Informationsübermittlung im Körper Flashcards
Nervenzelle = Neuron
Spezialisierte Zellen
Bestehen aus:
- Zellkern
- Zellplasma
- Zellmembran
(- Zellkörper=Soma)
Ihre Aufgabe ist es, Informationen, zum Beispiel Steuerungssignale an Muskeln („Befehle“) im Organismus weiterzuleiten
Dazu verfügen sie über
- Dendriten
- Axone
- evtl. von einer Myelinscheide umgeben
- Synyapsen
Es gibt vielfältige Formen und Bezeichnungen für Nervenzellen
Dendriten
kurze, baumartig verzweigte Auswüchse einer Nervenzelle
Axon
- bis zu 1 Meter lang
- kann Kollaterale/Seitenäste ausbilden
- ist bei bestimmten Nervenzellen von einer Myelinscheide umgeben
Myelinscheide
umgibt bei bestimmten Nervenzelle das Axon
Synapse
Kontaktstelle zw. zwei Nervenzellen oder einer Nervenzelle mit einem Effektorgan
Soma
Zellkörper eines Neurons/einer Nervenzelle
Gliazellen
- sind diffus im Nervengewebe verteilt
- Hilfsfunktionen für Nervenzellen, wie Ernährung, Stützfunktion
- verschiedene Formen
Schwann-Zellen
- Gliazellen
- bilden die Myelin- oder Markscheide um die Axone von Neuronen im peripheren Nervensystem
Oligodendrozyten
Gliazellen des zentralen Nervensystems
Ruhepotential / Ruhemembranpotential
- Im Ruhezustand besteht zwischen dem Inneren eines Neurons und der Zellumgebung eine elektrische Spannung von –70 mV
- beruht auf der Verteilung bestimmter Ionen (elektrisch geladener Teilchen) innerhalb und außerhalb der Nervenzelle
- wird durch verschiedene elektrochemische Mechanismen aufrechterhalten. So können bestimmte Proteine in der Membran der Nervenzellen Moleküle entgegen ihrer elektrochemischen Gradienten transportieren (z.B. „Natrium-Kalium-Pumpe“)
Depolarisation
- Veränderung/Reiz in der Umgebung der Nervenzellen
- ein zusätzlicher Membranstrom kann zu einer Verschiebung des Membranpotentials in Richtung positiverer Werte führen
- setzt sich entlang der Zellmembran fort und wird durch elektrochemische Mechanismen abge- schwächt und schließlich ausgeglichen
Aktionspotential
- erreicht die Depolarisation einen kritischen Schwellenwert von ca. ca. - 40 mV
»_space;> überschießende Reaktion»_space; das Potential kann positive Werte von etwa +,30 mV erreichen - dieses Aktionspotential folgt einem Alles- oder-Nichts-Prinzip, d.h. egal, wie weit die Schwelle der Depolarisation überschritten ist, das Aktionspotential wird ausgelöst
- Reizintensitäten werden durch die Frequenz von Aktionspotentialen, nicht durch die Höhe deren Spannung kodiert (Impulsfrequenzkodierung)
- nach Überschreiten der Schwelle, schneller Anstieg bis zum Maximum
- Repolarisation, unterschreitet im Nachpotential das Ruhemembranpotential
- Ruhepotential wird wieder erreicht
- Refraktärphase - Bereich ist nicht wieder erregbar
Der Prozess läuft in wenigen Millisekunden ab
Impulsfrequenzkodierung
Reizintensitäten werden durch die Frequenz von Aktionspotentialen, nicht durch die Höhe deren Spannung kodiert
Ausbreitung des Aktionspotentials
- benachbarte Membranbereiche werden ebenfalls überschwellig erregt, dadurch verbreitet sich das Aktionspotential über die gesamte Nervenzelle
- lineare Ausbreitung in eine Richtung Membranbereiche in der Refraktärphase können nicht wieder erregt werde, d.h. die Erregung kann nicht wieder zurücklaufen
Ausbreitungsgeschwindigkeit des Aktionspotentials
Ausbreitungsgeschwindigkeit nimmt mit der Dicke der Nervenfasern zu
Bis auf die dünnsten Nervenfasern sind alle anderen von einer Myelinscheide umgeben, so dass diese höhere Geschwindigkeiten erreichen als marklose Fasern.
Dies wird durch die saltatorische Erregung der myelinisierten Fasern erreicht. An einigen Stellen ist die Myelinscheide von Einschnürungen unterbrochen (Ranviersche Schnürringe); die Erregung „springt“ von Einschnürung zu Einschnürung und erreicht dadurch die hohen Geschwindigkeiten
Dickste Nervenfasern:
-Durchmesser von 13 – 20 µm (= Mikrometer oder 10-6m oder eintausendstel mm)
- möglichen Leitungsgeschwindigkeiten von 80 – 120 m/s
Dünnste Nervenfasern:
- Durchmesser von 0.2 – 1.5 µm
- mögliche Leitungsgeschwindigkeit 0.5 – 1.5 m/s
Klassifikation der Nervenfasern
erfolgt nach den drei korrelierten Kriterien
- Dicke
- Geschwindigkeit
- Myelinscheide mit Schnürringen
- markhaltige = schnelle Nerventypen
- marklose = langsame Nerventypen
Synapse
Die Verbindungs- oder Schaltstelle zwischen einer Nervenzelle und einer weiteren Nervenzelle oder einem Effektororgan (=Ausführungsorgan)
- elektrische Synapse
- geringer Zwischenraum zw. den beiden Zellen, ca. 2 Nanometer
- Kontaktmoleküle überbrücken den Zwischenraum
- geladene Teilchen können von einer Zelle zur anderen und auch wieder zurück wandern - chemische Synapse
- synaptischer Spalt von 20-50 nm Breite
- überbrückt durch chemische Botenstoffe (Moleküle) = (Neuron-)Transmitter
- Information wird nur in eine Richtung übertragen
>informationssendendes Neuron > präsynaptische Endigung
< informationsempfangendes Neuron < postsynaptischer Membranbereich
- häufigerer Synapsentyp
Die chemische Synapse besteht aus einer präsynaptischen Endigung mit transmittergefüllten Vesikeln sowie einer postsynaptischen Membran mit spezifischen Rezeptoren für die jeweilige Transmittersubstanz. Zwischen beiden liegt der synaptische Spalt (aus: Schandry, 2006, S. 72; vgl. Schandry, 2011, S. 85).
