Was ist Depolarisation?
Nervenzellen haben eine negative elektrische Ladung über ihre Plasmamembranen, die als Ruhepotential bezeichnet wird. Die Plasmamembran ist eine dünne Grenzschicht, die die Nervenzelle umgibt, und das Ruhepotential besteht, weil das Innere der Zelle im Vergleich zur Außenseite negativ geladen ist. Wenn ein Neurotransmitter, eine Chemikalie, die Signale zwischen Nervenzellen überträgt, an der Membran ankommt oder die Membran mechanisch gestört wird, ändert sich die Ladung über die Membran und wird positiver. Diese Veränderung wird als Depolarisation bezeichnet und führt ab einem bestimmten Grad zu einem sogenannten Aktionspotential, bei dem ein elektrischer Impuls entlang des Nervs übertragen wird. Nach einem Aktionspotential wird die Membran repolarisiert, wieder negativ geladen und das Ruhepotential wiederhergestellt.
Das Ruhepotential von Nervenzellmembranen wird durch ungleiche Konzentrationen von positiv geladenen Natriumionen und Kaliumionen auf jeder Seite der Membran erzeugt. Es gibt mehr Kalium in der Zelle und mehr Natrium außerhalb der Zelle. Grund dafür ist eine in der Zellmembran befindliche Natrium-Kalium-Pumpe, die aktiv Natrium aus der Zelle und Kalium in die Zelle befördert.
Es gibt Kanäle in der Membran, durch die Natrium- und Kaliumionen wandern können, aber wenn die Membran in Ruhe ist, sind die Natriumkanäle geschlossen und nur einige der Kaliumkanäle sind offen. Natriumionen müssen außerhalb der Zelle verbleiben, während einige Kaliumionen aus der Zelle entweichen, um sich durch die offenen Kanäle zu verbinden. Das Nettoergebnis ist, dass mehr positiv geladene Ionen außerhalb der Zelle landen als innerhalb, und dies erzeugt die negative Ladung über die Membran, die als Ruhepotential bekannt ist, die notwendig ist, wenn eine Neuronendepolarisation stattfinden soll.
Damit ein Aktionspotential besteht, muss zunächst die Nervenzelle durch Dehnung oder durch Eintreffen eines Neurotransmitters stimuliert werden. Ein depolarisierender Effekt tritt dann auf, weil sich Natriumkanäle öffnen und Natrium in die Zelle hineinlassen, wodurch die Anzahl der positiv geladenen Ionen im Inneren erhöht und das elektrische Potential über der Membran positiver wird. Sobald die Depolarisation einen Schwellenwert erreicht, öffnen sich viele Natriumkanäle auf einmal und es entsteht ein Aktionspotential, bei dem plötzlich eine vollständige Membrandepolarisation stattfindet, wobei die Depolarisation auch in einer Welle entlang der Nervenzelle verläuft.
Nach der Depolarisation erfolgt die Repolarisation nach einem kurzen Intervall, das als Refraktärperiode bezeichnet wird. Während dieser Zeit hat ein weiterer auf die Zelle ausgeübter Stimulus keine Wirkung. Die Refraktärzeit dauert nur einen Bruchteil einer Sekunde, sodass ein Nerv innerhalb einer Sekunde viele Male feuern kann. Bei der Repolarisation werden zuerst die Kaliumionen aus der Zelle entfernt, bevor das Natrium aktiv abgepumpt wird. Sobald das Membranpotential die notwendige negative Ladung erreicht hat, ist das Ruhepotential erreicht und der Nerv ist wieder feuerbereit.