03411 1. Biologische Grundlagen II.1 Nervenzelle und Übertragungsmechanismen

Präsynaptische Hemmung

• hemmendes Neuron löst ein IPSP an der Synapse des erregenden Neurons aus und hemmt dadurch die Weitergabe eines Reizes des erregenden Neurons an das Zielneuron
• spielt wichtige Rolle bei Aktivität von Muskeln (Beuger und Strecker können nicht gleichzeitig aktiv sein)

laterale Hemmung

• Mechanismus bei dem sich benachbarte Zellen über ein zwischen ihnen befindliches Neuron (Interneuron) gegenseitig hemmen
• Ist ein Neuron aktiv wird die Erregbarkeitsschwelle seines Nachbarn erhöht

Acetylcholin (ACh)

• Transmitter bei der Übertragung von Nerven- auf Muskelzellen, im vegetativen Nervensystem, bei Nervenzellen, die auf Drüsen wirken, und im Gehirn.
• Zugehörige Rezeptoren sind nikotinerg (= Nikotin wirkt als Agonist, d.h. aktiviert auch den ACh-Rezeptor); erregende Wirkung auf Muskelzellen und einer entspannenden auf das Zentrale Nervensystem
• Oder muskarinerg (= Muskarin wirkt als Agonist)
• befinden sich im vegetativen Nervensystem, in der Großhirnrinde, dem Striatum und dem Hippocampus
• Wirkung ist je nach Subtyp des Rezeptors erregend oder hemmend.

Nikotinerg

- Nikotin wirkt als Agonist

Muskarinerg

- Muskarin wirkt als Agonist

Katecholamine

• Fasst die Transmitter Dopamin, Noradrenalin und Adrenalin zusammen
• Eng damit verwandt ist Serotonin

Dopamin

• Katecholamine
• Dopaminrezeptoren sind im Gehirn selten, dopaminerge Neuronen sind jedoch eiter verzweigt, entfalten ihre Wirkung vor allem bei Willkürmotorik

Adrenalin

• Katecholamine
• Hormon dass im Nebennierenmark gebildet wird
• Wirkt vor allem im Hirnstamm als Transmitter

Noradrenalin

• Katecholamine
• Wird im Nebennierenmark und in Neuronen gebildet
• Wirkt bei Übertragung von sympathischen Nerven auf Erfolgsorgane, darunter innere Organe, Muskelzellen, Zellen des Fettgewebes
• Findet sich im Gehin im Locus coeruleus

Adrenerge Rezeptoren

• reagieren auf Adrenalin und Noradrenalin
• man unterscheidet verschiedene Haupttypen mit unterschiedlichen Affinitäten (α1, α2, β1, β2, usw.) und unterschiedlicher, auch gegensätzlicher Wirkung
• spielen wichtige Rolle im vegetativen Nervensystem

Serotonin

• wird in Raphe-Kernen produziert
• serotonerge Verbindungen finden sich im gesamten Gehirn und Rückenmark
• regulier Schlaf-Wach-Rhythmus, emotionale Befindlichkeit, Schmerzwahrnehmung, Wahrnehmung von Hunger und Durst

Glutamat

• häufiger im ZSN als Noradrenalin und Dopamin
• exzitatorische Transmittersubstanz
• wird Wirkung bei Lernvorgängen zugeschrieben

GABA (Gamma-Amino-Buttersäure)

• häufiger im ZSN als Noradrenalin und Dopamin
• hemmende Wirkung
• wird für beruhigende Medikamente (Tranquillanten) genutzt

Glycin

• häufiger im ZSN als Noradrenalin und Dopamin
• wirkt inhibitorisch

Neuropeptide

• Hormone die als Neurotransmitter wirken
• Endorphin
• an Morphinrezeptoren bindenden Enkephaline
• Substanz P
• Oxytocin
• Neuropeptid Y
• haben meistens keinen direkten Effekt, sondern modulieren die Wirkung von Transmittern (vermindern oder erhöhen Wirkung)

Gewöhn- oder Lerneffekte

• Verbindung von Nervenzellen miteinander oder mit Effektorzellen ist veränderbar
• Reaktion von Rezeptoren kann bei wiederholter Reizung abnehmen
• Dichte bestimmter Rezeptoren wird herauf- oder heruntergesetzt
• Anzahl an Vorgang beteiligter Synapsen nimmt zu/ab

Desenvitivierung

- Rezeptormolekül wird durch anhaltende Aktivierung unempfindlich gegenüber Transmitter

Down-Regulation

• Ist Neurotransmitter im Überfluss vorhanden, z.B. durch die Einnahme bestimmter Drogen, stellt das Neuron die entsprechenden Rezeptorproteine nur noch in geringem Maße her, wodurch die Anzahl der Rezeptoren reduziert wird  

Neuronale Plastizität

• neue Verbindungen können sich zwischen Neuronen bilden, es können durch Aussprossung neue Dendriten „wachsen“ und sich neue Synapsen bilden

Neuronales Netz (assembly)

• Kopplung von aktivierten Neuronen bildet temporäres neuronales Netz und ist ein Erregungsmuster, das wiederum als Ganzes größere Informationseinheiten codieren kann

