Kapitel 49: Sensorik und Motorik

Kapitel 49: Sensorik und Motorik
Einführung in den sensorischen Empfang
Aktionspotentiale (AP) die das Hirn via sensorisches Neuron erreichen, nennt man
Empfindung (sensation). Die Interpretation des Hirnes auf dieses AP nennt man
Wahrnehmung ( perception).
Sensorische Rezeptoren nehmen die Stimulierte Energie wahr und geben
diese Signale weiter ans Nervensystem
Verantwortlich für die Sensorische Rezeption sind die sensorischen Rezeptoren (sensory
receptors). Man unterscheidet zwei Arten: 1. Exterorezeptoren: nehmen Hitze, Licht, Druck
und Chemikalien wahr. 2. Interorezeptoren: nehmen Reize innerhalb des Körpers wahr, wie
Blutdruck und Körperposition.
Sensorische Wahrnehmung (sensory Transduction): Der Reiz verändert das
Membranpotentials der Rezeptorzelle. Aus diesem Membranpotential entsteht das
Rezeptorpotential (receptor potential).
Verstärkung (Amplification): Der Reiz wird verstärkt, damit es im Nervensystem
weitergegeben werden kann. Übermittlung (transmission): die Reize des Rezeptorpotentials
werden weitergegeben an das ZNS.
Integration: Die Informationen werden verarbeitet und weitergegeben. Eine spezielle
Verarbeitung ist die sensorische Adaption (Prozess, der die Empfindlichkeit, bei
kontinuierlichen Reizung für einen bestimmten Reiz, erniedrigt). Ohne sensorische Adaption
würde man zum Beispiel jeden Herzschlag spüren. Ein anderer wichtiger Aspekt der
sensorische Integration ist die Sensitivität der Rezeptoren. Je nach Bedarf sind sie stärker oder
schwächer sensitiv.
Sensorische Rezeptoren sind eingeteilt nach dem Typ der Energie, die sie
wahrnehmen
Mechanorezeptoren (eigentlich modifizierte Dendriten von sensorischen Neuronen) werden
stimuliert durch physikalische Deformationen verursacht durch Druck, Berührung, Strecken,
Bewegung und Töne, das heisst alle Formen von mechanischer Energie. Diese Reize
verursachen eine Veränderung der Permeabilität in der Plasmamembran derart, dass Natrium
und Kalium einfacher durchgehen können. Dieses führt zu einer Depolarisation
(Rezeptorpotential). Beispiele: Muskelspindel oder eine Haarzelle.
Bild 49.1 S.994: Schmerzrezeptoren in Menschen sind eine Klasse von nackten Dendriten in
der Epidermis der Haut, die nociceptors genannt werden. Ohne diese Rezeptoren sinken die
Überlebenschancen, weil man dann keine Gefahr spührt. Aspirin reduziert den Schmerz, weil
es einen Stoff (Prostaglandin)hemmt, der den Schmerz verstärkt, weil der die sensorischen
Rezeptoren sensibilisiert.
Thermorezeptoren reagieren auf Hitze und Kälte und helfen dem Körper die
Körpertemperatur zu regulieren, indem sie Informationen an den Körperthermostat im
posterioren Hypothalamus weitergeben.
Chemorezeptoren enthalten generelle Rezeptoren (wie Osmorezeptoren, die Veränderungen
in der Konzentration des Lösungsmittels wahrnehmen und darauf Durst auslösen, wenn die
Osmolarität ansteigt) und spezifische Rezeptoren ( wie Geschmacks (Gustatory) und
Riechrezeptoren (olfactory)) BILD 49.2 S.995
Elektromagnetische Rezeptoren nehmen verschiedene Formen von elektromagnetischer
Energie, wie sichtbares Licht, Elektrizität und Magnetismus. Schlangen zum Beispiel haben
Infrarotrezeptoren mit denen sie eine Maus, die bis zum einem Meter entfernt ist, genau
lokalisieren können. Bild 49.3 S.995
Photorezeptoren
Alle Photorezeptoren enthalten lichtabsorbierende Pigmentmoleküle
Viele verschiedene Photorezeptoren haben sich im Laufe der Evolution bei
den Invertebraten entwickelt
Der einfachste Augentyp der Invertebraten ist der Pigmentbecherocellus der Planarien. Das
Tier kann dank diesen Augen Intensität und Richtung des Lichtes erkennen und anschliessend
sich, dank diesen Infos, im Dunklen vor den Feinden verstecken. Bild 49.4 S.996
Es gibt zwei Haupttypen von bilderformenden Augen: Compound Eyes (Komplexaugen)und
single-lens Eyes (Lochkamera- Augen).
