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
Divergenz
Ausbildung entsprechender Kontakte einer mit mehreren anderen Zellen
Divergenzen sind bei Neuronen zu beobachten, die Muskelfasern innervieren (Motoneurone). Im Bereich wenig differenzierter Muskeln zum Beispiel im Bereich des Rückens kann ein Motoneuron einige tausend Muskelfasern innervieren. Auch die von Sinneszellen wegleitenden Neurone (Afferenzen) können divergieren; dadurch wird Redundanz geschaffen, indem ein wichtiger Sinneseindruck über mehrere Kanäle vermittelt wird
Wichtige Transmitter-Rezeptoren-Systeme
- Transmitter: Acetylcholin (ACh)
Rezeptoren: nikotinerg, muskatinerg - Transmitter Katecholamine (Dopamin, Noradrenalin, Adrenalin)
Rezeptoren: adrenerge Rezeptoren - Transmitter: Serotonin ???
- Transmitter: Aminosäuren (Glutamat, GABA (Gamma-Amino-Buttersäure), Glycin)
- Neurotransmitter: Hormone ((Neuropeptide): Endorphin, die an Morphinrezeptoren bindenden Enkephaline, Substanz P, Oxytocin, Neuropeptid Y)
Acetylcholin (ACh)
Transmitter bei Übertragung
- von Nerven- auf Muskelzellen
- im VNS
- bei Nervenzellen, die auf Drüsen wirken
- im Gehirn
Rezeptoren (in VNS, Großhirnrinde, Striatum, Hippocampus)
- nikotinerg (= Nikotin wirkt als Agonist, d.h. aktiviert auch den ACh-Rezeptor)
- erregende Wirkung auf Muskelzellen
- entspannende auf ZNS
- muskarinerg (= Muskarin wirkt als Agonist)
Wirkung ist je nach Subtyp des Rezeptors erregend oder hemmend.
Katecholamine
Dopamin
- Rezeptoren zu Dopamin finden sich selten im Gehirn
- dopaminerge Neuronen sind weit verzweigt
- Wirkung bei Willkürmotorik
Noradrenalin
- gebildet im Nebennierenmark+in Neuronen
- wirkt bei der Übertragung von sympathischen Nerven auf die Erfolgsorgane, +innere Organe (Herz, Niere, Bauchspeicheldrüse und Gefäße), Muskelzellen, Zellen des Fettgewebes.
Im Gehirn findet sich Noradrenalin im Locus coeruleus.
Adrenalin
- Hormon, das im Nebennierenmark gebildet wird; als Transmitter wirkt es vor allem im Hirnstamm
Serotonin
- produziert in sog. Ralphe-Kernen
- serotonerge Verbindungen im gesamten Gehirn u. Rückenmark
- reguliert den Schlaf-Wach-Rhythmus
- emotionale Befindlichkeit
- Schmerzwahrnehmung
- Wahrnehmung von Hunger und Durst
(adrenerge Rezeptoren)Rezeptoren, die auf Adrenalin + Noradrenalin reagieren
- verschiedene Haupttypen mit unterschiedlichen Affinitäten (a1, a2, b1, b2, usw.) + unter-schiedlicher u. gegensätzlicher Wirkung
- relevant im VNS
Aminosäuren
Glutamat
- exzitatorische Transmittersubstanz
- Wirkung bei Lernvorgängen
GABA (Gamma-Amino-Buttersäure)
- hemmende Wirkung
- beruhigende Medikamente (Tranquillantien) genutzt
Glycin
- inhibitorisch
Neurotransmitter / Neurooeotide
Endorphin
die an Morphinrezeptoren bindenden
- Enkephaline
- Substanz P
- Oxytocin
- Neuropeptid Y
meist ohne direkten Effekt
modellieren Wirkung von Transmittern, d.h. vermindern oder erhöhen dessen Wirkung
Lernfähigkeit von Nervenzellen
Die Verbindung von Nervenzellen miteinander oder mit Effektorzellen ist nicht statisch, sondern veränderbar. Anders ließen sich Gewöhnungs- oder Lerneffekte nicht erklären
- Reaktion von Rezeptoren kann bei wiederholter Reizung abnehmen
- Dichte von Rezeptoren kann herauf- oder heruntergesetzt werden
- Zahl der Synapsen, die an einem Vorgang beteiligt sind, kann zu- oder abnehmen
Desentivierung
durch anhaltende Aktivierung das Rezeptormolekül unempfindlich gegenüber dem Transmitter werden
Down-Regulation
Reduktion der Rezeptorenanzahl durch geringere Produktion der entsprechenden Rezeptorenproteine durch das Neuron
neuronale Plastizität
- Bildung neuer Verbindungen zwischen Neuronen
- durch Aussprossung können neue Dendriten „wachsen“ und sich neue Synapsen bilden
Neuronales Netz
Die Kopplung von aktivierten Neuronen bildet ein temporäres neuronales Netz (assembly) und ist ein Erregungsmuster, das wiederum als Ganzes größere Informationseinheiten kodieren kann.
