Vorlesungsmitschriften, Vorlesung 2 Nervenleitung PDF

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Nervenleitung...

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Kapitel 2 N Nervenleitung l it

Ruhemembranpotential eines Neurons

Elektrische Ladung

Konzentrations gefälle

Postsynaptische Potentiale (PSPe) Basis der Signalübermittlung in den Nervenzellen ist eine Veränderung des elektrischen Potentials. Aktive Neurone setzen an den Endknöpfchen Neurotransmitter frei -> diffundieren durch den synaptischen Spalt -> docken an spezialisierten Rezeptormolekülen an der postsynaptischen Membran eines folgenden Neurons an

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Postsynaptische Potentiale (PSPe) Wirkung hängt ab: • Struktur des Neurotransmitter • Art des Rezeptors -> Exzitatorisches postsynaptisches Potential (EPSP): postsynaptische Membran wird depolarisiert (d.h. R h Ruhepotential t ti l wird i d von -70mV 70 V herabgesetzt (z.B. auf -65 mV)

-> Inhibitorisches postsynaptisches Potential (IPSP): postsynaptische Membran wird hyperpolarisiert (d.h. Ruhepotential wird von -70 mV angehoben (z.B. auf -75mV)

Postsynaptische Potentiale (PSPe) EPSP = exzitatorisches postsynaptisches Potential -> erhöht die Feuerwahrscheinlichkeit Depolarisation

Postsynaptische Potentiale (PSPe) IPSP = inhibitorisches postsynaptisches Potential -> verringert die Feuerwahrscheinlichkeit Hyperpolarisation

Postsynaptische Potentiale (PSPe) EPSP und IPSP sind graduelle Reaktionen -> Amplituden sind proportional zur Intensität des auslösenden Signals -> breiten sich im Zellkörper des FolgeNeurons elektrotonisch (passiv) aus -> PSPe werden schnell übertragen, beinahe unverzögert -> PSPe werden mit der Distanz schwächer(die Amplitude nimmt ab, während sie über das Neuron wandern)

Postsynaptische Potentiale (PSPe) Räumliche Integration (Summation) Das gleichzeitige Auftreten von EPSPe oder IPSPe an verschiedenen Stellen der rezeptiven Membran auf der postsynaptischen Seite addiert sich auf.  

Postsynaptische Potentiale (PSPe) Zeitliche Integration (Summation): Eine schnelle Abfolge von EPSPe oder IPSPe kann durch Aufsummieren der einzelnen kleinen Potentialänderungen ein Neuron zum Feuern veranlassen oder die Informationsweiterleitung hemmen.

Postsynaptische Potentiale (PSPe) Die Bilanz aller EPSPe und IPSPe, die bis an den Anfang eines Axons, den Axonhügel gelangen, ist entscheidend dafür, ob das entsprechende Neuron feuert. Bedeutet die Bilanz, am Anfang des Axons, dass die Membran ausreichend depolarisiert wird (negatives Potential herabgesetzt): Erregungsschwelle bei ca. -65mV dann feuert das Neuron = Aktionspotential (AP) wird generiert

Postsynaptische Potentiale (PSPe) • Aktionspotentiale AP: Massive kurzzeitige Umkehr des Membranpotentials (ca. 1ms) vom Ruhepotential (von -70mV 70mV auf ca ca. +50mV) 50mV) APs sind keine abgestuften Potentiale (im Gegensatz zu den PSPe). Ihre Stärke steht in keiner Beziehung zur Intensität der Signale, die sie auslösen.

APs sind Alles - oder - Nichts Reaktionen

Aktionspotential AP • •

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Generierung eines APs über Spannungsgeladenen (spannungsabhängige) Ionenkanäle. Während des Ruhepotentials (-70mV) herrscht ein großer Drang der Na+ Ionen vor, in die Zelle hineinzuströmen! Dies wird durch die geringe Permeabilität der Membran für Na+ Ionen und durch die Aktivität der Na-K-Pumpe verhindert. Bei Depolarisation (Membranpotential am Anfang des Axons wird bis zur Erregungsschwelle auf ca. -65mV herabgesetzt) öffnen sich die spannungsgesteuerten Na++ Kanäle und N ++ -Ionen Na I können kö in i das d Zellinnere Z lli einströmen i tö Daraus resultiert eine plötzliche Potentialumkehr auf ca. +50mV Öffnung von spannungsgesteuerten Kaliumkanälen und Ausstrom von K++ Ionen aus der Zelle hinaus (wegen der hohen intrazellulären Konzentration und der plötzlich positiven Ladung im Zellinneren) Nach ca. 1ms schließen sich die Na++ Kanäle wieder = Ende der AP-Anstiegsphase und Beginn der Repolarisation (K+Ionen Ausstrom) Nach Erreichen der Repolarisation schließen sich auch die K++ Kanäle wieder, aber relativ langsam, daher kurze Hyperpolarisation Nur die Ionen nahe der Membran sind an einem AP beteiligt.

