Die Reizübertragung im Nervensystem
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Die Reizübertragung im Nervensystem Die Reizaufnahme Umwelt Das Nervensystem hat die Aufgabe, alle Vorgänge im Körper miteinander zu koordinieren. Zu diesem Zweck stehen ihm spezielle Empfangsapparate (Sinneszellen) zur Verfügung die verschiedene innere und äußere Reize (Licht, Schall, Wärme u.a.) aufnehmen und über spezielle Leitungen (Nervenfasern) an die zentralen Sammelstellen (Gehirn und Rückenmark) weiterleiten. Hier werden die Informationen entweder nur verarbeitet oder zusätzlich in Befehle umgewandelt, die an bestimmte Körperorgane gesendet werden und dort eine Reaktion auslösen. Die Synapse Jede Nervenzelle ist über dem Axon mit anderen Nervenzellen verbunden. Die Kontaktstellen heissen Synapsen. Zwischen dem Endknöpfchen und der Folgezelle liegt ein winziger synaptischer Spalt. Während die Erregungen über das Axon als elektrische Impulse laufen, werden sie am synaptischen Spalt durch Überträgerstoffe (Acetylcholin) weitervermittelt. Synaptisches Bläschen mit Acetylcholinmoleküle Ionenpore Cholinesterase Die Enden des Axons sind schirmartig erweitert. Diese Endungen legen sich an den Zellkörper oder Dendriten einer anderen Nervenzelle an. Es entsteht somit eine Synapse. Calciumporen Mitochondrium Zellkern Golgi-Apparat Der Grundbaustein der des Nervensystems ist die Nervenzelle. Diese besteht aus einem grossen Zellkörper und mehrerer Fortsätzen verschiedener Form und Länge. Einer der Fortsätze kann sehr lang sein. Er heisst Nervenfaser, Neurit oder Axon. Axone dienen der Weitergabe von Erregungen an anderen Zellen. Reizübertragung an der Synapse Je mehr Impulse pro Zeiteinheit in der Synapse eintreffen, umso mehr Überträgerstoff wird freigesetzt und umso mehr Impulse entstehen in der Folgezelle. Dabei geben Synapsen die Information nur in eine Richtung weiter. Meist hat eine Nervenzelle viele synaptischen Verbindungen mit Nachbarzellen. Sie verrechnet die unterschiedlichen Eingänge miteinander. So ergibt sich für sie ein bestimmter eigener Erregungszustand. + Ca2 -Ion Acetylcholin Ionenpore mit Acetylcholinrezeptor + Na -Ionen + K -Ionen Cholinesterase Ein ankommendes Aktionspotential bewirkt den Ein+ strom von Ca2 -Ionen in den Axonendknopf. Acetylcholin wird daraufhin in den Synaptischen Spalt entleert. Acetylcholinmoleküle besetzen Rezeptoren. Es öffnen sich Ionenporen. + Na -Ionen strömen ins Zell+ innere. Wenige K Ionen nach außen. Acetylcholinmoleküle besetzen das Enzym Cholinesterase und werden in Acetationen und Cholin gespalten und in den Endknopf aufgenommen. dort wird es in neues Acetylcholin umgewandelt. Das Axon An einer Stelle des Zellkörpers entspringt ein langer Fortsatz, das Axon. Es dient zur Weitergabe von Erregungen an andere Zellen. Die Axone sind von vielen hintereinanderliegenden Hüllzellen umgeben, den Schwannschen Zellen. Man bezeichnet sie auch als Markscheide, Schwannsche Scheide oder Myelinscheide. Diese isolierende Hülle ist alle 1 bis 3 mm unterbrochen. Dort liegt ein kleiner Spalt frei, der Ranviersche Schnürring. Natriumkanäle Kaliumkanäle NatriumKalium-Pumpe + Na -Ionen + K -Ionen Natriumkanäle und Kaliumkanäle befinden sich nur im Berreich der Schnürringe. In diesem Bereich hat die Axonmembran kontakt mit der außerhalb liegenden Flüssigkeit. Die Strömchen, die von einem erregten Schnürring ausgehen, können die isolierten Stellen nicht depolarisieren, sondern erst die freie Membran mit den Natriumkanälen am nächsten Schnürring. Die Erregung springt von Schnürring zu Schnürring. Ruhepotential Das Membranpotential des Axons befindet sich in einem unerregten Zustand. U (mV) Reiz Aktionspotential relative Na+ -Permeabilität +30 0 0 1 2 3 4 5 Aktionspotential Das Membranpotential wird durch einen überschwelligen Reiz erregt. Absolute Refraktärphase Während sich Natriumkanäle öffnen und wieder schließen, kann kein weiteres Aktionspotential ausgelöst werden. Das Axon ist 2 ms unerregbar. relative K+ -Permeabilität Relative Refraktärphase Nach der absoluten Refraktärphase befindet sich das Axon in einer verminderten Erregbarkeit. -70 Ruhepotential absolute Refraktärphase relative Refraktärphase Ruhepotential Stromfluss +++++ - - - - +-+-+ - - - - +++++ -+-+- - - - - +++++ -+-+- +++++ - - - - +-+-+ Ist an einem Schnürring ein Aktionspotentialentstanden, entstehen Ausgleichströmchen zum nächstfolgenden Schnürring, so das auch dieser depolarisiert wird. Die mit der Markscheide umhüllten Stellen haben eine sehr geringe Membrankapazität, weil der Abstand zwischen Innen- und Außen-medium sehr groß ist. Des-halb kann dieser Teil des Axons außerordentlich schnell entladen werden. Die Erregung pflanzt sich deshalb mit hoher Geschwindigkeit fort. Reizübertragung am Axon Beim Ruhepotential sind die Natriumporen geschlossen, nur ein Teil der der Kaliumporen ist offen. Tritt ein Aktionspotential ein und das Axon wird depolarisiert (erregt), öffnen sich alle Natriumporen, während die Anzahl der offenen Kaliumporen zunächst unverändert bleibt. Deshalb strömen zu Beginn eines Aktionspotentials pro Zeiteinheit mehr Na+ -Ionen nach innen als K+ -Ionen nach außen. Dadurch entsteht im Inneren des Axons ein Überschuß positiver Ladung. Die Membran ist also gegenüber dem Ruhezustand gerade umgekehrt geladen. Die Natriumporen bleiben 1-2 ms lang offen. Etwa zur gleichen Zeit öffnen sich alle noch geschlossenen Kaliumporen. Infolge des erhöhten K+ -Ausstroms kehrt das Membranpotential wieder zum Ruhewert zurück. Ruhepotential entsteht durch geringen Ausstrom + von K -Ionen. Das Zellinnere ist gegenüber dem Außenmedium negativ geladen. Depolarisation wird hervorgerufen durch den Ein+ strom von Na -Ionen, der den geringen Ausstrom von + K -Ionen überwiegt. Das Zellinnere ist gegenüber dem Außenmedium kurzfristig positiv geladen. Repolarisation kommt durch den Ausstrom von + K -Ionen zustande. Das Zellinnere ist gegenüber dem Außenmedium negativ geladen. Durch die Natrium-KaliumPumpe wird die ursprüngliche Ionenverteilung wieder hergestellt.