Auf einer höheren Ebene können wiederum aktive Nervennetze mit einander gekoppelt werden, so dass temporäre aktivierte Nervennetz-Netze entstehen
dynamische hierarchische Musterbildung
Die Entstehung von Nervennetz-Netzen ist wahrscheinlich die Grundlage unterschiedlicher Phasen der Integration von Teilinformationen zu einer Struktur, die man phänomenal beispielsweise als bewussten Wahrnehmungseindruck beschreiben könnte
Zentrales Nervensystem / ZNS
Nervensystem = Informationsverbund von Neuronen
Steuernder Teil des Nervensystems
- Gehirn
- Rückenmark
Rückenmark / RM
- besteht aus Neuronen
- durchzieht den Wirbelkanal (In der schmetterlingsförmigen grauen Substanz befinden sich die Zellkörper von Neuronen, in der sie umgebenden weißen Substanz auf- und absteigende Fasern (Pyramidenbahn))
- Umgeben sind diese Neuronen von der Rückenmarksflüssigkeit und Häuten (Meningen)
- zw. den Wirbeln verlassen Spinalnerven das RM
- Nach ihren Ausgangs- oder Zielorganen richtet sich die Unterscheidung in sensorische (afferent, dorsal) und motorische (efferent, ventral) Nerven
- Spinalnerven versorgen (afferent-sensorisch und efferent-motorisch) jeweils einen bestimmten Bereich des Körpers, ein Dermatom
Pyramidenbahn
Absteigende Fasern des RM
- Axone max 1 Meter lang
- fast direkte Verbindung zw. Ursprung der Bahn im Cortex und den Motoneuronen
Spinalnerven
- verlassen das RM zw. den Wirbeln
- afferente Fasern: nehmen Informationen aus der Peripherie auf und leiten diese ans ZNS
- efferente Fasern: vermitteln Reaktionen vom ZNS an die ausführenden Organe
- versorgen (afferent-sensorisch und efferent-motorisch) jeweils einen bestimmten Bereich des Körpers, ein Dermatom
afferente Fasern
nehmen Informationen aus der Peripherie auf und leiten diese ans ZNS
- nehmen die sensorische Informationen auf und treten von der Rückenseite her kommend (dorsal) in das Rückenmark ein
- Die afferenten Fasern der Spinalnerven ziehen durch die Hinterwurzeln in das Rückenmark. Die sensorisch innervierten Hautbezirke einzelner Hinterwurzeln (Dermatome) überlappen sich
efferente Fasern
vermitteln Reaktionen vom ZNS an die ausführenden Organe
- Bauchwärts (ventral) verlassen die efferenten Fasern das RM und geben die Information für die Muskeln weiter, weswegen sie motorische Nerven genannt werden
Dermatom
Dermatome werden anhand der Wirbelabschnitte des Rückenmarks bezeichnet, beginnend
- Wirbeln des Halses (Cervicalsegmente 1 bis 8)
- Segmente des Brustraums (Thorakalsegmente 1 bis 12)
- Lenden- (Lumbal-)Segmente 1 bis 5
- Sakralsegmente (1 bis 5)
Neuronen im RM
- Motoneurone
- sensible Neurone
- Interneurone
