Anatomie und Physiologie

Um den Blutkreislauf aufrecht zu erhalten, muss das Herz regelmäßig pumpen, das heißt, der Herzmuskel muss sich rhythmisch zusammenziehen (kontrahieren). Dazu müssen die Muskelzellen fortwährend gereizt und der Reiz weitergeleitet werden. Ruhepotential und Aktionspotential Sowohl bei den Muskelzellen des Herzens als auch bei den Zellen der Skelettmuskulatur besteht zwischen dem Zellinneren und dem Zelläußeren eine elektrische Spannung. Diese Spannung nennt man Ruhepotential beziehungsweise Ruhemembranpotential. Wie kommt das Ruhepotential zustande? Die Ursache für diese Spannung liegt an der ungleichen Verteilung der positiv und negativ geladenen Ionen zwischen Zellinnerem und Zelläußerem: Im Inneren der Zellen befinden sich vor allem positive Kalium-Ionen und negativ geladene organische Anionen. Außerhalb der Zellmembran hingegen kommen vor allem positive Natrium- und negative Chlorid-Ionen vor. Beim Skelettmuskel und beim Herzmuskel beträgt diese Spannung in Ruhe (Ruhepotential) etwa -90 Millivolt (mV), wobei das Zellinnere negativ gegenüber dem Zelläußeren geladen ist. Anders als im Arbeitsmyokard ist in den Sinusknotenzellen des Herzens kein Kalium-Strom vorhanden. Deshalb ist das Ruhepotential dort mit etwa -60 mV auch deutlich positiver als das der Arbeitsmuskulatur. Das Ruhepotenzial baut sich vor allem auf, da die Zellmembran für die verschiedenen Ionen im Körper unterschiedlich durchlässig (permeabel) ist – man spricht daher auch von einer semipermeablen Membran.  
• Mechanische,
• chemische
• oder elektrische Reize
können diese Durchlässigkeit verändern.

Die K+-Ionen wandern aufgrund der osmotischen Energie durch die Membran in das Zelläußere und versuchen, den Konzentrationsunterschied auszugleichen. Gleichzeitig bewegen sich die positiv geladenen Natrium-Ionen aus dem Zelläußeren in das Innere der Zelle, um ebenfalls den Konzentrationsunterschied auszugleichen. Dies ändert die Spannung nach und nach von -90 mV im Zellinneren hin zu Werten um die -60 mV. Je positiver beziehungsweise weniger negativ das Zellinnere wird, desto durchlässiger wird die Zellmembran für Na+ und desto positiver wiederum das Zellinnere. Die Folge: das Ruhemembranpotential müsste über kurz oder lang zusammenbrechen. Ab etwa -50 mV ändert sich die Durchlässigkeit (Permeabilität) der Zellmembran jedoch sehr schnell, sodass in kürzester Zeit verhältnismäßig mehr Na+ einströmen kann. Dies führt zu einer Spannungsumkehr von +30 mV gegenüber dem Zelläußeren. Während dieses Prozesses nimmt die Na+-Durchlässigkeit schlagartig wieder ab und die für K+ und Cl- steigt an. Es strömt K+ aus der Zelle heraus und Cl- hinein. Dies geschieht, bis der ursprüngliche Zustand wiederhergestellt, also das Zellinnere wieder eine Spannung von rund -90 mV besitzt. Anschließend beginnt dieser Prozess wieder von vorne.