In Kürze

Ruhepotenzial
Im Ruhezustand ist das Zellinnere der Neurone etwa -80 mV negativer als die umgebende extrazelluläre Flüssigkeit. Dieses Ruhepotenzial

• kann wie alle anderen Membranpotenziale am besten mit einer intrazellulären Mikroelektrode gemessen werden,
• ist im Wesentlichen ein K⁺-Gleichgewichtspotenzial,
• wird durch gekoppelte Na⁺-K⁺-Pumpen in einem dynamischen Gleichgewicht gehalten.

Aktionspotenzial
Wird das Ruhepotenzial auf etwa -60 mV depolarisiert (innen weniger negativ!) so entsteht ab dieser Schwelle ein Aktionspotenzial. Dieses Aktionspotenzial

• hat ein »Alles-oder-Nichts«-Verhalten mit einer Amplitude von etwa 110 mV und einer Dauer von 1-2 ms,
• beruht beim Aufstrich auf einer plötzlichen Zunahme der Na⁺-Leitfähigkeit, die rasch wieder abnimmt,
• wird v. a. durch eine vorübergehende Zunahme der K⁺-Leitfähigkeit beendet,
• ist von einer Refraktärzeit von 1-2 ms gefolgt, während der das Neuron vorübergehend unerregbar ist.

Kationenkanäle
Die spannungsgesteuerten Kationenkanäle erregbarer Membranen

• sind komplexe Proteine, deren 4 oder mehr Domänen aus 2 oder mehr Segmente bestehen, die wiederum sich aus 2 oder mehr membranspannenden α-Helices zusammensetzen, die durch Aminosäureketten verbunden sind,
• bilden in ihrer Mitte einen mit einem Selektivitätsfilter bestückten Ionenkanal, dessen Öffnungswahrscheinlichkeit vom Membranpotenzial gesteuert wird,
• lassen sich zahlreichen Klassen, Familien und Unterfamilien zuordnen,
• zeigen manchmal genetische Mutationen, die zu Erkrankungen (Kanalopathien) führen können.

Natrium-Ionenkanal
Der schnelle Natrium-Ionenkanal

• erreicht bei Depolarisation (Zellinneres weniger negativ) eine zunehmende Öffnungswahrscheinlichkeit (ist also spannungsgesteuert),
• führt beim Erreichen der Schwelle zum Aufstrich des Aktionspotenzials,
• geht anschließend in ein kurzzeitiges Stadium der Inaktivierbarkeit über, wodurch das Neuron refraktär wird,
• wird durch Zunahme der extrazellulären Ca²⁺-Ionenkonzentration in seiner Aktivierbarkeit herabgesetzt.

Kalium-Ionenkanäle Die spannungsgesteuerten Kalium-Ionenkanäle erregbarer Membranen

• sind für das Ruhepotenzial verantwortlich, da sie bereits dort eine hohe Öffnungswahrscheinlichkeit haben,
• erhöhen diese mit kurzer Verzögerung weiter, sobald das Membranpotenzial während des Aufstrichs zunehmend positiver wird und bewirken dadurch die Repolarisation,
• kommen in großer Vielfalt vor, was sich in den unterschiedlichen Formen der Repolarisation widerspiegelt.

Kalzium-Ionenkanäle
Die spannungsgesteuerten Kalzium-Ionenkanäle erregbarer Membranen

• ähneln in ihren Eigenschaften den schnellen Natrium- Ionenkanälen,
• sind in manchen Gewebsstrukturen (z. B. Dendriten, Herzmuskel) eher häufiger als der schnelle Na⁺-Kanal anzutreffen,
• haben den Zusatznutzen, bei Öffnung die intrazelluläre Ca⁺⁺-Konzentration zu erhöhen (Möglichkeit der Ca⁺⁺-Ionenwirkung als Second messenger).

Die Fortleitung des Aktionspotenzials

• erfolgt in marklosen Nervenfasern (C-Fasern) jeweils in die unmittelbare Nachbarschaft der erregten Membranstelle und ist deswegen sehr langsam (< 1-2,5 m/s),
• erfolgt in markhaltigen (myelinisierten) Nervenfasern (A- und B-Fasern) von Schnürring zu Schnürring (saltatorische Erregungsleitung) und erreicht dadurch bei den dicksten Nervenfasern Geschwindigkeiten bis über 100 m/s,
• kann beim Menschen als extrazelluläres Massenaktionspotenzial gemessen werden (Elektroneurographie, ENG).