Nerven, Ruhepotential, Aktionspotential, Refraktärphasen

Juliane Voigt

Nervenzelle und Aufbau eines Nervs

- einzelne Nervenzelle: Durchmesser von etwa 5-100µ m
- Zelle gliedert sich in:
- informationsaufnehmenden Teil: Dendriten = Verästelung; Soma = Zellkörper
- informationsleitender Teil: Axon oder Neuriten und die umgebenden Schwannschen Zellen (bes. Form der Gliazellen)
- informationsabgebender Teil:
-Nerv-Nerv-Verbindung: Synapse mit unterschiedlichen Überträgerstoffe
-Nerv-Muskel-Verbindung: motor. Endplatte
- Axonendigung: Vesikel (kleine, bläschenförmige Gebilde - wahrscheinlich vom Golgi-Apperat gebildet) -> Ersatz für die im ständigen ,,Recycling" verbrauchten Transmitter dienen
- folgende Teil der Nervenzelle erkennbar:
- auf den Dendriten (zahlreich, verästelt) enden versch. erregende und hemmende Synapsen vorgeschalteter Nerven- und Sinneszellen
- Zellkörper - enthält den Zellkern, Nissl-Schollen (bes. Form des endoplasmatischen Reticulums)
- Axon: langer, meist unverästelter Fortsatz der Nervenzelle (falls Verästelungen vorhanden, heißen dies Kollaterale)
- Nerv: Bündel vieler Dutzend Nervenfasern
- markhaltige Nervenfasern: von einer Myelinscheiden (aufgebaut durch die Schwannschen Zellen) und den Schwannschen Zellen umgeben
- Mark- und Myelinscheide bei markhaltigen Nervenfasern durch Ranviersche Schnürringe unterbrochen
- marklose Nervenfasern: von Schwannschen Zellen umgeben, keine Schnürringe
- marklose und markhaltige NF unterscheiden sich in ihrer Leitungs- geschwindigkeit; beide Fasertypen können in einem Nerv vorkommen

Ruhepotential - Natriumleckstrom - Natrium-Kalium-Pumpe

- für eine best. Nervenfaser hat das Ruhepotential immer den gleichen Wert
- Ionentheorie:Ruhepotentialentsteht durch dieunterschiedliche Diffusion von Ionen
- Zelleninneres:Kaliumionen und organ. Anionen;Außenmedium:Natrium- und Chloridionen
-> Zellmembran ist für K+ und Cl- permeabel, schlecht permeabel für Na+, impermeabel für Anionen=>selektive Permeabilität
- Erklärung:
- Zellmembran besitzt Kanäle für Kaliumionen und Natriumionen
- Kaliumkanäle normalerweise ständig offen
- alle Natriumkanäle sind im Ruhezustand geschlossen
- Kaliumionen: können entsprechend dem Konzentrat.- Gefälle von innen nach außen durch die Kanäle diffundieren
- innen: negative organ. Anionen bleiben zurück -> Ladung - Membranaußenseite: positiv; Membraninnenseite:negativ
- je mehr Kaliumionen nach außen wandern, desto ist der Ladungsunterschied
- K-Ionen werden zwar v. Konz.- Druck gegen die pos. Ladung nach außen gedrängt, aber auch von der neg. Ladung auf der Innenseite zurückgezogen
- Gleichgewichtszustand: es wandern genauso viele K-Ionen nach außen wie nach innen -> dabei herrschende Potentialdifferenz ist dasRuhepotential
- Membran ist nicht absolut undurchlässig für Na-Ionen - können in geringem Maße durch die ständig offenen Kaliumkanäle in das Zellinnere gelangen ->Natriumleckstrom
- d. pos. geladenen Na-Ionen würden allmählich die neg. Ladung der Membraninnenseite aufheben <-> deshalb in der Membran: best.

Proteinmoleküle (ATP - danach in ADP und P gespalten) - pumpen unter Energieaufwand die Na-Ionen nach außen; gleichzeitig werden K-Ionen nach innen gepumpt -> Energieaufwand wird geringer, weil nur noch das Konzentrat.-Gefälle überwunden werden muss

<-> für die pos. Na-Ionen gelangen nämlich pos. K-Ionen nach innen

->Natrium-Kalium-Pumpe: sorgt dafür, dass das spezifische Ruhepotential der Zelle konstant bleibt
- Na-K-Pumpe erzeugt und erhält die gr. Konzentrat.-Unterschiede der Kationen auf beiden Seiten der Membran

Aktionspotential

(a) Depolarisation und Potentialumkehr

- überschwelliger Reiz -> erste Depolarisation der Membran -> plötzl. Zunahme der Permeabilität der Membran für Na-Ionen (für ca.1 ms)
- Membran des Axons: Na-Kanäle - sind im Ruhezustand geschlossen
- Depolarisation der Membran -> Veränderung der Gestalt der Proteine -> Kanäle werden geöffnet
- entsprechend dem Konzentrat.-Gefälle strömen Na-Ionen (pos. Ladung)ins Innere -> zunehmende Depolarisation -> erhöht Na-Permeabilität
- Aufschauklungsprozess mit pos. Rückkopplung -> explosionsartiger Einstrom von Na-Ionen -> Potentialumkehr

(b) Repolarisation

- Depolarisation -> zeitl. verzögert: Permeabilität der Membran für K-Ionen steigt
- Na-Permeabilität sinkt bereits wieder ab -> 1. pos. Ladungen (K-Ionen) verlassen das Axoninnere; 2. weniger pos. Ladungen (Na-Ionen) gelangen hinein -> Membranpotential erreicht wieder den neg. Wert des Ruhepotentials

(c) Hyperpolarisation

- gesteigerte K-Permeabilität sinkt nur langsam wieder auf den Normalwert ab -> K-Ionenaustoß so groß -> Repolarisation geht sogar über das Ruhepotential hinaus

(d) Rückkehr zum Ruhepotential

- Na-K-Pumpe: Na-Ionen werden aus der Zelle K-Ionen in die Zelle befördert -> Wiederherstellung der Ausgangskonzentration an K-Ionen innerhalb und

Na-Ionen außerhalb der Nervenzelle (bzw. des Axons)

- Zahl der Ionen die während des Aktionspotentials die Membran passieren ist gering
- Änderung der Ionenverteilung kann durch die Pumpe schnell ausgeglichen werden

Refraktärphasen

- künstl. Auslösung von Aktionspotentialen
- zeitl. Abstand v. zwei gleichstarken Reizen auf 5 ms und weniger

gekürzt -> Aktionspotentiale erreichen nicht mehr den Spitzenwert von +30mV=>Zustand verminderter Erregbarkeit =relative Refraktärzeit-> K-Permeabilität sinkt; Na-K-Pumpe tauscht Na-Ionen gegen K-Ionen

- zeitl. Abstand: 2 ms und weniger -> es kann kein zweites Aktionspotential am gleichen Ort ausgelöst werden - Axon ist für kurze Zeit unerregbar => absolute Refraktärzeit -> Aufschauklungsprozess läuft bereits ab, anschließend sinkt die Na- Permeabilität wieder; während der Refraktärphase ablaufende Prozesse sind durch erneute Reize nicht beeinflussbar
- absolute RP: max. Zahl der Aktionspotentiale/sek.
- zeitl. Abstand von 2 ms -> höchstens 500 Aktionspotentiale/sek. auslösbar
- inaktive Nervensysteme: Erregung wird höchstens mit 200 Aktionspotentialen/sek. übertragen