Compound eyes findet man bei Insekten und Crustaceen und bei einigen polychaeten
Würmern. Sie bestehen aus mehreren Tausend Lichtdetektoren, die sog. Ommatidien, jede mit
ihrer eigenen lichtfokusierenden Linse. Komplexaugen können bis zu 330 Lichtblitze pro
Sekunde wahrnehmen. Dies ist wichtig für die frühe Erkennung von Feinden. Insekten haben
auch ein gutes Farbensehen. Manche können sogar ultraviolettes Licht sehen. Bild 49.5
Lochkamera-Augen findet man z.B. bei Spinnen oder Mollusken. Sie liefern, ähnlich einer
Lochkamera, ein scharfes, aber lichtschwaches Bild.
Vertebraten haben evoluierte Lochkamera-Augen
Die menschlichen Augen können Unmengen von Farben wahrnehmen, Bilder formen und
auch auf sehr kleine Objekte wie einzelne Photonen antworten.
Bild 49.6 S.997
Sclera (Lederhaut): weisse Aussenhaut aus zusammenhängendem Gewebe
Choroid (Aderhaut): dünne und pigmentierte innere Schicht
Conjunctiva: Schicht aus Epithelzellen, welche eine Membran formt, die die äussere
Oberfläche der Sclera bedeckt.
Cornea (Hornhaut): lässt Licht ins Auge und agiert als eine fixe Linse
Iris: Gibt dem Auge die Farbe und regelt wieviel Licht auf die Pupille trifft.
Pupil (Pupille): Loch im Zentrum der Iris
Retina (Netzhaut): Enthält die Photorezeptorzellen.
Fovea (zentrale Sehgrube): Stelle des schärfsten Sehens
Rod cells ( Stäbchenzellen): Schwarz-weiss Sehen
Cone cells (Zapfenzellen): Farbsehen
Die Linse und der Ciliarkörper trennen das Auge in drei Räume: Vordere und hintere
Augenkammer und Glaskörperraum. Der Ciliarkörper produziert ständig das klare
Kammerwasser (aqueous humor). Der Glaskörper wird mit sog vitreous Humor gefüllt.
Menschen fokusieren, indem sie die Form der Linse verändern. Bild 49.7 S.998
Die automatische Einstellung eines Auges um ein nahen Gegenstand zu fokusieren, nennt
man Akkomodation. In der menschlichen Netzhaut befinden sich Stäbchen- und Zapfenzellen.
Die Stäbchenzellen sind sehr lichtsensitiv und ermöglichen das Nachtsehen während die
Zapfenzellen verantwortlich für das Farbsehen sind, aber viel Licht brauchen.
Das lichtabsorbierende Pigment Rhodopsin operiert via Signaltransduktion
Die Sehpigmente sind aufgebaut aus einem Retinal, welches an ein Membranprotein, das
Opsin, gebunden ist. Stäbchenzellen haben ein spezielles Opsin, welches zusammen mit dem
Retinal das Pigment Rhodopsin bildet. Wenn Rhodopsin Licht absorbiert, verändert es seine
Form, dies löst einen Signaltransduktionspfad aus, der in einem Rezeptorpotential in der
Stäbchenzellmembran endet. Dann werden weitere Folgereaktionen ausgelöst, bis es
schlussendlich zum Rezeptorpotential umgewandelt wird. Bilder 49.8/49.9 S.999/1000.
In hellem Licht bleibt das Rhodopsin „gebleicht“, die Stäbchen können nicht mehr auf
Lichtreize reagieren. Dann treten die Zapfen an ihre Stelle. Wenn man aus einer hellen
Umgebung in eine dunklere kommt, dann ist man anfänglich blind, jedenfalls so lange, bis die
Enzyme die Rhodopsine wieder in die cis-Form gebracht haben, weil das Licht nicht
ausreicht, um die Zapfen zu stimulieren.
In den Zapfen gibt es Photopsine, die ebenfalls aus speziellen Opsinen und dazu passenden
Retinalen bestehen. Es gibt drei Arten von Zapfenzellen: Rote, grüne und blaue Zapfenzellen,
je nachdem, welche Farbe die Photopsine am besten absorbieren können. Diese drei Typen
ermöglichen das Farbsehen. Bei Farbenblindheit fehlt mindestens ein Typ dieser
Zapfenzellen.
Die Netzhaut assistiert dem zerebralen Cortex in der Verarbeitung der
visuellen Information
Die Verarbeitung der Informationen beginnt in der Retina. Die Axone der Stäbchen und
Zapfenzellen haben Synapsen mit Bipolarzellen, die wiederum mit Ganglienzellen.
