Ein Aktionspotential ist eine kurze, stereotype Umkehr der Spannung an der Membran einer Nerven- oder Muskelzelle. Die Membran springt dabei von etwa minus 70 Millivolt in Ruhe auf etwa plus 30 Millivolt und kehrt wieder zurück. Laut OpenStax dauert das Ganze ungefähr 2 Millisekunden. So leiten Nervenzellen Signale weiter.

Klingt simpel, und das ist es auch, wenn du die Reihenfolge einmal wirklich verstanden hast. Das Aktionspotential gehört zu den Themen, die in der Physiologie im ersten Semester auftauchen und dich bis ins Physikum begleiten. Hier bekommst du die Phasen, die Kanäle und die Zahlen, die du wirklich brauchst.

Key Takeaways

  • Ruhe liegt bei etwa minus 70 mV. Der genaue Wert schwankt je nach Zelle, minus 70 Millivolt ist aber der übliche Lehrbuchwert.
  • Die Schwelle liegt bei etwa minus 55 mV. Erst dort öffnen die spannungsgesteuerten Natriumkanäle, und das Aktionspotential läuft nach dem Alles-oder-nichts-Prinzip ab.
  • Natrium rein, Kalium raus. Natrium treibt die Depolarisation bis etwa plus 30 mV, Kalium holt die Spannung zurück und schießt kurz unter den Ruhewert.
  • Die Refraktärzeit schützt die Richtung. Solange die Natriumkanäle inaktiviert sind, startet kein neues Aktionspotential.
  • Myelin macht schnell. In markhaltigen Fasern springt die Erregung von Schnürring zu Schnürring, das heißt saltatorische Erregungsleitung.

Was ist ein Aktionspotential genau?

Ein Aktionspotential ist ein elektrisches Signal, das entsteht, wenn die Membranspannung einer erregbaren Zelle eine Schwelle überschreitet. Dann öffnen sich spannungsgesteuerte Ionenkanäle in fester Reihenfolge, die Spannung kippt kurz ins Positive und kehrt zurück. Dieses Muster wandert die Faser entlang, ohne unterwegs schwächer zu werden.

Wichtig ist das Alles-oder-nichts-Prinzip. Ein Reiz unterhalb der Schwelle verpufft. Ein Reiz darüber löst immer ein vollständiges Aktionspotential aus, und zwar immer gleich hoch. Ein stärkerer Reiz macht das einzelne Signal also nicht größer. Er sorgt höchstens dafür, dass mehr Aktionspotentiale hintereinander kommen.

Ein Aktionspotential ist kein Lautstärkeregler, sondern ein Schalter: an oder aus.

Wie entsteht das Ruhepotential?

Das Ruhepotential entsteht durch ungleich verteilte Ionen und eine Membran, die für sie unterschiedlich durchlässig ist. Außen ist laut OpenStax etwa zehnmal mehr Natrium als innen, innen dagegen viel Kalium. Gemessen ergibt das rund minus 70 Millivolt, das Zellinnere ist also negativ gegenüber außen.

Damit dieser Zustand bleibt, arbeitet ständig die Natrium-Kalium-Pumpe. Sie befördert pro verbrauchtem ATP drei Natriumionen nach draußen und zwei Kaliumionen nach drinnen. Ohne diese Pumpe würden sich die Gradienten mit jedem Aktionspotential langsam angleichen. Merk dir die Pumpe als den Hausmeister der Zelle: Sie macht keine Signale, sie räumt nach ihnen auf.

Welche Phasen hat ein Aktionspotential?

Ein Aktionspotential läuft in fünf Phasen ab: Ruhe, Erreichen der Schwelle, Depolarisation, Repolarisation und Nachhyperpolarisation. Jede Phase hängt an einem bestimmten Kanal. Wenn du für jede Phase weißt, welcher Kanal gerade offen ist und welche Ionen in welche Richtung fließen, kannst du jede Kurve in der Klausur selbst zeichnen.

