Actiepotentiaal

Als de zenuwcel op adequate wijze wordt geprikkeld ontstaat een elektrisch signaal, de accu of batterij wordt als het ware ontladen. Dit signaal, dat langs de uitlopers van deze zenuwcel wordt voortgeleid, heet actiepotentiaal. De actiepotentiaal wordt bewerkstelligd door een korte instroom van geladen natriumdeeltjes, gevolgd door een korte uitstroom van geladen kaliumdeeltjes.

Zenuwcelactiviteiten en zenuwimpulsen zijn in feite kortdurende veranderingen in de elektrische lading en concentratie van ionen. Doordat de signalen elektrisch van aard zijn kunnen ze met relatief grote snelheid langs de zenuwvezels voortgeleid worden: snelheden tot 120 meter per seconde (meer dan 300 km per uur) zijn in de dikke vezels van de perifere zenuwen meetbaar.

De actiepotentiaal is niet zozeer een elektrische stroom maar een golf van activiteit die zich snel langs de uitlopers voortplant en vergezeld wordt van een potentiaalverandering van de membraan van de zenuwcel.

De energie van de voortgeleiding komt van de zenuwcel zelf en niet van de prikkel. Het handhaven van de membraanpotentiaal in rust vergt relatief veel energie. Voor dit proces moeten aan weerszijde van de membraan verschillende concentraties van natrium en kalium (en eveneens calciumionen) gehandhaafd worden.

De membraanpotentiaal is essentieel voor het functioneren van zenuwcellen, omdat communicatie tussen zenuwcellen en geleiding van actiepotentialen verloopt door ontlading (depolarisatie) gevolgd door opnieuw opladen van de membraan (repolarisatie).

Voortdurend verloopt in miljoenen zenuwen de cyclus van ontladen (depolarisatie) en opladen (repolarisatie); na een signaal openen zich specifieke natrium- en calciumkanaaltjes in de membraan, waardoor deze beide ionen langs hun concentratiegradient de cel ingaan. Daardoor stijgt de membraanpotentiaal van -70 mV tot ongeveer 0.

Vervolgens gaan de natrium- en calciumkanaaltjes dicht en de kaliumkanaaltjes open, waardoor de kaliumionen de cel uitgaan, de membraanpotentiaal zich herstelt en de zenuwcel weer ontvankelijk is voor nieuwe prikkels.

Daarna worden alle ionen teruggepompt met de in de membraan gelegen ionenpompen. Het is dit proces, het voortdurend herstellen van de uitgangssituatie, waarvoor zenuwcellen zoveel energie nodig hebben.

Signaalgeleiding

De actiepotentiaal is voor de zenuw een manier om snel een signaal over een lange afstand te kunnen geleiden. De signalen gaan van de grote hersenen naar het ruggenmerg en van het ruggenmerg bijvoorbeeld naar de voet over een relatief lange afstand en de geleidingssnelheid is ook van dien aard dat een prikkel wordt opgewerkt in de grote hersenen, in een onderdeel van een seconde bij de voetspieren is aangeland.

De actiepotentiaal is een alles-of-niets-verschijnsel; dit betekent dat de hoogte van het potentiaalverschil niet afhankelijk is van de sterkte van de prikkel.

De geleiding van een actiepotentiaal is op zichzelf geen bijzonder verschijnsel. Het treedt niet alleen op bij de mens en andere gewervelde dieren, maar ook bij de ongewervelde dieren, zoals kwallen, rupsen, en dergelijke.

Indien er uitsluitend voortgeleiding van signalen langs de uitlopers van de zenuwvezels zou zijn, zouden de hersenen niet in staat zijn tot zulke ingewikkelde processen als denken, gewaarwording van prikkels, enzovoort.

Van bijzondere betekenis hiervoor is het feit dat een signaal van één zenuwcel kan worden overgedragen op vele duizenden andere zenuwcellen via specifieke contactplaatsen. Men noemt zo’n contactplaats een synaps.