3. Vorlesung: Nervenleitung

• Ruhepotential

  • Nervenzelle in Ruhe

• Aktionspotential

  • Nervenzelle in Arbeit

• Postsynaptisches Potential

  • Nervenzelle empfängt Signal von Nachbarnervernzelle

• Elektrisczer Ladungsunterschied zwischen zwei “Orten”

  • z.B. Zellinneres versus Zelläußeres

• Ionen: elektrisch geladene Teilchen

• Positiv geladene Ionen = Kationen

  • meist metalle

    • Na+, K+, Ca2+

• Negativ geladene Ionen = Anionen

  • meist nicht-Metalle

    • (z.B. Cl- (Chlorid))

• Entgegen gerichtete Ladungen ziehen sich an (elektrischostatische Wchselwirkung)

• Außerhalb und innerhalb einer Zelle (von Dendrit über Zellkörper bis Axon) befinden sich

  • flüssiges Milieu

    • frei bewegliche Ionen

• Zellinneres

  • Mehr positiv geladene Kalium-Ionen:

    • K+

  • Mehr negativ geladene Proteine:

    • Protein-

• Zelläußere

  • Mehr positiv geladene Natrium-Ionen

    • Na+

      • Es gibt von allen Ionen auch welche in der gegenseitigen Zellgegend aber weniger

  • Mehr negativ geladene Chlorid-Ionen: Cl-

• Spannungsdifferenz

  • -70mV Zellinneres vs Zelläußeres

  • Mehr Anionen im Zellinneren

• Chemischer Gradient

  • Brown’sche Molkularbewegung

    • Ionen möchten immer dorthin wandern, wo ihre Konzentation niedriger ist

• Elektrostatische Kraft

  • Ionen werden von der entgegengesetzten Ladung angezogen

    • dh. Na+ und K+ versuchen in den negativen Zellinnenraum zu gelangen

• Semipermeable Zellmembran

  • nur bestimmte Ionen (semi selektiv) durchlässig (permeabel)

  • durchlässig

    • K+

      • kann in beide Richtunge passieren

    • Cl-

  • kaum durchlässig

    • Na+

      • kann nur an wenigen Kanälen hinein

  • undurchlässig

    • Protein-Anionen

• Natrium/Kalium-Pumpe

  • Na+ im Zellinneren bindet an Na+/K+-Pumpe

  • Na+ Bindung stimuliert die Phosphorylierung durch ATP

    • Energieverbrauch

  • Öffnung der Pumpe durch Phosphorylierung

    • drei na+ nach außen

  • Zwei zelläußere K+ bindet an Pumpe, da Phosphor wird freigegeben

    • (verbraucht im ATP)

  • Verlust des Phosphors führt zu Ausgangsform der Pumpe

• Membranpotential der Zelle:

  • innerhalb 1ms von -70mV auf +50mV

• AP wird durch ausgelöst, wenn erst das Schwellenpotential von -55mV erreicht wird, darunter passiert nichts

• Nach Erreichen des Schwellenwerts gibt es immer das Aktionspotential egal wie stark der Reiz war

• Absolute Refraktärzeit

  • Nach einem AP ist es für ca. 1-2ms nicht möglich ein weiteres AP zu bilden

    • Anstiegs und Repolarisationsphase

• relative Refraktärzeit

  • während Hyperpolarisation

• Frequenzkodierung

  • Reiz zu Schwach, kein Aktoinpotential

  • Frequenz der APs hängt von der Reizintensität ab

• unmyelinisiertes Axon

  • Axonhügel wird ein AP generiert

    • der nächstliegende Natriumkanal am Axon öffnet sich

    • dort dreht sich die Polarität um

      • es entsteht ein AP

    • Ionenströmchen fließen zum nacholgenden Natriumkanal

      • dieser öffnet sich => AP

    • =>> Erregungswelle

  • Ionenkanäle für Erregungsleitung liegen dich beieinander

    • Langsame Erregungsleitung

      • max 25 m/s kontinuierliche Erregungsleitung

    • Axon kurz bis 30 cm, da sonst zu langsam

    • Wo beim Menschen?

      • Eingeweidenerven, Schmerz und Thermonerven (C-Fasern)

        • Sie übertragen langsame, diffuse, schlecht lokalisierbare Schmerzempfindungen („dumpfer, brennender Schmerz“) und Temperaturreize (z. B. anhaltende Hitze oder Kälte).

        • Diese Reize sind wichtig für den anhaltenden Schutz des Körpers (z. B. langes Vermeiden einer heißen Fläche), nicht für schnelle Reflexe.