Pyramidenzelle

• pyramidenförmige Neurone
• kommen im Neokortex vor

Gliazellen

• sind diffus im Nervengewebe verteilt
• übernehmen Hilfefunktionen für die Nervenzellen (Ernährung, Stützfunktion)
• in verschiedenen Formen vorhanden

Schwann-Zellen

• Gliazellen die die Myelin- und Markscheide um die Axone von Neuronen im peripheren Nervensystem ausbilden

Oligodendrozyten

• Gliazellen des zentralen Nervensystems

Ruhepotential

• zwischen Innerem des Neurons und Zellumgebung elektrische Spannung von -70 mV
• beruht auf der Verteilung bestimmter Ionen (elektrisch geladener Teilchen) innerhalb und außerhalb der Nervenzelle
• wird durch bestimmte elektrochemische Mechanismen aufrechterhalten (z.B. Natrium-Kalium-Pumpe)

Depolarisation

• Reiz aus Umgebung der Nervenzelle

• zusätzlicher Membranstrom führt zu Verschiebung des Membranpotentials in Richtung positiver Wert

Aktionspotential

• wenn Depolarisation kritischen Schwellenwert -40 mV erreicht
• Alles-oder-Nichts-Prinzip (es spielt keine Rolle wie weit der Schwellenwert überstiegen wurde)
• Reizintensitäten werden durch die Frequenz von Aktionspotentialen, nicht durch die Höhe deren Spannung kodiert (Impulsfrequenzkodierung)
• Durch Aktionspotential werden benachbarte Membranbereiche auch überschwellig erregt -> dadurch verbreitet sich Aktionspotential über die gesamte Nervenzelle
• Ausbreitung erfolgt linear in eine Richtung (da Bereiche in Refraktärphase nicht wieder erregt werden können)

Verlauf Aktionspotential

1. nach Übersteigung des Schwellenwerts erfolgt ein schneller Anstieg bis hin zum Maximum
2. Repolarisation
3. Nachpotential (unterscheitet Ruhepotential)
4. Ruhepotential

• während Refraktärphase ist Bereich nicht (wieder) erregbar (lineare Ausbreitung von Aktionspotential)
• gesamter Prozess dauert nur wenige Milisekunden

Ausbreitungsgeschwindigkeit Aktionspotential

• nimmt mit Dicke der Fasern zu
• dicksten Durchmesser: 13–20 μm (= Mikrometer oder 10-6m oder eintausendstel mm); mögliche Geschwindigkeit: 80 – 120 m/s
• Dünnsten Durchmesser: 0.2 – 1.5 μm; Geschwindigkeit: 0.5 – 1.5 m/s
• Bis auf die Dünnsten sind alle von einer Myelinscheide für höhere Geschwindigkeit umgeben

Saltatorische Erregung

• Ranviersche Schnürringe: Myelnscheide ist von Einschnürungen unterbrochen
• Erregung „springt“ von Ring zu Ring -> höhere Geschwindigkeit

Klassifikation der Nervenfasern

• erfolgt nach den drei korrelierten Kriterien Dicke, Geschwindigkeit, Myelinscheide mit Schnürringen
• In Literatur zwei Klassifikationen: Großbuchstaben A die markhaltigen, die Buchstaben B und C die marklosen Nerven, die römischen Ziffern I bis III die markhaltigen, die Ziffer IV die marklosen.

Fasertyp: Aα (I)

Funktion z.B.: Primäre Muskelspindelafferenzen, motorisch zu Skelettmuskeln

Mittlerer Faserdurchmesser: 15

Mittlere Leitungsgeschwindigkeit: 100 (70-120)

Fasertyp: Aβ (II)

Funktion z.B.: Hautafferenzen für Berührung und Druck

Mittlerer Faserdurchmesser: 8

Mittlere Leitungsgeschwindigkeit: 50 (30-70)

Fasertyp: Aγ (III)

Funktion z.B.: Motorisch zu Muskelspindeln

Mittlerer Faserdurchmesser: 5

Mittlere Leitungsgeschwindigkeit: 20 (15-30)

Fasertyp: Aδ

Funktion z.B.: Hautafferenzen für Temperatur

Mittlerer Faserdurchmesser: <3

Mittlere Leitungsgeschwindigkeit: 15 (20-30)

Fasertyp: B

Funktion z.B.: Sympathisch präganglionär

Mittlerer Faserdurchmesser: 3

Mittlere Leitungsgeschwindigkeit: 7 (3-15)

Fasertyp: C (IV)

Funktion z.B.: Hautafferenzen für Nozizeption, sympathische postganglionäre Efferenzen

Mittlerer Faserdurchmesser: 1

Mittlere Leitungsgeschwindigkeit: 1 (0,5-2)

Synapse

• Verbindungs- oder Schaltstelle zwischen Nervenzelle und Nervenzelle bzw. Effektorgan (=Ausführungsorgan)
• Zwei verschiedene Formen von Synapsen im menschlichen Körper: elektrische, chemische

Elektrische Synapse

• geringer Zwischenraum zwischen beiden Zellen (synaptischer Spalt) , ca. 2 nm (Nanometer oder 10^-9)
• Zwischenraum ist durch Kontaktmoleküle überbrückt, über diese können geladene Teilchen von einer Zelle zur anderen und auch zurück wandern