Aktionspotential AP Refraktärzeit:

3

1)AP kann nur in eine Richtung weitergeleitet werden 2)Die Entladungsrate ist begrenzt und steht im Zusammenhang mit der ursprünglichen Reizintensität: •Bei andauernder starker Stimulation -> sobald die absolute Refraktärzeit vorbei ist wird gefeuert. •Bei geringer Reizintensität -> sobald die relative Refraktärzeit vorbei ist wird gefeuert.

4 2 5 1

6

Refraktärzeit + +  Na -Kanäle öffnen sich, Na Ionen strömen in die Zelle + +  K -Kanäle öffnen sich, K Ionen verlassen die Zelle

Absolut: Nach einem AP ist es für ca. 1-2 ms nicht möglich ein weiteres AP zu generieren

 Na + -Kanäle schließen sich +  K Ionen verlassen weiterhin die Zelle

K + -Kanäle beginnen langsam, sich zu schließen ! Hyperpolarisation

Relativ: Es ist möglich ein AP zu generieren, aber nur bei stärkerer Reizung

Aktionspotential AP Frequenzkodierung der Reizstärke

Aktionspotential AP •

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Die Depolarisation erfolgt innerhalb von weniger als 1ms mit einer maximalen Depolarisationsgeschwindigkeit von 1000V/s. Die Repolarisation hat bei unterschiedlichen Zelltypen einen unterschiedlichen Zeitverlauf. – –

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Bei Nervenzellen stellt sich das Ruhemembranpotential in 1ms wieder ein. Bei Muskelzellen erfolgt zunächst auch eine schnelle Repolarisation, die sich aber bei –60 bis –70mV stark verlangsamt. Das Ruhemembranpotential wird erst nach ca. 10ms wieder erreicht. Beim Herzmuskel verläuft die Repolarisation im positiven Bereich sehr langsam. Erst nach 200 bis 300ms hat sich das Ruhepotential wieder eingestellt

Aktionspotential AP •

3 wichtige Merkmale

1. Die Weiterleitung eines APs entlang eines Axons erfolgt ohne Abschwächung 2 Die Weiterleitung eines APs entlang 2. eines Axons erfolgt relativ langsam (Unterschied zu EPSP und IPSP, die passiv sind, während APs aktiv sind) 3. Je dicker das Axon der Nervenfaser, desto schneller leitet sie (niedriger Innenwiderstand)

Aktionspotential AP •

Wie erfolgt die Weiterleitung des

APs im unmyelinisierten Axon? Nachdem ein AP generiert wurde, wird dieses kurz passiv bis zu den nächsten Natriumkanälen weitergeleitet, wo es dann erneut zur aktiven Entstehung eines APs kommt. Diese Ereignisse laufen wiederholt ab, sodass daraus eine sog. Erregungswelle resultiert.

Axonhügel

Endknöpfchen

Ca. 1Meter/sec.

Aktionspotential AP •

Wie erfolgt die Weiterleitung des APs im myelinisierten Axon?

Ionen können die axonale Membran nur an den sog. Ranvier‘schen Schnürringen passieren (die viele Ionenkanäle enthalten). Ein generiertes AP breitet sich passiv entlang des ersten Myelinsegments bis zum ersten Axonhügel Schnürring aus (passiv ist schneller als aktiv). Obwohl es dadurch etwas an Stärke verliert reicht es immer noch um die spannungsgesteuerten Natriumkanäle zu öffnen und so ein neues AP zu generieren ->

Endknöpfchen

Saltatorische Erregungsleistung Bis 100 m/sec

Epilepsien

= chronische, anfallsartig auftretende Erkrankungen des ZNS

Ursache: gesteigerte Erregbarkeit der zentralen Neuronen -> erniedrigte Krampfschwelle Gruppe von übererregbaren Neuronen entladen sich gleichzeitig (Synchronisation) • Frühkindliche Hirnschäden (Geburtstrauma), genetische Defekte • Hirnverletzungen, Hirntumore, Infektionen, Vergiftungen (Alkohol, Medikamente) Symptome: Abnormale motorische Reaktionen d.h. Krämpfe, Zuckungen, Stereotypien Bewusstseinsstörungen, Bewusstseinsverlust Vegetative Reaktionen (Schweissausbruch, Speichelfluss, Blutdruckanstieg) Verschiedene Anfallsformen: • Fokale = partielle Anfälle: - eine Hirnhemisphäre beteiligt - einfach = ohne Bewusstseinsstörungen, motorisch-vegetativ -komplex = mit Bewusstseinsstörungen, psychomotorisch • Generalisierte Anfälle: - beide Hirnhemisphären beteiligt - Absencen = Bewusstseinsstörungen ohne motorische oder vegetative Symptome - Petit-mal = kleiner, generalisierter Anfall - Grand-mal, großer Anfall, durchläuft mehrere Phasen...