Das Aktionspotential (kurz AP oder APo) ist eine kurzfristige Spannungsänderung an einer erregten Nervenfasermembran (einem Axon).
So entsteht ein APo
Am Axon wird künstlich mit einer Elektrode oder natürlich über einen ankommenden Reiz kurzzeitig eine positive Spannung angelegt. Wenn die Spannung bzw. Reizstärke stark genug ist und die Impulsauslöseschwelle (= Reizschwelle) überschreitet, kommt es zu einer kurzfristigen Umkehr des normalen Axonpotentials. Dies nennt man Aktionspotential.
Phasen des Aktionspotentials
Depolarisation: Ein Reiz, der größer ist als die Impulsauslöseschwelle, kommt an. Dadurch öffnen sich spannungsgesteuerte Natriumkanäle. Natriuminonen sind positiv, es kommt also zur Umkehr des eigentlichen Membranpotentials (entspricht dem Ruhepotential); man kann nun eine schwach positive Spannung messen. Die Depolarisation dauert ca. 1 ms.
Repolarisation: Natriumkanäle springen von geschlossen auf inaktiv, es dringen also keine weiteren Natriumionen in das Axon ein. Inaktive Kanäle können auch nicht geöffnet werden, im Gegensatz zu geschlossenen Kanälen. Zeitlich verzögert springen zusätzliche Kaliumkanäle auf, die den Natrium-Einstrom der Depolarisation wieder ausgleichen. Das Membranpotential wird wieder negativ. Am Ende der Repolarisation fangen erste Natriumkanäle an, von inaktiv auf geschlossen zu springen. Die Repolarisation dauert ca. 1 ms.
Hyperpolarisation: Die zusätzlichen Kaliumkanäle schließen sich, allerdings wandern noch immer vereinzelte Kaliumionen ein und das Membranpotential wird etwas negativer als es das Ruhepotential ist.
Rückkehr zum Ruhepotential: Durch die Natrium-Kalium-Pumpe wird das Ruhepotential wieder hergestellt. Die letzten Natriumkanäle springen von inaktiv auf geschlossen. Die Rückkehr zum Ruhepotential dauert ca. 2-3 ms.
Was sonst noch wichtig ist:
Alles-oder-Nichts-Signal
Das Aktionspotential ist ein Alles-oder-Nichts-Signal, wenn also die Reizschwelle überschritten wird, ist die Amplitude des Aktionspotentials immer gleich hoch.
Es ist also egal, ob die Impulsauslöseschwelle gerade so oder sehr deutlich erreicht wird. Je stärker der Reiz ist, umso schneller wird das Aktionspotential allerdings ausgelöst. Die Frequenz der Aktionspotentiale kann ein Indikator für die Reizstärke sein. Denn ein besonders starker, langanhaltender Reiz ist durchaus in der Lage, mehrere APos hintereinander auszulösen.
Refraktärzeiten
Abolute Refraktärzeit: In der absoluten Refraktärzeit sind alle Natriumkanäle entweder offen oder inaktiv. Eine neue Erregung ist, selbst wenn ein Reiz die Impulsauslöseschwelle überschreitet, nicht möglich, da die Natriumkanäle ja nicht geöffnet werden können, oder noch offen sind, aber keine zusätzlichen Natriumkanäle einsickern können. Dieser Zustand hält bis ca. 2 ms nach der ersten Depolarisation an.
Relative Refraktärzeit: Die Natriumkanäle sind entweder inaktiv oder schon geschlossen. Da geschlossene Kanäle wieder geöffnet werden können, kommt es zu einem verminderten Aktionspotential. Es können nicht so viele Natriumionen in das Axon eindringen, wie normalerweise, weil nicht alle Kanäle nutzbar sind. Dieser Zustand hält bis ca. 4 ms nach der ersten Depolarisation an.
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Quellen
- Andreas Engel (Hrsg.): "Neurowissenschaften - Ein grundlegendes Lehrbuch für Biologie, Medizin und Psychologie", Spektrum Akademischer Verlag; Auflage: 3. Aufl. 2009 (29. Oktober 2008): Aktionspotential
- Abbildung 1: eigene Darstellung