synaptische Übertragung
- Aktionspotential erreicht präsynaptische Endigung
- die in Bläschen (Vesikeln) gespeicherten Transmitter werden in den synaptischen Spalt freigesetzt
- diffundieren in diesen und lagern sich an speziellen Empfängermolekülen des postsynaptischen Bereichs, den Rezeptoren, an
- Rezeptoren (Empfängermoleküle) reagieren nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip auf den für sie spe- zifischen Botenstoff oder diesem sehr ähnliche Stoffe
- Teile des Transmitters, die nach der Freigabe in den synaptischen Spalt nicht an Rezeptoren gebunden wurden, diffundieren aus dem Spalt, werden enzymatisch ab- gebaut oder enzymatisch aufbereitet wieder in die abgebende Zelle aufgenommen (Re-Uptake)
Ein Aktionspotential läuft ein. Es kommt zu einem massiven Einstrom von Kalziumionen. Die Lipidmembranen der Vesikel verbinden sich mit der Lipiddoppelschicht der Zellmembran. Die Vesikel öffnen sich zum Extrazellulärraum hin, der Transmitter wird in den synaptischen Spalt ausgeschüttet (aus: Schandry, 2006, S. 73; vgl. Schandry, 2011, S. 86).
Agonisten
Ersatzstoffe mit ähnlicher Wirkung, wie der eigentliche / spezifische Transmitter
Anhand der Bindungsfähigkeit verschiedener, agonistischer Transmitter lassen sich Subtypen von Rezeptoren unterscheiden
Antagonisten
Ersatzstoff löst keine Wirkung aus, blockiert aber den Rezeptor
Hyperpolarisation des Empfängerneurons
Wirkung einer synaptischen Übertragung
d.h. das Membranpotential des Empfängerneurons wird in Richtung eines stärker negativen Werts verschoben
da bei der Hyperpolarisation die Erregungsschwelle deutlich erhöht wird, spricht man von einem inhibitorischen postsynaptischen Potential (= IPSP)
Depolarisation des Empfängerneurons
Wirkung einer synaptischen Übertragung
d.h. dessen Membranpotential wird in Richtung eines stärker positiven Werts verschoben
Im Fall der Depolarisation wird die Erregungsschwelle deutlich gesenkt, üblicherweise spricht man von einem exzitatorischen postsynaptischen Potential (= EPSP).
Mechanismen für das Zusammenwirken von Neuronen
Die Zelle ist im Regelfall von zahlreichen Synapsen mit dicht angeordneten Rezeptoren überzogen. So trifft eine Vielzahl von Informationen (Impulsfrequenzen) auf eine Zelle. Ob sich im Zielneuron ein Aktionspotential ausbildet, hängt davon ab, ob sich die elektrischen Potentiale summieren oder gegenseitig aufheben. Für das Zusammenwirken von Neuronen wurden verschiedene Mechanismen gefunden.
- räumliche Summation
(über mehrere Synapsen werden erregende Impulse abgegeben bzw. exzitatorische postsynaptische Potentiale ausgelöst, die sich gegenseitig verstärken und ein Aktionspotential im Zielneuron auslösen, Konvergenz vorausgesetzt - zeitliche Summation
(in so schneller Folge werden postsynaptische Po- tentiale erzeugt, dass die Depolarisation beziehungsweise die Hyperpolarisation zunimmt und der Effekt verstärkt wird, unter Umständen bis zur Auslösung eines Aktionspotentials. Diese zeitliche Summation kann durch Prozesse im prä- oder postsynaptischen Bereich begründet sein. Bisweilen kann durch eine schnell wiederholte synaptische Aktivierung jedoch auch der umgekehrte Fall eintreten, dass auf Grund des dann eintretenden Mangels an Transmittersubstanz eine zeitlich begrenzte, reduzierte Erregbarkeit besteht) - Verteilung auf mehrere oder viele andere Zellen, Divergenz vorausgesetzt
- Vorwärtshemmung
(Aktivität eines Neurons wird durch die Aktivität eines anderen Neurons gehemmt, präsynaptischen Hemmung, wobei das hemmende Neuron eine Synapse kurz vor der axonalen Synapse des erregenden Neurons auf dem Zielneuron hat. Das hemmende Neuron löst ein IPSP an der Synapse des erregenden Neurons aus und hemmt dadurch die Weitergabe eines Reizes des erregenden Neurons an das Zielneuron, z.B. bei Muskeln die antagonistisch wirken) - laterale Hemmung
(Mechanismus, bei dem sich benachbarte Zellen über ein zwischen ihnen befindliches Neuron (Interneuron) gegenseitig hemmen. Wenn ein Neuron aktiv ist, wird die Erregbarkeitsschwelle seines Nachbarn erhöht. Dieser Mechanismus ist vor allem bei Sinneszellen zu beobachten, er verstärkt Kontraste und lässt Übergänge deutlicher erscheinen
Konvergenz
Zusammentreffen mehrerer Nervenfasern auf einem Zielneuron