Karl C. Mayer, Facharzt für Neurologie, Psychiatrie und Facharzt für Psychotherapeutische Medizin, Psychoanalyse

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Glossar Psychiatrie / Psychosomatik / Psychotherapie / Neurologie / Neuropsychologie
 

Ruhemembranpotential der Zelle

Ein Ruhemembranpotential findet sich in allen lebenden Zellen. Dabei handelt es sich um eine elektrische Potentialdifferenz (Spannungsdifferenz) aufgrund einer ungleichen Ionenverteilung zwischen der intrazellulären Flüssigkeit (IZF) und der extrazellulären Flüssigkeit (EZF). Die dafür verantwortlichen Ionen sind v.a. Na+ (Natrium), K+ (Kalium) und Cl- (Chlorid). Bei Muskel- und Nervenzellen beträgt die elektrische Potentialdifferenz je nach Zelltyp 50-100 mV (Silbernagel 1991). Die Plasmamembran von Zellen besteht aus einer Lipiddoppelschicht mit darin ein- oder aufgelagerten Proteinmolekülen, welche als Ionenkanäle die Interaktion der Zelle mit ihrer Umgebung kontrollieren. Interessant für die vorliegende Arbeit sind solche Proteine, welche das neuronale Membranpotential aufrechterhalten und diejenigen, welche die vorübergehende Änderung des Potentials während der Signalübertragung regulieren. Die ungleiche Ionenverteilung zwischen IZF und EZF kommt dadurch zustande, daß nur wenige Kationen und Anionen die Membran-lipidschicht ungehindert (passiv) passieren können, da die Lipiddoppelschicht für die meisten Ionen impermeabel d.h. undurchlässig ist. Allerdings werden durch aktiven Transport, also unter Energieverbrauch, laufend Na+-Ionen aus der Zelle und K+-Ionen durch Transportproteine (Carrier) in die Zelle gepumpt (= Natrium-Kalium-Pumpe). Somit ist die Konzentration von Na+ im Zellinneren ca. 20mal niedriger als außen. Die Konzentration von K+ ist dagegen im Inneren rund 35 mal höher als außen. Ein elektri-scher Ladungsunterschied zwischen IZF und EZF entsteht durch die Aktivität der Na+-K+-Pumpe jedoch vorerst noch nicht. Für K+ ist die Membran der ruhenden Zelle über passive Ionenkanäle, d.h. ohne Energieverbrauch, viel besser durchlässig als für Na+. Deshalb diffundieren K+-Ionen aufgrund des hohen Konzentrationsunterschiedes von der IZF zur EZF zurück. Diese passive Rückdiffusion von K+ führt nun wegen der positiven Ladung dieser Ionen zu einer 'Ladungsverzerrung' bzw. Potentialdifferenz, wobei das Zellinnere negativer wird als das Zelläußere. Es entsteht ein K+-Diffusionspotential, welches so lange ansteigt, bis der weitere K+-Ausstrom durch das steigende elektrische Potential ver-hindert wird. Im Ruhezustand ist die Zellmembran auch für Chlorid-Ionen (Cl- ) relativ gut durchlässig. Da die EZF aufgrund des K+-Diffusionspotentials positiv ist, wird das Cl- entgegen seinem chemischen Gradienten (in der IZF befinden sich wesentlich weniger Cl--Ionen als in der EZF) aus der Zelle hinausgetrieben, bis dieser chemische Gradient so groß ist, dass er dem weiteren Cl--Auswärtsstrom entgegenwirkt. Das bei diesen Prozessen entstehende Gleichgewichtspotential für K+ und Cl- entspricht in etwa dem Ruhemembranpotential der Zelle. Dabei ist die IZF um etwa 90 mV negativer als die EZF. Wie bereits erwähnt, weisen alle lebenden Zellen ein Ruhemembranpotential auf. Doch nur die erregbaren Zellen wie Nervenzellen und Muskelzellen besitzen die Fähigkeit, die Ionenleitfähigkeit auf einen Reiz hin zu verändern, was wesentliche Potentialveränderungen zur Folge hat (Silbernagel 1991). Nervenzellen sind darauf spezialisiert, Veränderungen des Membranpotentials für die Übertragung und Verarbeitung von Information zu nutzen (Spitzer 1996). membranpot.jpg (89345 Byte)
 

 

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