Aktionspotentiale

Aktionspotential (Nervenimpuls] bezeichnet in der Physiologie eine vorübergehende charakteristische Abweichung des Membranpotentials einer Zelle vom Ruhepotential, die bei deren Erregung (Exzitation) selbsttätig mit zelltypischem Verlauf gebildet wird und sich als elektrisches Signal über die Zellmembran ausbreitet.

Nur erregbare Zellen können auf Reize oder Signale mit Aktionspotentialen antworten, durch kurzfristige Änderungen der Membranleitfähigkeit infolge von Wechselwirkungen besonderer spannungsgesteuerter Ionenkanäle in ihrer Membran. Deren zeitabhängig unterschiedliche Aktivierung führt zu verschiedenen Ionenströmen mit entsprechend verschobenen Potentialdifferenzen. Daraus resultiert ein Aktionspotentialverlauf, bei dem auf die Phase der Depolarisation nach einem eventuellen Plateau die der Repolarisation folgt, mit nachschwingender Hyperpolarisation. Die Repolarisation wird teilweise auch als Hyperpolarisation bezeichnet, die Hyperpolarisation wiederum als Nachhyperpolarisation. Dieser Vorgang läuft selbsttätig in jeweils typischer Form ab, wenn ein bestimmtes Schwellenpotential überschritten wird, und ist erst nach einer gewissen Refraktärzeit wieder auslösbar.

Zu den erregbaren Zellen gehören bei Tieren außer ihren Nervenzellen auch Muskelzellen und einige sekretorische Zellen. Nervenzellen nehmen Reize oder Signale von anderen Zellen auf, überführen sie in Membranpotentialveränderungen und können Aktionspotentiale bilden (Erregungsbildung) als zelleigenes Signal, das entlang dem Axon in einer Nervenfaser fortgeleitet (Erregungsleitung) und über Synapsen an andere Zellen übertragen wird (Erregungsübertragung). Über neuromuskuläre Synapsen werden Muskelzellen erreicht, die ebenfalls erregt werden können und dann Aktionspotentiale bilden, die über ihre Membraneinstülpungen geleitet eine Kontraktion der Muskelfaser bewirken. Über neuroglanduläre Synapsen werden Drüsenzellen erreicht; besondere neuroendokrine Zellen können Aktionspotentiale bilden, denen eine Abgabe von Neurohormonen folgt.

Ein Nervenimpuls entsteht immer durch Partikelströme. Entlang eines Dendriten oder Axons wandert er in Gestalt sich bewegender, geladener Ionen, meist Natrium (Na⁺), Kalium (K⁺) und Clorid (Cl^-). An der Synapse tritt an deren Stelle ein Botenstoff (Neurotransmitter). Die Übertragungsgeschwindigkeit beträgt 1 bis über 100 m/s. Der Impuls ist im Körper wie auch im Gehirn gleich stark, rund 100 Millivolt, und dauert etwa gleich lang, rund eine Millisekunde.