An actiepotentiaal is een korte termijn verandering in membraanpotentiaal. Actiepotentialen ontstaan meestal bij de axon heuveltje van een neuron en zijn de voorwaarde voor prikkeloverdracht.
Wat is het actiepotentieel?
Actiepotentialen ontstaan meestal bij de axon heuveltje van een zenuwcel en zijn de voorwaarde voor prikkeloverdracht. De actiepotentiaal is een spontane omkering van de lading in zenuwcellen. Actiepotentialen ontstaan bij de axon heuvel. De axonheuvel is het punt van oorsprong van de overdrachtsprocessen van een zenuwcel. De actiepotentiaal reist vervolgens langs het axon of zenuwprojectie. Een potentiaal kan van één milliseconde tot enkele minuten duren. De intensiteit van elk actiepotentiaal is hetzelfde. Dienovereenkomstig zijn er noch zwakke noch sterke actiepotentialen. Het zijn eerder alles-of-niets reacties, dwz ofwel een stimulus is sterk genoeg om een actiepotentiaal volledig te triggeren, of de actiepotentiaal wordt helemaal niet geactiveerd. Elk actiepotentiaal verloopt in verschillende fasen.
Functie en taak
Vóór het actiepotentiaal bevindt de cel zich in de rusttoestand. De natrium kanalen zijn grotendeels gesloten, en de kalium kanalen zijn gedeeltelijk open. Door het kalium ionen, handhaaft de cel tijdens deze fase de zogenaamde rustmembraanpotentiaal. Dit is ongeveer -70 mV. Dus als je de spanning in het axon zou meten, zou je een negatief potentieel krijgen van -70 mV. Dit kan worden toegeschreven aan een onbalans in de lading van de ionen tussen de ruimte buiten de cel en de celvloeistof. De receptieve processen van de zenuwcellen, de dendrieten, ontvangen prikkels en geven deze via het cellichaam door aan de axonheuvel. Elke inkomende stimulus verandert het rustmembraanpotentieel. Om echter een actiepotentiaal te activeren, moet een drempelwaarde worden overschreden op de axonheuvel. Pas als de membraanpotentiaal met 20 mV toeneemt tot -50 mV wordt deze drempel bereikt. Als de membraanpotentiaal slechts stijgt tot bijvoorbeeld -55 mV, gebeurt er niets vanwege de alles-of-niets-respons. Zodra de drempel is overschreden, wordt de natrium kanalen van de cel open. Positief geladen natrium ionen stromen naar binnen en het rustpotentieel blijft stijgen. De kalium kanalen sluiten. Het resultaat is een herpolarisatie. De ruimte in het axon is nu voor korte tijd positief geladen. Deze fase wordt ook wel overshoot genoemd. Zelfs voordat de maximale membraanpotentiaal is bereikt, sluiten de natriumkanalen weer. In plaats daarvan gaan de kaliumkanalen open en stromen kaliumionen uit de cel. Er treedt repolarisatie op, wat betekent dat de membraanpotentiaal weer de rustpotentiaal nadert. Even is er zelfs sprake van een zogenaamde hyperpolarisatie. Tijdens dit proces zakt de membraanpotentiaal nog steeds onder -70 mV. Deze periode, die ongeveer twee milliseconden duurt, wordt ook wel de refractaire periode genoemd. Tijdens de refractaire periode is het niet mogelijk om een actiepotentiaal te activeren. Dit om overprikkelbaarheid van de cel te voorkomen. Na regeling door de natrium-kaliumpomp is de spanning weer op -70 mV en kan het axon weer aangeslagen worden door een prikkel. Het actiepotentiaal wordt nu overgedragen van de ene sectie van het axon naar de volgende. Omdat de vorige sectie zich nog in de refractaire periode bevindt, kan prikkeloverdracht slechts in één richting tegelijk plaatsvinden. Deze continue prikkeloverdracht is echter nogal traag. Transmissie van saltatorische stimulus is sneller. Hier worden de axonen omgeven door een zogenaamd myeline schede Dit werkt als een soort isolatieband. Daartussenin, de myeline schede wordt herhaaldelijk onderbroken. Deze onderbrekingen worden lacings genoemd. Tijdens de transmissie van een saltatorische stimulus springen de actiepotentialen van de ene koordring naar de volgende. Dit verhoogt de voortplantingssnelheid aanzienlijk. Het actiepotentiaal is de basis van de overdracht van stimulusinformatie. Alle functies van het lichaam zijn gebaseerd op deze geleiding.
Ziekten en aandoeningen
Wanneer de myeline-omhulsels van zenuwcellen worden aangevallen en vernietigd, treden er ernstige verstoringen op in de overdracht van prikkels. Het verlies van de myeline schede zorgt ervoor dat lading verloren gaat tijdens geleiding. Dit betekent dat er meer lading nodig is om het axon te exciteren bij de volgende breuk in de myeline-omhulling. Bij lichte beschadiging van de myeline-laag wordt de actiepotentiaal vertraagd. Als er ernstige schade is, kan de excitatiegeleiding volledig worden onderbroken, omdat er geen actiepotentiaal meer kan worden geactiveerd. Myeline-omhulsels kunnen worden aangetast door genetische defecten zoals de ziekte van Krabbe of de ziekte van Charcot-Marie-Tooth. De bekendste demyeliniserende ziekte is echter waarschijnlijk multiple sclerose Hier worden de myeline-omhulsels aangevallen en vernietigd door de eigen immuuncellen van het lichaam. Afhankelijk van welke zenuwen zijn aangetast, visuele stoornissen, algemene zwakte, spasticiteit, verlamming, gevoeligheid of spraakstoornissen kan gebeuren. Een vrij zeldzame ziekte is paramyotonia congenita. Gemiddeld wordt slechts één persoon op de 250,000 mensen getroffen. De ziekte is een aandoening van het natriumkanaal. Als gevolg hiervan kunnen natriumionen de cel binnenkomen, zelfs in fasen waarin het natriumkanaal eigenlijk gesloten zou moeten zijn, waardoor een actiepotentiaal wordt geactiveerd, zelfs als er eigenlijk helemaal geen stimulus is. Bijgevolg kan er een permanente spanning in de zenuwen Dit manifesteert zich als verhoogde spierspanning (myotonie). Na een willekeurige beweging verslappen de spieren zich met een aanzienlijke vertraging. Het omgekeerde is ook denkbaar bij paramyotonia congenita. Het kan zijn dat het natriumkanaal geen natriumionen in de cel toelaat, zelfs niet tijdens excitatie. Een actiepotentiaal kan dus alleen met vertraging of helemaal niet worden geactiveerd ondanks een inkomende stimulus. De reactie op de prikkel blijft dus uit. De gevolgen zijn sensorische stoornissen, spierzwakte of verlamming. Het optreden van symptomen wordt vooral bevorderd door lage temperaturen, daarom moeten de getroffenen elke afkoeling van de spieren vermijden.