  1. RuheDie Membran liegt bei etwa minus 70 mV. Die spannungsgesteuerten Natrium- und Kaliumkanäle sind geschlossen.
  2. SchwelleEin Reiz depolarisiert die Membran bis etwa minus 55 mV. Jetzt öffnen die Aktivierungstore der Natriumkanäle.
  3. DepolarisationNatrium strömt entlang seines Gradienten in die Zelle. Die Spannung steigt bis etwa plus 30 mV, eine Änderung um rund 100 mV.
  4. RepolarisationDie Inaktivierungstore der Natriumkanäle schließen nach einem Bruchteil einer Millisekunde. Kaliumkanäle öffnen, Kalium strömt hinaus, die Spannung fällt.
  5. NachhyperpolarisationWeil die Kaliumkanäle noch offen sind, rutscht die Spannung kurz unter minus 70 mV. Danach stellt sich das Ruhepotential wieder ein.

Die wichtigsten Zahlen auf einen Blick:

PhaseSpannung (etwa)Was passiert
Ruhepotentialminus 70 mVKanäle zu, Pumpe hält die Gradienten
Schwelleminus 55 mVNatriumkanäle öffnen
Spitzeplus 30 mVNatriumkanäle inaktivieren
Nachhyperpolarisationunter minus 70 mVKaliumkanäle noch offen
NA REIN, K RAUS, PUMPE RÄUMT AUF

Erst strömt Natrium hinein und macht innen positiv. Dann strömt Kalium hinaus und holt die Spannung zurück. Die Natrium-Kalium-Pumpe stellt danach die Verteilung wieder her. Mehr Merksprüche dieser Art findest du in Eselsbrücken Medizin.

Was passiert in der Refraktärzeit?

In der Refraktärzeit ist die Zelle für ein neues Aktionspotential schwer oder gar nicht erregbar. In der absoluten Refraktärzeit sind die Natriumkanäle inaktiviert und lassen sich nicht öffnen, egal wie stark der Reiz ist. In der relativen Refraktärzeit klappt es wieder, aber nur mit einem stärkeren Reiz als sonst.

Warum ist das so wichtig? Die Refraktärzeit verhindert, dass ein Aktionspotential rückwärts läuft. Der Abschnitt hinter der Erregung ist gerade gesperrt, also kann das Signal nur nach vorn. Genau diese Frage kommt gern als Verständnisfrage: Warum läuft die Erregung nur in eine Richtung?

Warum leiten Fasern mit Myelin schneller?

Myelin wirkt wie eine Isolierung um das Axon. Der Strom kann dort nicht nach außen entweichen, deshalb muss die Erregung nur an den Lücken neu entstehen, den Ranvier-Schnürringen. Laut OpenStax sind diese Lücken etwa einen Mikrometer lang und tragen die spannungsgesteuerten Kanäle. Das Signal springt von Lücke zu Lücke.

Diese Form heißt saltatorische Erregungsleitung, in marklosen Fasern spricht man von kontinuierlicher Erregungsleitung. Auch der Durchmesser des Axons beeinflusst die Geschwindigkeit. Bei Erkrankungen wie der Multiplen Sklerose geht Myelin verloren, und die Leitung wird langsamer, weil Strom an den freigelegten Stellen verloren geht. Am Ende der Faser kommt die Synapse: Laut OpenStax vergeht dort etwa eine Millisekunde, bis der Transmitter auf der anderen Seite wirkt.

So lernst du das Aktionspotential fürs Physikum

Lies die Phasen nicht nur, zeichne sie. Nimm ein leeres Blatt, zeichne eine Achse von minus 90 bis plus 40 mV und trag die Kurve aus dem Kopf ein. Dann schreibst du an jede Phase den Kanal, die Richtung des Ionenstroms und den Spannungswert. Wenn das ohne Spicken klappt, sitzt das Aktionspotential.

Aktives Abfragen schlägt erneutes Lesen. Das UNC Learning Center beschreibt Selbsttests als aktive Strategie, die das Lernen intensiver und effizienter macht. Stell dir deshalb Fragen wie: Was passiert, wenn man die Natriumkanäle blockiert? Warum liegt die Nachhyperpolarisation unter dem Ruhepotential? Was ändert sich ohne Myelin?

