Ein Aktionspotential ist eine schnelle, alles-oder-nichts, vorübergehende Umkehr des neuronalen Membranpotentials (von ~−70 mV auf ~+30 mV und zurück). Es ist die fundamentale Einheit der neuralen Kommunikation, verbreitet Informationen entlang der Axone und löst synaptische Übertragung aus.
Phasen des Aktionspotentials
- Ruhepotential (~−70 mV): Aufrechterhalten durch Na⁺/K⁺-ATPase (3 Na⁺ raus, 2 K⁺ rein) und K⁺-Leckkanäle. Hohe K⁺-Konzentration innen, hohe Na⁺-Konzentration außen.
- Depolarisation: Spannungsgesteuerte Na⁺-Kanäle öffnen sich → massiver Na⁺-Instrom (elektrochemischer Gradient). Membranpotential steigt schnell an.
- Überschuss: Potential wird positiv (~+30 mV). Na⁺-Kanäle beginnen zu inaktivieren.
- Repolarisation: Na⁺-Kanäle vollständig inaktiviert; spannungsgesteuerte K⁺-Kanäle öffnen sich (verzögert) → K⁺-Efflux stellt negatives Potential wieder her.
- Nachhyperpolarisation (AHP): K⁺-Efflux überschreitet kurzzeitig das Ruhepotential (negativer). K⁺-Kanäle schließen langsam.
- Refraktärperioden: Absolut: Na⁺-Kanäle inaktiviert (kann nicht feuern). Relativ: K⁺-Leitfähigkeit erhöht (stärkerer Reiz nötig). Gewährleistet unidirektionale Fortpflanzung.
Fortpflanzung
- Unmyelinisiert: Kontinuierlicher lokaler Stromfluss; langsam (~1 m/s).
- Myelinisiert: Saltatorische Leitung – Aktionspotential springt zwischen den Ranvierschen Schnürringen (wo Na⁺-Kanäle clustern). Schnell (~50–100 m/s), energieeffizient.
Informationskodierung
Aktionspotentiale sind in der Amplitude stereotyp; Information wird kodiert in Frequenz (Rate Coding) und zeitlichen Mustern (Bursting, Synchronie).
Physiologische Bedeutung
Aktionspotentiale liegen der synaptischen Übertragung, Muskelkontraktion, Hormonfreisetzung, sensorischer Transduktion und aller schnellen Signalgebung im Nervensystem zugrunde.
