Nervenzellen im Nervensystem senden Signale, die Aktionspotentiale genannt werden, bei denen das Soma oder der Zellkörper des Neurons ein elektrisches Signal durch das Axon sendet. Wenn kein Signal gesendet wird, ist ein Neuron hyperpolarisiert, was bedeutet, dass es im Vergleich zur Außenseite eine negative Ladung hat. Wenn ein Aktionspotentialsignal über das Axon wandert, bewirkt dies, dass die Zelle depolarisiert oder positiver geladen wird. Nachdem das Signal endet, durchläuft die Zelle eine Repolarisation, wo sie zu ihrer ursprünglichen negativen Polarisation zurückkehrt.
Ein Neuron besteht aus einem Soma oder Zellkörper, aus dem Dendriten wie Äste eines Baumes herausragen. An einem Ende des Neurons befindet sich ein langes Kabel namens Axon, das in den synaptischen Knöpfen endet. Erregende und hemmende Signale wandern von anderen Neuronen zu den Dendriten und dem Zellkörper, und diese Signale werden am Axonhügel summiert, der kurz vor dem Beginn des Axons ruht. Diese Signale können die Zelle hyperpolarisieren oder depolarisieren. Die Repolarisation bringt die Zelle in ihren Ruhezustand zurück.
Hyperpolarisation, Depolarisation und Repolarisation eines Neurons werden alle durch den Fluss von Ionen oder geladenen Molekülen in und aus der Zelle verursacht. Im Ruhezustand einer Zelle bleiben diese Ionenkanäle geschlossen, aber wenn das Membranpotential einen bestimmten Punkt, das sogenannte Schwellenpotential, erreicht, öffnen sie sich. Der Zellkörper empfängt Nachrichten von anderen Zellen, die die Zelle entweder depolarisieren oder hyperpolarisieren, und wenn genügend Nachrichten empfangen werden, erreicht die Zelle das Schwellenpotential.
Wenn das Schwellenpotential erreicht ist, öffnen sich Kalium- und Natriumkanäle, wodurch positiv geladene Kalium- und Natriumionen in die Zelle eindringen können. Gleichzeitig ermöglichen Chloridkanäle, dass negativ geladene Chloridionen die Zelle verlassen. Dies verursacht eine Depolarisation, bei der die Zelle weniger negativ geladen ist als im Ruhezustand.
Nachdem das Aktionspotential die Zelle depolarisiert hat, beginnt der Prozess der Repolarisation. Die Natrium- und Kaliumkanäle schließen sich und verhindern, dass positiv geladene Ionen in die Zelle eindringen. Gleichzeitig kehren die negativ geladenen Chloridionen in die Zelle zurück.
Der erste Teil der Repolarisation wird als Refraktärzeit bezeichnet, und es gibt zwei Phasen dieser Phase, die absolute Refraktärzeit und die relative Refraktärzeit. Während der absoluten Refraktärzeit weigert sich die Zelle, ein weiteres Aktionspotential zu erzeugen. Während der relativen Refraktärzeit ist es der Zelle möglich, ein weiteres Aktionspotential zu erzeugen, jedoch benötigt es ein Signal, das größer als gewöhnlich ist. Diese Refraktärzeit der Repolarisation tritt auf, weil es aufgrund des Einströmens von Kaliumionen nach Durchlaufen eines Aktionspotentials zu einer Hyperpolarisation der Zelle kommt.