Biologie - 2. Nervensystem Ruhe- und Aktionspotenzial
Der elektrische Impuls, der von Nervenzelle zu Nervenzelle weitergegeben wird, entsteht durch eine Spannung in der Zelle. Sie wird auf einen Reiz hin entladen, um sich anschließend zu regenerieren. Ein spannender Vorgang!
Wie entsteht in der Zelle eine Spannung, die elektrische Impulse bewirkt? Das folgende Video zeigt es.
Video
Das Ruhepotenzial
Die im Inneren der Zelle befindlichen negativ geladenen organischen Stoffe können die Membran des Axons nicht passieren, während die positiv geladene Kaliumionen durchaus durch die Membran treten können. Kaliumionen sind in hoher Zahl im Zellinneren vorhanden und strömen naturgemäß vom Ort der höheren Konzentration weg. Gleichzeitig verlassen damit jedoch positive Ladungen das Zellinnere. Dadurch erhält das Zellinnere eine negative Ladung. Deshalb werden nach einer gewissen Zeit Kaliumionen wieder angezogen. Es entsteht ein Gleichgewicht zwischen den ausströmenden Kaliumionen und den vom negativen Zellinneren angezogenen. In der Summe stellt sich eine negative Spannung des Zellinneren gegenüber dem Zelläußeren - das Ruhepotenzial - ein. Das Ruhepotenzial einer tierischen Nervenzelle beträgt etwa -75 mV. Das entspricht immerhin 5 Prozent einer normalen 1,5 V Taschenlampenbatterie.
Das Aktionspotenzial
Verlauf von Ruhepotenzial und Aktionspotenzial (Klicken Sie bitte auf die Lupe)
Bei einem Reiz wird die Ionenverteilung im Axon aktiv verändert. Beginnend am Zellkörper werden zuerst die Natriumkanäle in der Membran geöffnet und Natriumionen strömen ein, wodurch die Ladung im Inneren positiv wird. Kurz darauf öffnen sich Kaliumkanäle und Kaliumionen strömen aus. Anschließend wird das Ruhepotenzial wieder hergestellt. Die Fortführung des Aktionspotenzials entlang des Axons kann nur in eine Richtung erfolgen, da die zurück liegende Membran nicht erregt werden kann. Die Entstehung eines Aktionspotenzials zeigt folgendes Video.
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Axone mit Hüllzellen
Modell eines Axons mit Hüllzellen und Einschnürung (Klicken Sie bitte auf die Lupe)
Die Axone mancher Neuronen sind von Hüllzellen umgeben. Sie übernehmen isolierende Funktion. In gewissen Abständen befinden sich Einschnürungen zwischen den Hüllzellen. Nur an diesen Einschnürungen kann es zum Aktionspotenzial beziehungsweise zum Ladungsausgleich zwischen den Schnürringen kommen. Die Weiterleitung ist an Axonen mit Hüllzellen springend und schnell. Während Axone ohne Hüllzellen je nach Durchmesser eine Geschwindigkeit der Reizweiterleitung von 1 bis 20 m/sec erfahren, erreichen Neuronen mit Hüllzellen etwa130 m/sec, das entspricht fast 500 km/Std.