• Zentrales Nervensystem − besteht aus Gehirn und Rückenmark

• Peripheres Nervensystem (PNS)

− Nervensystem außerhalb von Gehirn und Rückenmark

− afferente Neuronen senden Informationen zum ZNS

− efferente Neuronen senden Informationen vom Gehirn zur Zielzelle • Vegetatives Nervensystem (VNS)

− autonomer Teil des peripheren Nervensystems − enterisches Nervensystem (Darmnervensystem) ist ein Teil davon

Neuronen bestehen aus einem Zellkörper (Soma)

und zwei Arten von Fortsätzen.

1. Fortsatz. Dendriten:

   − Aufnahme von (fördernde / hemmende) afferenten Signalen von anderen (tausenden) Neuronen

   − Bildung der Signalsumme

2. Fortsatz: Axon:

   - beginnt am Axionshügel

   - Überträgt efferente Nervensignale auf entfernte effektoren 8Muskel/Drüsenzelle) oder nachgeschaltete Neuronen

   -> Schickt aktionspotential ab

Eingangssignal: Dendriten->Zellkörper, Zellkern, Axonhügel, Axon, Myelinscheide

Ausgangssignal: Parasynaptische Axonterminale, synaptischer Spalt, post-synaptischer Dendrit

1. Ionenverteilung in der Intrazellulärflüssigkeit (IZF) und Extrazellulärflüssigkeit (EZF) beim Ruhemembranpotential

Grundprinzip:

• Kaliumionen (K⁺): hohe Konzentration in der IZF

• Natriumionen (Na⁺): hohe Konzentration in der EZF

• Chloridionen (Cl⁻): hohe Konzentration in der EZF

• Proteinanionen (A⁻): hohe Konzentration in der IZF

Grobe Übersichtszeichnung:

Das Ruhepotential entsteht durch die ungleiche Verteilung von Ionen, die hohe Durchlässigkeit der Membran für K⁺ über Kalium-Leckkanäle, den dadurch entstehenden Ladungsunterschied und die Aufrechterhaltung der Ionengradienten durch die Natrium-Kalium-Pumpe. Das Ergebnis ist ein Membranpotential von etwa −70 mV.

a) Ungleiche Ionenverteilung

Zwischen IZF und EZF bestehen Konzentrationsunterschiede für verschiedene Ionen:

• viel K⁺ innen

• viel Na⁺ außen

Diese Konzentrationsgradienten sind die Voraussetzung für das Ruhepotential.

b) Selektive Permeabilität der Zellmembran

Die Membran ist im Ruhezustand vor allem für Kaliumionen durchlässig, da viele Kalium-Leckkanäle geöffnet sind.

Dadurch diffundiert K⁺ entlang seines Konzentrationsgefälles nach außen.

c) Entstehung eines elektrischen Gradienten

Wenn K⁺ die Zelle verlässt, bleiben negativ geladene Proteine (A⁻) zurück.

Dadurch wird das Zellinnere zunehmend negativer. Das entstehende elektrische Feld zieht K⁺ wieder zurück.

d) Gleichgewicht von Diffusions- und elektrischer Kraft

Schließlich gleichen sich:

• die nach außen gerichtete Diffusionskraft und

• die nach innen gerichtete elektrische Kraft

weitgehend aus. Dadurch stellt sich ein stabiles Membranpotential ein.

e) Natrium-Kalium-Pumpe (Na⁺/K⁺-ATPase)

Die Pumpe erhält die Konzentrationsunterschiede aufrecht:

• 3 Na⁺ werden nach außen transportiert

• 2 K⁺ werden nach innen transportiert

• Verbrauch von ATP

1. Ruhemembranpotential

Das Ruhemembranpotential ist der Ausgangszustand einer lebenden Zelle. Es liegt je nach Zelltyp zwischen –50 und –100 mV, wobei das Zellinnere negativ geladen ist. Diese Ladungsdifferenz entsteht durch eine ungleiche Ionenverteilung zwischen der intrazellulären (IZF) und extrazellulären Flüssigkeit (EZF). Die Membran ist im Ruhezustand für K+-Ionen gut durchlässig (ca. 90 % der Gesamtleitfähigkeit), während sie für Na+-Ionen kaum durchlässig ist.

