Depolarisation (Physiologie)

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Als Depolarisation (auch Depolarisierung) bezeichnet man in der Neurologie eine Änderung des Membranpotentials in Richtung positiver (bzw. weniger negativer) Werte.

Eigenschaften[Bearbeiten]

Die Zellmembran von Nervenzellen besitzt Ionenpumpen, die kontinuierlich für eine Ungleichverteilung der Ionen auf der Außenseite der Zellmembran im Vergleich zur Innenseite sorgen. Darüber hinaus ist die Zellmembran selektiv permeabel, also unterschiedlich durchlässig für unterschiedliche Ionen. Durch die Ungleichverteilung und die eingeschränkte Mobilität der Ionen entsteht ein elektrisches Membranpotential, das im Ruhezustand als Ruhepotential (etwa −70 mV) bezeichnet wird.

Die Weiterleitung eines Signals innerhalb einer Nervenzelle basiert auf der Steigerung der Mobilität der Ionen nach Aktivierung der Nervenzelle. Intrazellulär herrscht ein Überschuss negativer Ionen vor, die Zellmembran ist polar (innen negativer als außen, negative Potentialdifferenz). Das Transmembranpotential wird jedoch in erster Linie nicht von der Konzentration, sondern von der Mobilität der Ionen beeinflusst. Werden durch einen Reiz die spannungsabhängigen Ionenkanäle aktiviert, vergrößert sich die Mobilität der Ionen, was die eigentliche Ursache für die Depolarisierung ist. Die Dauer der Depolarisierungsphase eines Aktionspotentials ist jedoch zu kurz, um größere Mengen an Ionen durch die Membran diffundieren zu lassen. Während des Erregungsvorganges sind folglich keine signifikanten Änderungen der Ionenkonzentrationen des Nerven zu erwarten. Ein Nerv, dessen Ionenpumpen blockiert sind, ist noch längere Zeit zur Generierung von Aktionspotentialen fähig, bis sich der elektrochemische Gradient ausgeglichen hat. Das Gegenstück der Depolarisation ist eine Hyperpolarisation. Eine Wiederherstellung des Ruhemembranpotentials nach vorangegangener Depolarisation wird als Repolarisation bezeichnet. Die elektrochemische Triebkraft ist proportional zur Differenz von Ruhepotential und Aktionspotenzal.

In elektrisch erregbaren Zellen wie Nervenzellen kann eine Depolarisation über- oder unterschwellig sein. Als Schwelle wird in diesem Fall das Schwellenpotential für die Öffnung spannungsaktivierter Natrium-Ionenkanäle (manchmal auch Calcium-Ionenkanäle) bezeichnet. Dieses liegt bei spannungsaktivierten Natrium-Ionenkanälen typischerweise bei −50 mV. Oberhalb dieses Wertes öffnen sich die Natrium-Kanäle, was die Depolarisation verstärkt und ein Aktionspotential auslöst. Bleibt die Depolarisation unter der Schwelle, kehrt das Membranpotential ohne Überschwingen zum Ruhewert zurück. Der Dualismus der erzeugten Effekte ist im Alles-oder-nichts-Gesetz beschrieben.

Der Begriff Depolarisation wird unabhängig von den Ursachen (passiv oder aktiv durch Änderung der Membraneigenschaften) und dem Ereignis (Aktionspotential, Postsynaptisches Potential, erregbare Zellen bei Pflanzen, etc.) verwendet.

Von besonderer Bedeutung ist eine Depolarisation in elektrisch erregbaren Zellen.

Beispiel: Das Ruhemembranpotential betrage −70 mV. Eine Änderung um 30 mV auf −40 mV ist eine Depolarisation. Wird danach das Ruhemembranpotential von −70 mV wieder erreicht, spricht man von Repolarisation. Eine Absenkung um 20 mV auf −90 mV ist eine Hyperpolarisation.

Literatur[Bearbeiten]

  • Peter Berlit: Neurologie. Springer, Berlin 2005, ISBN 3-540-01982-0.
  • Allan H. Ropper, Martin A. Samuels: Adams and Victor’s Principles of Neurology. McGraw Hill, New York 2009, ISBN 978-0-07-149992-7.
  • Walter Gehlen, Heinz-Walter Delank: Neurologie. Thieme. Stuttgart 2010, ISBN 978-3-13-129772-3.
  • Lewis P. Rowland, Timothy A. Pedley (Hrsg.): Merritt’s Neurology. Lippincott Williams & Wilkins, 2009, ISBN 978-0-7817-9186-1.
  • R. Glaser: Biophysik. Gustav-Fischer-Verlag, Jena 1996