        • Kein Myelin = langsamere Übertragung, aber dafür energiesparender und ideal für langsam wirkende Schutzsignale.

• myelinisierten Axon

  • Ionen können das Axon nur an den Ranvier’schen Schnurringen passieren

    • Saltatorische Erregungsleitung

  • Schnelle Erregungsleitung

    • bis zu 120 m/s (400km/h)

  • Axon bis 1,5 m lang

    • bsp. Ischiasnerv

• Ankommendes Aktionspotential führt zur Freiseung von Ca2+ an der Synapse

  • Vesikel mit Neurotransmitter (NT) können darauf hin mit der Menbran der Synapse verschmelzen (Fusion) und NT freigeben

  • NT bindet an Proteinkanäle in der Postsynaptischen Membran

  • Na+ oder Cl- fließt in postsynaptischen Zelle und löst dort Spannungsänderung aus

• Postsynaptisches Membranpotential

  • Wirkung hängt ab von

    • Struktur des Neurotransmitter

    • Art des Rezeptors

  • Man unterscheidet

    • EPSP

      • erhöht die Feuerwahrscheinlichkeit des Neurons durch Depolatisation

      • Na+ Kanäle offen, Na+ strömt in den Dendriten des Neurons

    • IPSP

      • verringert die Feuerwahrscheinlichkeit durch Hyperpolarisation

      • K+ Kanäle offen, K+ strömt aus

      • Cl- Kanäle offen, Cl- strömt ein

  • EPSP und IPSP sind graduelle Reaktionen

    • Spannungsänderungen sind proportional zur Intensität des auslösenden Signals

  • die einzelnen PSP haben alleine keinen Effekt

    • viele verschiedene PSP’s summieren sich (tausende Synapsen an Dendriten)

  • Räumliche Integration

    • Summation

      • Das gleichzeitige Auftreten von EPSP’ und/oder IPSP’s an verschiedenen Stellen der postsynaptischen Membran auf der postsynaptischen Seite addiert sich auf

    • 3 Möglichkeiten

      • Versärkung der Erregung

      • Verstärkung der Hemmung

      • Auslöschuen des Signals

  • zeitliche Integration

    • Summation

      • Eine schnelle Abfolge von nur einer Stelle (entweder EPSP oder IPSP) kanndurch Aufsummieren der einzelnen kleinen Potentialänderungen ein Neuron

        • zum Feuern veranlassen

        • Informationsweiterleitung hemmem

Weil das Gehirn nicht nur Erregung braucht, sondern auch Kontrolle und Balance.

IPSPs verhindern, dass Neuronen überaktiv werden oder falsche Signale entstehen.

Ohne Hemmung würde das Nervensystem:

• Überreagieren,

• permanent „feuern“,

• keine feine Steuerung erlauben,

• und am Ende könnten Krämpfe, Epilepsie oder Dauerstress entstehen.

• Axonhügel und am Axon selbst.

  • Bei Myelinisierung am Rannvierschen Schnürring

1. Ruhepotenzial (~ -70 mV)

• Die Nervenzelle ist im Ruhezustand.

• Innen ist die Zelle negativ im Vergleich zum Außenraum.

• Hauptsächlich durch die Natrium-Kalium-Pumpe und Kalium-Leckkanäle aufrechterhalten.

1. Depolarisation

• Ein Reiz öffnet spannungsgesteuerte Natriumkanäle (Na⁺-Kanäle).

• Na⁺-Ionen strömen in die Zelle → das Zellinnere wird weniger negativ.

• Wenn der Schwellenwert (~ -55 mV) überschritten wird, öffnen sich viele Na⁺-Kanäle schlagartig → schneller Anstieg der Spannung (steile Kurve nach oben, bis etwa +30 mV).

1. Repolarisation

• Kurz nach dem Maximum schließen sich die Natriumkanäle wieder (Inaktivierung).

• Gleichzeitig öffnen sich spannungsabhängige Kaliumkanäle (K⁺-Kanäle).

• Kalium (K⁺) strömt aus der Zelle heraus, wodurch das Zellinnere wieder negativer wird.

• Die Spannung fällt zurück Richtung Ruhewert.

1. Hyperpolarisation (Nachpotenzial)

• Die Kaliumkanäle schließen sich etwas verzögert → zu viel K⁺ verlässt die Zelle.

• Dadurch wird das Membranpotenzial kurzzeitig negativer als das normale Ruhepotenzial (vielleicht -80 mV).

• Danach kehrt die Zelle durch die Arbeit der Natrium-Kalium-Pumpe wieder zum normalen Ruhepotenzial zurück.

• Dendriten

• Zellkörper

  • Hier wird summiert