Horizontalzellen und Amakrinzellen helfen bei der Integration der Information bevor sie ins
Hirn geschickt wird. Die Axone der Ganglienzellen liefern die verarbeite Information ins Hirn
in Form von Aktionspotentialen. Wegen den Amakrin und Horizontalzellen entsteht eine
lateralen Hemmung, die bewirkt, dass Ecken schärfer und Kontraste verstärkt werden. Bild
49.10 S.1001
Die Axone der Ganglionen bilden den optischen Sehnerv, der Sensationen vom Auge zum
Hirn führt. Die Sehnerven beider Augen treffen sich im Optic chiasm (optischen Chiasmus)
und die meisten gehen weiter zum lateral geniculate nuclei im Thalamus. Von dort gibt es
Verbindungen zum primären visuellen Cortex. Dort werden die vielen Informationen der
Augen mit Hilfe von millionen von Interneuronen und tausenden von Integrationszentren
verarbeitet und zu einem dreidimensionalen Bild zusammengefasst.
Hören und Gleichgewichtssinn
Das Gehör und der Gleichgewichtssinn ist in den meisten Tieren verwandt
Das Hörorgan ist innerhalb des inneren Ohrs
Das menschliche Ohr lässt sich in drei Regionen einteilen. Das outer ear (Aussenohr) mit
Pinna (Ohrmuschel) und dem Gehörgang. Durch diese Öffnung treffen die Schallwellen auf
das Trommelfell (Tympanic membrane), welches das Aussenohr vom Mittelohr trennt. Im
Mittelohr werden die Schallwellen über die drei Gehörknöchelchen( Hammer, Amboss und
Steigbügel) auf das Ovale Fenster geleitet, einer Membran direkt unterhalb des Steigbügels.
Vom Mittelohr läuft die Eustachische Röhre in den Rachenraum, durch die der
Druckausgleich zwischen Mittelohr und Atmosphäre hergestellt wird. Das Innenohr besteht
aus einem Labyrinth von Kanälen innerhalb des Schädelknochens. Diese Kanäle sind mit
Membranen ausgekleidet und enthalten eine Flüssigkeit, die durch Schallwellen oder
Bewegungen des Kopfes bewegt werden. Der für das Hören verantwortliche Teil des
Innenohrs ist ein komplexes, spiralgewundenes Organ, das als Cochlea (Schnecke)
bezeichnet wird (Bild 49.12 S.1003). Das Ohr hört, indem es die Energie der Druckwellen,
die durch die Luft reisen, verwertet in Nervenimpulse, die das Hirn als Ton empfindet. Das
heisst, nicht das Gehör macht den Ton sondern das Hirn. Durch gewisse Reizung in
bestimmten Bereichen des Cortex, nimmt der Mensch diesen Reiz als Ton wahr. Wie laut ein
Ton ist, ist abhängig von der Amplitude der Welle und wie hoch bzw tief ein Ton ist, ist
abhängig von der Frequenz, das heisst wieviele Schwingungen pro Sekunde (Hertz=Hz).
(Bild 49.13 S.1004) Menschen hören von 20 – 20000 Hertz, Hunde bis 40000 Hz und
Fledermäuse mit ihrem Sonar sogar noch höher.
Das innere Ohr enthält auch die Organe für den Gleichgewichtssinn
Hinter dem ovalen Fenster liegt der Vestibularapparat mit zwei Kammern, Utriculus und
Sacculus, sowie den drei Bogengängen. Wenn die Kopfposition verändert wird, dann werden
die Haare in den beiden Kammern verbogen. Dies führt zu mehr oder weniger Ausschüttung
von Neurotransmittern. Das Gehirn interpretiert die entstehenden Unterschiede in der
Impulsproduktion durch die sensorischen Neuronen und kann dann die aktuelle Kopfposition
bestimmen. Bild 49.14 S.1005
Das Gehör von Fischen und aquatischen Amphibien
Fische und aquatische Amphibien haben keine Cochlea oder Trommelfell. Sie nehmen
Geräusche mit Hilfe von Otolithen war. Vibrationen des Wassers verursacht durch
Schallwellen werden übertragen vom Skelett des Kopfes zum inneren Ohr, welches die
Otolithen in Bewegung setzt und dadurch die Haarzellen stimuliert. Zudem haben viele
Fische ein Seitenlinienorgan. Wasser tritt durch zahlreiche Poren in das Organ ein und fliesst
in Kanälen an den Mechanorezeptoren vorbei. Die Rezeptoren sind zu Gruppen aggregiert,
sog Neuromasten, vergleichbar mit der Anordnung in den Bogengängen. Die Vibrationen des
Wassers werden von den Rezeptoren in Rezeptorpotentiale umgewandelt und anschliessend
als Aktionspotentiale zum Hirn geleitet. Dieses System funktioniert nur im Wasser und hilft
den Tieren sich zurecht zufinden im Wasser. Bild 49.15 S.1006
Viele Invertebraten haben Schwerkraftsensoren und sind schallsensitiv
Viele Invertebraten haben sensorische Organe, die man Statocysten nennt, die
Mechanorezeptoren enthalten und so das Gleichgewicht halten können. Die meisten
gewöhnlichen Statocysten haben eine Schicht von Haarzellen, die umgeben sind von einer
Kammer. In dieser Kammer befinden sich Statolithen. Diese werden von der Schwerkraft
nach unten gezogen und reizen so die Haarzellen. Je nach Herkunft des Reizes weiss das Hirn,
wie der Körper in Raum liegt.
