Die Funktionsweise von Nervenzellen basiert auf komplexen elektrochemischen Prozessen, die für die Signalübertragung im Körper essentiell sind.
Das Ruhepotential einer Nervenzelle ist der Ausgangszustand, bei dem eine Spannungsdifferenz von etwa -70 mV zwischen Zellinnen- und -außenraum besteht. Diese Ionenverteilung wird hauptsächlich durch die Natrium-Kalium-Pumpe aufrechterhalten, die unter ATP-Verbrauch drei Natrium-Ionen nach außen und zwei Kalium-Ionen nach innen transportiert. Die Natrium-Kalium-ATPase spielt dabei eine zentrale Rolle bei der Ruhepotential Aufrechterhaltung.
Wenn ein Reiz die Nervenzelle stimuliert, kann ein Aktionspotential entstehen. Die Erregungsleitung kann dabei auf zwei verschiedene Arten erfolgen: Bei der kontinuierlichen Erregungsleitung breitet sich das Signal gleichmäßig entlang der Nervenfaser aus, was vor allem bei unmyelinisierten Axonen vorkommt. Die saltatorische Erregungsleitung hingegen findet bei myelinisierten Nervenfasern statt, wo das Signal sprunghaft von einem Ranvier-Schnürring zum nächsten weitergeleitet wird. Diese Form der Erregungsleitung ist deutlich schneller und energieeffizienter. Die Saltatorische Erregungsleitung kann Geschwindigkeiten von bis zu 120 m/s erreichen, während die kontinuierliche Erregungsleitung nur etwa 0,5-2 m/s erreicht. Das Ruhemembranpotential der Nervenzelle wird nach jedem Aktionspotential durch die Aktivität der Natrium-Kalium-Pumpe wiederhergestellt, wodurch die Zelle für weitere Signalübertragungen bereit ist.