2. Vordepolarisation und Summation

Ein Aktionspotential beginnt mit einer relativ langsamen Vordepolarisation, bei der das Membranpotential auf weniger negative Werte steigt.

• Ursache: Neurotransmitter öffnen postsynaptische Kationenkanäle, was zu einer Depolarisation führt (exzitatorisches postsynaptisches Potential, EPSP).

• Summation: Durch räumliche und zeitliche Summation ankommender Reize entsteht ein Generatorpotential. Nur wenn dieses Potential den spezifischen Schwellenwert erreicht, wird ein Aktionspotential ausgelöst; andernfalls kommt es nur zu einer „lokalen Antwort“.

3. Depolarisationsphase (Aufstieg)

Wird der Schwellenwert überschritten, setzt die „Alles-oder-Nichts-Antwort“ ein.

• Mechanismus: Schnelle, potenzialgesteuerte Na+-Kanäle öffnen sich, wodurch Na+ massiv in die Zelle einströmt.

• Folge: Die Depolarisation beschleunigt sich lawinenartig, und das Ruhepotential bricht zusammen.

4. Overshoot (Umpolung)

In dieser Phase erreicht das Membranpotential kurzzeitig positive Werte, die zwischen +20 und +30 mV liegen. Es findet also eine Potenzialumkehr statt.

5. Repolarisationsphase

Nach Erreichen des Spitzenwertes beginnt der Wiederaufbau des Ruhemembranpotentials.

• Mechanismus: Die Na+-Kanäle schließen sich bzw. werden inaktiviert. Zeitgleich öffnen sich potenzialgesteuerte K+-Kanäle.

• Folge: Die K+-Leitfähigkeit steigt an, und durch den Ausstrom von positiven Ladungen sinkt das Membranpotential wieder ab.

6. Hyperpolarisation (Nachhyperpolarisation)

Da die K+-Kanäle langsamer schließen, kommt es zu einer Hyperpolarisation, bei der das Membranpotential kurzzeitig noch negativer wird als das ursprüngliche Ruhepotential.

7. Wiederherstellung des Ruhezustands

Nach dem Aktionspotential stellt die Na+-K+-ATPase (Natrium-Kalium-Pumpe) unter Energieverbrauch (ATP) die ursprünglichen Ionenkonzentrationen wieder her

Saltatorische Weiterleitung

Diese „sprunghafte“ Form der Weiterleitung ist charakteristisch für markhaltige Nervenfasern.

• Struktur: Diese Fasern sind durch Myelinscheiden elektrisch isoliert. Zwischen diesen Isolierungen befinden sich freiliegende Abschnitte, die sogenannten Ranvierschen Schnürringe.

• Mechanismus: Das Aktionspotential „springt“ von einem Schnürring zum nächsten. Da die Membran unter der isolierenden Myelinscheide nicht schrittweise depolarisiert werden muss, kann das Signal wesentlich schneller transportiert werden.

• Geschwindigkeit: Diese Methode ist extrem schnell. Die Leitungsgeschwindigkeit beträgt hier etwa 90 m/s, was einer Geschwindigkeit von ca. 350 km/h entspricht

Kontinuierliche Weiterleitung

Diese Form der Erregungsleitung findet in marklosen Nervenfasern statt.

• Mechanismus: Ein Aktionspotential löst im jeweils eng benachbarten Faserabschnitt fortlaufend neue Aktionspotentiale aus. Das Signal wandert also schrittweise über die gesamte Membran des Axons.

• Geschwindigkeit: Diese Art der Übertragung ist im Vergleich sehr langsam und erreicht eine Leitungsgeschwindigkeit von lediglich rund 1 m/s

• Übertragungsmechanismus: Die Informationsweitergabe erfolgt indirekt über eine Überträgersubstanz, den sogenannten (Neuro-)Transmitter. Ein Aktionspotential führt zur Freisetzung dieser Transmitter in den synaptischen Spalt, wo sie an spezifische Rezeptoren der postsynaptischen Membran binden.

