhängige Natrium-Ionenkanäle. Natrium-Ionen können in das Innere der Zelle strömen. Es kommt also zu einer Ladungsumkehrung. Das Innere der Zelle ist dann positiv und der äußere Raum negativ geladen. 

3. Es wird eine Kettenreaktion ausgelöst. Es öffnen sich vermehr Natrium-Ionenkanäle wodurch mehr Natrium in die Zelle strömt, die bewirken, dass sich noch mehr spannungsabhängige Natrium-Ionenkanäle öffnen. Das Membranpotential steigt bis auf ca. +40 mV an. 

4. Die Phase der Depolarisation endet damit, dass sich die Natrium-Ionenkanäle schließen. Sie können erst wieder aktiv werden, wenn das Ruhepotential eingekehrt ist. Dadurch wird verhindert, dass sich mehrere Aktionspotentiale überschneiden. Dieser Vorgang wird auch als Refraktärzeit bezeichnet. 

Repolarisation

Die Repolarisation wird durch die Öffnung von spannungsabhängigen Kalium-Ionenkanälen eingeleitet. Das chemische und das elektrische Potential bewirken, dass Kalium-Ionen aus der Zelle herausströmen. Dadurch erreicht kehrt das Ruhepotential wieder ein. Dabei kommt es zu einer sog. Hyperpolarisation. Das Membranpotential wird für kurze Zeit negativer als das Ruhepotential. 

 

Das Membranpotential kann dann über das Axon weitergeleitet werden. 

Weiterleitung des Aktionspotentials

Das Aktionspotential wird über das Axon weitergeleitet. Menschliche Axone sind myelinisiert. Das bedeutet, dass das Axon von Schwann-Zellen umgeben ist. Die Schwann-Zellen umgeben das Axon jedoch nicht flächendeckend, sodass Lücken entstehen, an denen das Axon frei liegt. Diese Lücken werden Ranviersche Schnürringe genannt. Nur dort ist ein Ionenaustausch möglich, der für die Entstehung und Weiterleitung eines Aktionspotentials benötigt wird. Entsteht ein Aktionspotential an einem Schnürring beeinflussen die veränderten Ionenverhältnisse die benachbarten Schnürringe. Entsteht ein Aktionspotential am Axon kommen bei der Depolarisation Natrium-Ionen in das Innere der Zelle. Die Ionen sind danach bestrebt sich gleich zu verteilen (chemisches Potential). Die Natrium-Ionen gelangen also zum nächsten Schnürring. Dadurch wird auch am nächsten Schnürring eine Depolarisation und in Folge dessen eine Ladungsumkehrung ausgelöst. Da die Aktionspotentiale nur von einem Schnürring zum nächsten weitergeleitet werden spricht man einer saltatorischen Erregungsleitung. 

Aufgrund der Refraktärzeit wird das Aktionspotential nur in eine Richtung geleitet. Natrium-Ionen werden auch zum Schnürring wandern, von dem das Aktionspotential stammt. Dort wird allerdings kein Aktionspotential ausgelöst. Wie bei der Entstehung des Aktionspotential schließen die Natrium-Kanäle nach der Depolarisation. Es kann also für eine gewisse Zeit kein neues Aktionspotential entstehen. 

Das Aktionspotential wird solange weitergeleitet bis es zur Synapse kommt, die sich am Ende des Axons befindet

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Weiterführende Literatur

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