Viele Insekten haben Körperhaare, die vibrieren wenn Schallwellen eintreffen. Die Haare sind
gewöhnlich auf Frequenzen von Schallen von anderen Organismen abgestimmt.
Einige Insekten haben ein „spezielles“ Ohr. Eine interne Luftkammer ist überzogen mit einer
Tympanalmembran, die durch Schallwellen zu Vibrationen angeregt wird, diese stimulieren
die Rezeptorzellen und es resultiert ein Nervenimpuls, der zu Gehirn geht.
Chemorezeption: Geschmack und Geruch
Wahrnehmung von Geschmack und Geruch sind gewöhnlicherweise
verwandt (interrelated)
Die Wahrnehmung von Geschmack und Geruchs ist abhängig von Chemorezeptoren, die
spezifische Moleküle in der Umgebung detektieren. Bei den Insekten sind die
Chemorezeptoren in Mund und Fussbereich. Die Tiere brauchen ihren Geschmackssinn um
die Nahrung auszuwählen. Ein schmeckendes Haar beinhaltet mehrere Chemorezeptorzellen,
jede verantwortlich für eine bestimmte Klasse von chemischen Stimuli, wie Zucker oder Salz.
Bild 49.19 S. 1008. Insekten können auch Chemikalien aus der Luft riechen indem sie die
olfaktorischen Haare, die sich meistens in der Antenne befinden, benützen. Beim Menschen
müssen sich sowohl beim Geschmackssinn wie auch beim Geruchssinn die Moleküle in
Wasser auflösen, um an den Rezeptor zu gelangen, der danach eine Sensation auslöst. Das
Molekül bindet an ein spezifisches Protein im Rezeptor der Zellmembran, dies löst eine
Depolarisation der Membran aus und lässt Neurotransmitter frei. Die Rezeptorzellen für den
Geschmack sind modifizierte Epithelzellen, die in taste buds organisiert sind, die wiederum
in der Zunge und im Mund verteilt sind. Die Geschmacksrezeptoren haben vier
Grundwahrnehmung: süss, sauer, salzig und bitter. Mit jedem Stück Nahrung oder mit jedem
Schluck Flüssigkeit integriert das Hirn verschiedene Inputs von den taste buds und ein
komplexer Geschmack wird wahrgenommen.
Säugetiere nehmen in der Luft verteilte Moleküle mittels Geruchssinn wahr. Die
olfaktorischen Rezeptoren sind Neuronen, welche die obere Nasenhöhle auskleiden und ihre
Axone direkt in den Bulbus olfactorius des Gehirns senden. Menschen können Tausende
verschiedene Düfte erkennen. Bild 49.20 S.1009
Bewegung und Fortbewegung
Um Nahrung ausfindig zu machen, müssen sich Tiere in der Umgebung bewegen oder die
Umgebung bewegt sich um das Tier. Die Aktive Bewegung von einem Ort zum anderen wird
Lokomotion genannt. Damit sich die Tiere fortbewegen können, müssen sie die Reibung und
die Schwerkraft überwinden. Dies kostet aber Energie. Die energetisch günstigste
Fortbewegungsart ist das Schwimmen. Bild 49.21 S.1010
Schwimmen: Es braucht vor allem Energie um die Reibung zu überwinden. Die
Torpedoähnliche Form von Wassertieren ist eine evolutive Anpassung und erniedrigt die
Reibung und damit die Energie die verbraucht wird.
Fortbewegung an Land: Beispiel Kangaroo: Es muss vor allem die Schwerkraft und ein
bisschen Reibung überwunden werden. Das Hüpfen braucht Energie. Sie können aber die
Energie zwischenspeichern, indem die Hinterbeine so ausgerüstet sind, dass sie sich wie eine
Feder bei der Landung zusammendrückenlassen und beim nächsten abheben diese
gespeicherte Energie verwendet werden kann. So spart das Kangaroo doch einiges an Energie.
