Neuronale Polarisierung: Ruhespannung und Nervenimpulse verstehen

Chemische Basis der Polarisierung

Während der Ruhespannung hat ein Neuron aufgrund einer etwas größeren negativen elektrischen Ladung innerhalb der Membran, die den Zellkörper umgibt, als auf der Außenseite eine Polarisierung erreicht. Dies ist das Ergebnis von überschüssigen Natriumionen (Na+) außerhalb der Zelle und überschüssigen Kaliumionen (K+) – kombiniert mit negativ geladenen Protein- und Nukleinsäuremolekülen, die sich innerhalb befinden.

Depolarisierung

Ein Neuron wird als in seine „Aktionspotential“-Phase eintretend bezeichnet, wenn ein chemischer Reiz es erreicht und die Ionenkanäle innerhalb der Zellmembran öffnet. Dies erlaubt Natriumionen (Na+) von außen, in die Zelle einzuströmen, wodurch die interne negative Ladung in eine positive Ladung umgewandelt wird, wodurch das Neuron depolarisiert wird. Im Prozess erreicht das Neuron seinen Schwellenwert des Aktionspotentials, feuert, und der Reiz wird übertragen.

Repolarisierung

Das Einströmen von Natriumionen (Na+) in die Zelle löst anschließend die Öffnung von Kaliumkanälen (K+) in der Membran aus und Kaliumionen (K+) strömen nach außen aus der Zelle. Die Zellmembran ist wieder polarisiert, aber Kalium (K+) und Natrium (Na+) befinden sich auf den falschen Seiten der Membran. Ein Neuron kann in diesem umgekehrt polarisierten Zustand nicht auf Reize reagieren.

Die Refraktärperiode

Damit ein Neuron in seinen Ruhezustand zurückkehren kann, muss kurzzeitig ein Zustand der Hyperpolarisierung erreicht werden, bei dem die Außenseite des Neurons tatsächlich eine größere Menge an Kaliumionen (K+) hat als das Niveau der Natriumionen (Na+) im Inneren. Dies signalisiert den Natrium-Kalium-Pumpen innerhalb der Membran, die Polarisierung wiederherzustellen, mit Kalium (K+) und Natrium (Na+) auf den richtigen Seiten der Membran. Innerhalb weniger Tausendstelsekunden wird die interne negative elektrische Ladung wiederhergestellt, und das Neuron befindet sich wieder im Ruhezustand, zurückgekehrt zu einem Zustand der Polarisierung, bereit, wieder zu feuern.