Aktionspotential / Ablauf des Aktionspotentials


  • Grundprozess besteht in einer kurzfristigen Veränderung des Membranpotentials

  • Zellinneres wird kurzfristig positiv Aktionspotential

  • kurzzeitige Umpolung der Membran von -70 mV auf etwa +30 mV Aufstrichphase/Depolarisation

  • AP-Anteil der den Nullwert überschreitet nennt man Overshoot

  • danach kehrt das MP wieder zum Ruhewert zurück Repolarisation

  • gesamte AP-Dauer: Nervenzelle: 1 ms; Herzmuskelfaser: 200-400 ms

  • Unterschreitung des Ruhewertes während Repolarisation hyperpolarisierendes Nachpotential

Auslösung eines Aktionspotentials

 

 


  • entsteht immer dann, wenn es zu einer partiellen Depolarisation kommt

  • auslösende Depolarisation muß mind. +15 bis +20 mV betragen

  • wird diese Schwelle überschritten, so läuft die weitere Änderung des MP selbständig ab

  • Konstanz des AP´s wird als „Alles-oder-Nichts-Gesetz“ der Erregung bezeichnet

  • im Experiment kann die auslösende Depolarisation durch einen elektrischen Strom ausgelöst werden

 

Ionenströme während des Aktionspotentials

 


  • Ursache für den Anstieg des AP´s ist die Zunahme der Na-Membranpermeabilität

  • Na strömt so seinen Konz.-Gefälle folgend in die Zelle ein Cytosol wird positiv

  • es fließt elektrischer Strom (Ohm-Gesetz) I = gi * (EM – EI)

  • g = Leitfähigkeit geeignetes Maß für die Permeabilität der Membran

  • Membran wird bei dem starken Na-Fluss schnell depolarisiert

  • noch bevor das Na-Gleichgewichtspotential (+60 mV) erreicht ist, bricht der Vorgang ab, da die Na-Kanäle zunehmend inaktiviert werden

  • es folgt eine Umkehr der Potentialänderungen in Richtung RP

  • Repolarisation wird durch 2 Vorgänge bewirkt:

    • schnelle Abnahme der Na-Leitfähigkeit

    • langsamer Anstieg der K-Leitfähigkeit

  • beide Effekte führen zur Annäherung des MP an das K-Gleichgewichtpotentials

  • Leitfähigkeitsänderungen:

    • Aufstrichphase: steiler Anstieg der Na-Leitfähigkeit

    • Repolarisation: schneller Abfall der Na- Leitfähigkeit und langsamer Anstieg der K- Leitfähigkeit

    • Nachhyperpolarisation: verzögerte Abnahme der K-Leitfähigkeit


Kanalproteine

 


  • Na-Einstrom erfolgt über selektive Kanalproteine, die in der Membran integriert sind

  • Na-Kanäle:

    • gestreckte Glykoproteine

    • 80000 D

    • im Inneren befindet sich eine wassergefüllte Pore ermöglicht den Na-Durchtritt

    • im Abstand von 140 nm angeordnet

    • nur Na-selektiv

    • können in Abhängigkeit vom jeweiligen Membranpotential geöffnet oder geschlossen werden spannungsabhängige Torfunktion

    • beim RP ist das Tor geschlossen

    • bei Depolarisation kommt es innerhalb des Kanals zu einer Ladungsverschiebung

    • dann zu einer Konformationsänderung des Moleküls Kanal wir geöffnet

    • Kontrolle der Kanalfunktion erfolgt über einen Potentialsensor

    • Inaktivierungstor schließt Tor und führt zur Repolarisation

  • durch die patch-clamp-Technik zeigt sich, dass nicht alle Na-Kanäle zur selben Zeit geöffnet und kurz darauf wieder geschlossen sind

  • Na-Kanäle sind nach der Schließung zunächst nicht wieder aktivierbar

  • K-Kanäle öffnen und schließen sich mehrfach nacheinander mit zunehmender Öffnungstendenz während der Repolarisation

  • bleiben auch während der gesamten AP-Dauer aktivierbar

  • in den Membranen der Dendriten und Axonendigungen existieren zusätzlich Ca-Kanäle ermöglicht Ca-Einstrom bei Depolarisation

  • komplexer Ca-Öffnungs- und Schließungsmechanismus ist Grundlage für die Beeinflussbarkeit des Ionenstroms

 

 

Refraktärphasen

 

 


  • wird eine Nervenfaser während eines AP´s gereizt, so bleibt die Erregung aus

  • in dieser Zeit lässt sich also kein 2. AP auslösen

  • diese Phase wird absolute Refraktärphase genannt Faser absolut unerregbar

  • auf diese Phase folgt die relative Refraktärphase Zeitabschnitt verminderter Erregbarkeit

  • relative Refraktärphase: in dieser Phase lassen sich zwar AP´s auslösen, es ist jedoch eine stärkere Depolarisation von Nöten; AP´s mit kleineren Amplituden

  • Zustand der fehlenden bzw. verminderten Erregbarkeit beruht auf Inaktivierung der Na-Kanäle

  • Kanalzustände: geschlossen-aktivierbar: RP offen: Depolarisation geschlossen-inaktivierbar: während und kurz nach der Repolarisation

  • durch die absolute Refraktärzeit wird die max. Frequenz festgelegt

  • beträgt die absolute Refraktärzeit 2 ms, so müssen die AP´s mindestens einen zeitlichen Abstand von 1/500 s haben

  • Frequenz der Erregungsfolgen beträgt bei der Signalübertragung im NS höchstens 200 s-1

 

 

Einflüsse auf die Erregbarkeit

 

 


  • Aktivität der Na-Kanäle ist durch versch. extrazell. Einwirkungen beeinflussbar

  • besondere Wirkung über Ca

  • Erniedrigung der Ca-Konz.: Schwelle für die Auslösung eines AP´s wird zu negativeren Werten verlagert sehr kleine Depolarisation kann ein AP auslösen ; kann zur Tetanie führen

  • Erhöhung der Ca-Konz.: Lokalanästhetika und einige Antiarrhythmika: Schwelle für die Auslösung eines AP´s wird zu positiveren Werten verlagert Erregbarkeit der Zellen ist vermindert


 

 

 

2.4.13 14:12

Letzte Einträge: Aminosäuren/ Neurotransmitter, Elektrische Synapsen, Erregungsauslösung an Rezeptoren, Reiztransduktion und Erregungsbildung

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