Erregungsleitung durch magnetische Induktion

Erregungsleitung durch magnetische Induktion
Ralf Herzberg
31.10.2014
Die Signalübertragung basiert im Kern auf dem sukzessiven Öffnen von Na+ Ionen Kanälen. Im
Folgenden werden einige elektrische Details betrachtet, die aus allgemein bekannten Fakten der
Physik resultieren. Es wird gezeigt, dass es möglich ist, dass benachbarte Na+ Ionen Kanäle durch
induzierte Spannungen geöffnet werden können.
Auch wenn es dem Leser bekannt ist, werden zwei physikalische Eigenschaften von elektrischen
Strömen hier knapp wiederholt, weil wir sie für unsere Betrachtungen verwenden wollen.
1. Ein elektrischer Strom erzeugt ein magnetisches Feld (B). Die Form des Feldes bilden
konzentrische Kreise um die Achse der Stromrichtung. Das magnetische Feld ist im ganzen
Raum um den Stromfluss herum wahrnehmbar. Die Stärke des Magnetfeldes hängt vom
Abstand und vom Winkel zur Stromrichtung ab. Wenn (r) der Abstand ist, dann nimmt die
Feldstärke proportional zu (1/r²) ab. Wenn (α) der Winkel zwischen dem Betrachter und der
Stromrichtung ist, dann ändert sich die Feldstärke proportional zu (sin α). Im rechten Winkel
zur Stromrichtung ist die Feldstärke maximal, auf der Stromachse wird sie zero.
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B ~ sin (α) ∙ 1/r²
Der Pfeil über dem (B) besagt, dass das Feld an jedem Ort eine Richtung hat. Das wird
wichtig, wenn wir Felder addieren. Zwei Vektoren addieren sich wie zwei Kräfte, die an einem
gemeinsamen Punkt ziehen.
2. Ein zeitlich sich veränderndes Magnetfeld erzeugt Induktionsspannungen.
U = dΦ/dt
U: Induktionsspannung
Φ: der magnetische Fluss
t: Zeit
Φ~B
Die Induktionsspannung wirkt ihrer Ursache entgegen. Die Zunahme eines Stromes erzeugt
ein wachsendes Magnetfeld. Proportional dazu wächst der magnetische Fluss. Dies erzeugt
eine Induktionsspannung, die die Zunahme des Stromes bremst. Umgekehrt passiert
Entsprechendes: Eine Abnahme eines Stromes führt zu einem abnehmenden Magnetfeld.
Proportional nimmt der magnetische Fluss ab. Dies erzeugt eine Spannung, die die Abnahme
des Stromes bremst. Die Polarität der Induktionsspannung ist jeweils gegensätzlich.
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Betrachten wir nun den Verlauf des Aktionspotentials wie hier dargestellt:
Abb.1 Diagramm eines Aktionspotentials (AP)
In dem Diagramm verzeichnet die senkrechte Achse die Membranspannung. Wir dürfen annehmen,
dass analog dazu eine Stromkurve existiert, die die gleiche Form hat und den Stromfluss durch die
Membrankanäle beschreibt. Daraus ergeben sich folgende Konsequenzen:
a) Die zeitliche Veränderung des Stromes erzeugt eine Induktionsspannung in der Umgebung
eines Kanals.
b) Im Verlauf der Depolarisation wird ein Zeitpunkt durchschritten, an dem die Strom-Kurve am
steilsten ist. Dort ist die Änderung des Stroms in der Zeit am größten. Zu diesem Zeitpunkt
erreicht die Induktionsspannung ihr Maximum.
c) Die Polarität der Induktionsspannung wirkt der Ursache entgegen. Sie verringert das
treibende elektrische Potential – nicht nur für diesen einen Kanal, sondern im ganzen Raum.
Der Betrag der Induktionsspannung ist proportional zu (B) und damit gilt (U) ~ sin(α) ∙ 1/r2
d) Entferntere Kanäle im Ruhezustand werden durch die Induktionsspannung nicht geöffnet,
weil der dort noch wirksame Anteil der Induktionsspannung unterschwellig bleibt.
e) Bei den benachbarten Kanälen aber ist der wirksame Betrag der Induktionsspannung so hoch,
dass das Membranpotential bis zur Schwellenspannung angehoben wird. Der Kanal wird
geöffnet. Das Signal wird übertragen – per Induktion.
Alle Punkte können streng kausal abgeleitet werden. Allein der Punkt unter e) wurde bisher
experimentell nicht bestätigt und hat hypothetischen Charakter. Es besteht nämlich die Möglichkeit,
dass die Induktionsspannung überall zu niedrig ist und somit niemals Na+ Ionen Kanäle öffnen kann.
Dann wäre die Wirkung der Induktion vernachlässigbar.
Aber, es kann gezeigt werden, dass die Möglichkeit besteht, dass die Induktion benachbarte Kanäle
öffnen kann, ohne gleichzeitig benachbarte Nerven zu stören. Es kann gezeigt werden, dass die
Signalübertragung via Induktion sehr viel schneller ist als die durch „Strömchen“.
Es gibt eine Reihe von Beobachtungen, die im Widerspruch zur „Stömchen-Theorie“ stehen. Diese
Beobachtungen passen aber in das Modell einer induktiven Signalübertragung.
Es gibt Fragen, die die „Stömchen-Theorie“ nicht beantworten kann. Mit dem neuen Modell werden
ganz andere Antworten möglich.
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So wird z.B. durch die gegenseitige Anziehung gleichgerichteter elektrischer Ströme verständlich, dass
sich erregte benachbarte Kationen Kanäle gegenseitig anziehen und so eine Membrankonstriktion
erzeugen.
Ferner ist eine Zellmembran mit Membranruhepotential (MRP) dehnungsempfindlich: die
Membranspannung verringert sich bei Dehnung proportional zur Membrandicke.
Somit gibt es viele Gründe, sich mit der induktiven Signalübertragung auseinanderzusetzen.
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