• Funktion und Verrechnung: Sie dienen nicht nur als 1:1-Verbindung, sondern fungieren als Schaltelemente des Nervensystems, die eine Verrechnung von Informationen ermöglichen. Hierbei können sowohl erregende (EPSP) als auch hemmende (IPSP) Signale entstehen.

• Beendigung des Signals: Die Wirkung der Transmitter muss aktiv beendet werden, zum Beispiel durch Wiederaufnahme in die Zelle, enzymatischen Abbau (z. B. durch Acetylcholinesterase) oder Abdiffusion aus dem Spalt.

• Beispiel: Ein prominentes Beispiel ist die motorische Endplatte, an der die Erregung vom Nerv auf die Muskelfaser mittels des Transmitters Acetylcholin übertragen wird

Benutzt von Skelettmuskeln

• Übertragungsmechanismus: Es handelt sich um direkte, ionenleitfähige Zell-Zell-Verbindungen, die durch spezielle Kanäle im Bereich der sogenannten Gap Junctions realisiert werden.

• Geschwindigkeit: Sie ermöglichen eine sehr schnelle Übertragung der Signale.

• Vorkommen: Man findet sie beispielsweise im Zentralnervensystem (ZNS), im Herzmuskel, in der glatten Muskulatur, der Retina sowie zur Kopplung von Epithel- und Gliazellen.

Benutzt von Herzmuskeln

Gehirn und Rückenmark

Querschnitt des Rückenmarks:

• −  graue Substanz mit den Zellkörpern der efferenten Bahnen

  • im Vorderhorn: Motoneurone vorwiegend zur Muskulatur

  • im Hinterhorn: Interneurone als Schaltneurone im ZNS

• −  weiße Substanz mit Axone auf- und absteigender Bahnen  Zellkörper der afferenten Fasern liegen außerhalb des Rückenma

zentrales Nervensystem -> Gehirn, Rückenmark

Peripheres Nervensystem -> Somatisches Nervensystem, Vegetatives Nervensystem

-> Vegetatives Nervensystem: Parasympathikus, Sympathikus

Großhirn (Cerebrum) -> Das Großhirn ist die übergeordnete Instanz für komplexe kognitive Leistungen und die bewusste Steuerung von Bewegungen

Zwischenhirn (Diencephalon)-> Das Zwischenhirn fungiert als zentrale Schaltstelle und Kontrollzentrum für die Homöostase (z. B. Wasserhaushalt, Temperatur, Essverhalten)

Kleinhirn (Cerebellum) -> Die Hauptaufgabe des Kleinhirns liegt in der präzisen Bewegungskoordination. Es sorgt dafür, dass Bewegungsabläufe flüssig und zielgerichtet ausgeführt werden können.

Hirnstamm -> Der Hirnstamm kontrolliert lebenswichtige, unwillkürliche Körperfunktionen (Atembewegung, Augenblinzeln)

Das Rückenmark

 entsprechend den Wirbeln in Segmente eingeteilt aber kürzer als die Wirbelsäule

 Spinalnerven:

• −  verlassen den Wirbelkanal in Höhe

  des zugehörigen Wirbels

• −  enthalten die zum ZNS ziehenden (afferenten) Fasern der Hinterwurzel

• −  und die zur Peripherie ziehenden (efferenten) Fasern der Vorderwurzel  Ein Nerv ist also ein Bündel von Nervenfasern mit z. T. unterschiedlicher

  Funktion und Verlaufsrichtung.

 Großhirn

 Zwischenhirn

 Kleinhirn

 Hirnstamm

Wahrnehmung (Perzeption), Bewegung der Skelettmuskulatur, Integration von Information und Steuerung von willlkürbewegungen

Schützen das empfindliche Nervengewebe und dämpfen Mechanische Erschütterungen.

mehr oder weniger stark behindert/reguliert (außer für CO2,O2 und H2O)