Tipp: Mach aus jeder Phase eine eigene Karteikarte mit Frage auf der Vorderseite und Kanal plus mV-Wert auf der Rückseite. Wie du solche Karten im richtigen Abstand wiederholst, steht in FSRS und Spaced Repetition.

Das Aktionspotential ist auch die Grundlage für viele spätere Themen, von der Muskelkontraktion bis zum Herzen. Wie du das ganze Fach aufbaust, erklärt Physiologie lernen. Wer gerade erst anfängt, findet in den Lernmethoden fürs Studium bei dein-medizinstudium einen guten Überblick, welche Technik zu welchem Stoff passt. Und wer sich noch an den Medizinertest erinnert: Eine Übungsfrage zur Depolarisation steht in den HAM-Nat Aufgaben bei tmsbuddies, ideal als schneller Selbsttest.

Wie oft kommt Physiologie im Physikum dran?

Häufig. Laut Anlage 9 der Approbationsordnung entfallen im schriftlichen Physikum 80 von 320 Fragen auf Physik für Mediziner und Physiologie, also ein Viertel. Das Aktionspotential ist dort ein Grundbaustein, auf dem Nerven, Muskel und Herz aufbauen. Der nächste schriftliche Termin ist laut IMPP am 16. und 17. März 2027.

Bis dahin hast du genug Zeit, wenn du jetzt im Wintersemester anfängst. Wie du die Monate bis März einteilst, steht in Physikum lernen. Teste dich vor dem Ernstfall mit der kostenlosen Physikum-Simulation. Was das Physikum als Erstes Staatsexamen insgesamt bedeutet, erklärt der Eintrag zum Physikum im Lexikon auf ncrechner.

Jedes Aktionspotential sitzt, auch im März

Über 30.000 Karteikarten für die Vorklinik, ein Algorithmus, der dir nur die fälligen Karten zeigt, und eine Physikum-Simulation zum Üben. Kostenlos in SlayMed.

SlayMed kostenlos holen

Häufige Fragen zum Aktionspotential

Wie hoch ist das Ruhepotential einer Nervenzelle?

Meist wird ein Wert von etwa minus 70 Millivolt angegeben. Der genaue Wert schwankt je nach Zelltyp. Er entsteht durch ungleich verteilte Ionen und die Natrium-Kalium-Pumpe, die pro ATP drei Natriumionen hinaus und zwei Kaliumionen hinein befördert.

Was bedeutet das Alles-oder-nichts-Prinzip?

Ein Reiz unterhalb der Schwelle von etwa minus 55 Millivolt löst kein Aktionspotential aus. Ein Reiz darüber löst immer ein vollständiges aus, und zwar immer gleich hoch. Ein stärkerer Reiz erhöht nicht die Höhe, sondern höchstens die Zahl der Aktionspotentiale.

Welche Ionen sind am Aktionspotential beteiligt?

Vor allem Natrium und Kalium. Natrium strömt in der Depolarisation in die Zelle und treibt die Spannung bis etwa plus 30 Millivolt. Kalium strömt in der Repolarisation hinaus und bringt die Spannung zurück, kurz sogar unter den Ruhewert.

Warum läuft das Aktionspotential nur in eine Richtung?

Wegen der Refraktärzeit. Hinter der Erregung sind die Natriumkanäle noch inaktiviert und lassen sich nicht sofort wieder öffnen. Der Abschnitt dahinter ist damit kurz gesperrt, und das Signal kann nur in den noch erregbaren Abschnitt davor weiterlaufen.

Was ist saltatorische Erregungsleitung?

So heißt die Weiterleitung in markhaltigen Fasern. Myelin isoliert das Axon, und die Erregung entsteht nur an den Ranvier-Schnürringen neu. Das Signal springt von Schnürring zu Schnürring und ist dadurch schneller als die kontinuierliche Leitung in marklosen Fasern.

Quellen