03411 1. Biologische Grundlagen II.1 Nervenzelle und Übertragungsmechanismen

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

Chemische Synapse

• Synaptischer Spalt: 20-50nm
• Spalt wird durch (Neuro-) Tansmitter überbrückt (chemische Botenstoffe)
• Information wird nur in eine Richtung übertragen; Daher Unterscheidung zwischen präsynaptischer Endigung (informationssendendes Neuron) und postsynaptischer Membranbereich (informationsempfangendes Neuron)
• Dieser Synapsentyp ist erheblich häufiger

Synaptische Übertragung

• Aktionspotential läuft ein
• Es kommt zu einem massiven Einstrom von Kalziumionen
• Die Lipidmembranen der Vesikel verbinden sich mit der Lipiddoppelschicht der Zellmembran
• Vesikel öffnen sich zum Extrazellulärraum hin, der Transmitter wird in den synaptischen Spalt ausgeschüttet
• Lagern sich an Rezeptoren im postsynaptischen Bereich
• Rezeptoren die nicht an Rezeptoren gebunden wurden diffundieren aus dem Spalt, wird enzymatisch abgebaut oder enzymatisch aufbereitet und wieder in die abgebende Zelle aufgenommen (Re-Uptake) > lässt sich pharmakologisch beeinflussen

Rezeptoren

• reagieren nach Schlüssel-Schloss-Prinzip auf für sie spezifischen Botenstoff oder diesem sehr ähnlichen Stoff
• hat Ersatzstoff ähnliche Wirkung wie spezifischer Transmitter spricht man von einem Agonisten
• löst Ersatzstoff keine Wirkung aus sondern blockiert Rezeptor spricht man von einem Antagonist

inhibitorisches postsynaptisches Potential (IPSP)

• Hyperpolarisation des Empfängerneurons (Membranpotential wird stärker ins negative verschoben)

Exzitatorisches postsynaptisches Potential (EPSP)

• Depolarisation des Empfängerneurons (Membranpotential wird Richtung positiven Wert verschoben)

Impulsfrequenz

• Zelle ist im Regelfall von zahlreichen Synapsen mit dicht angeordneten Rezeptoren überzogen
• Vielzahl von Informationen (Impulsfrequenzen) trifft auf eine Zelle
• Ob sich im Zielneuron ein Aktionspotential ausbildet, hängt davon ab, ob sich die elektrischen Potentiale summieren oder gegenseitig aufheben

Räumliche Summation

• über mehrere Synapsen werden erregende Impulse abgegeben bzw. exzitatorische postsynaptische Potentiale ausgelöst – verstärken sich gegenseitig – lösen Aktionspotential im Zielneuron aus
• Voraussetzung dafür: Konvergenz, also das Zusammentreffen mehrerer Nervenfasern auf einem Zielneuron.

Zeitliche Summation

• es werden in so schneller Folge postsynaptische Potentiale erzeugt, dass die Depolarisation beziehungsweise die Hyperpolarisation zunimmt und der Effekt verstärkt wird -> unter Umständen bis zur Auslösung eines Aktionspotentials

Divergenz

• Ausbildung entsprechender Kontakte einer mit mehreren anderen Zellen
• Zu beobachten bei Neuronen die Muskelfasern innervieren (Motoneurone)
• Voraussetzung dafür dass sich Erregung einer Nervenzelle auch auf mehrere oder viele andere Zellen verteilen kann

Afferenzen

• von Sinneszellen wegleitende Neuronen
• können divergieren

Vorwärtshemmung

• Aktivität eines Neurons wird durch die Aktivität eines anderen gehemmt
• Möglich durch präsynaptische Hemmung

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