Fliegen: Ein fliegendes Tier muss genügend Auftrieb entwickeln können um der Schwerkraft
widerstehen zu können. Der Schlüssel um zu fliegen liegt in der Form der Flügel.
Schwimmen, rennen, kriechen, hüpfen und fliegen sind alles Resultate von arbeitenden
Muskeln an gewissen Skeletten.
Skelette stützen und schützen den Körper und sind essentiell bei der
Bewegung
Skelette haben drei Funktionen: Stützen, beschützen und Bewegung. Es gibt drei verschiedene
Arten von Skeletten: hydrostatisches Skelett, Exoskelette und Endoskelette.
Hydrostatische Skelett besteht aus einem abgeschlossenen Kompartiment des Körpers,
indem eine Flüssigkeit unter erhöhtem Druck gehalten wird. Das hydrostatische Skelett
ermöglicht dem Regenwurm, sich durch rhythmische Kontraktionswellen, die vom Kopf bis
ans hintere Ende laufen, zu bewegen. Diese Bewegungsart wird als Peristaltik bezeichnet.
Bild 49.23 S.1012
Ein Aussenskelett ( Exoskelett) ist eine harte, tote Schale oder ein Panzer auf der
Oberfläche des Körpers. Bei Arthropoden ist das Exoskelett die sog Cuticula, eine tote
Aussenhülle, die aus der Epidermis abgesondert wird. Sie besteht aus 30-50% Chitin.
Ein Endoskelett besteht aus harten Stützelementen, wie zum Beispiel Knochen, die in die
Weichgewebe der Tiere eingelagert sind. Das menschliche Skelett besteht aus über 200
Knochen, einige sind verschmolzen miteinander, andere sind mit Gelenken verbunden, was
die Beweglichkeit erhält.
Muskeln bewegen Skelettteile, indem sie kontrahieren
Muskeln können sich nur kontrahieren, Sie lassen sich wieder strecken (passive Streckung)
Struktur und Funktion der Skelettmuskulatur der Vertebraten
Der Skelettmuskel der Wirbeltiere ist am Knochen verankert und ermöglicht, diese zu
bewegen. Der Skelettmuskel besteht aus langen Muskelfaserbündeln. Ein solches Bündel
besteht aus parallel angeordneten Muskelfasern. Jede Muskelfaser ist eine einzige Zelle mit
mehreren Zellkernen und durch die Fusion mehrere embryonaler Zellen entstanden. Jede
Muskelfaser besteh aus einem Bündel longitudinal angeordneter Myofibrillen, die aus zwei
Arten von Myofilamenten gebildet werden: dicke Filamente (Myosin) und dünne Filamente
(Aktin). Jede dieser repetitiven Einheiten der Myofibrille stellt die funktionelle Grundeinheit
des Muskels dar und wird als Sarkomer bezeichnet. Die Grenzen der einzelnen Sarkomere,
die Z-Scheiben, befinden sich in den nebeneinander liegenden Myofibrillen an gleicher
Position und verursachen die Querstreifung der gesamten Muskelzelle. Bild 49.26 S. 1015
Interaktionen zwischen Myosin und Aktin unterliegen der
Muskelkontraktion
Wnn ein Muskel kontrahiert wird, verkürzt sich jedes Sarkomer, das heisst der Abstand von
einer Z-Scheibe zur anderen wird kleiner (Verkürzung des ganzen Muskels). Dieses Verhalten
wird durch die Gleitfilamenttheorie der Muskelkontraktion erklärt.. Diesem Modell zufolge
verändert sich bei der Kontraktion weder die Länge des Aktins, noch die Länge des Myosins.
Die beiden Filamente gleiten aneinander vorbei, dadurch wird auch der Überlappungsbereich
grösser.
Zyklische Interaktion zwischen Myosin und Aktin in der Muskelkontraktion (Bild 49.28
S.1016)
Startpunkt ist zuoberst. Der Myosinkopf ist an ATP gebunden und ist in einer energetisch
günstigen Konfiguration. Danach hydrolisiert der Myosin Kopf ATP zu ADP und
anorganischem Phosphat (Pi) und ist nun in einer energetisch ungünstigen Lage. Der
Myosinkopf dockt nun, unter Bildung einer sog. Cross-Bridge (Querbrücken), an das Aktin
an. Dann setzt das Myosin das ADP und Pi frei, was zur Folge hat, dass der Myosinkopf in
die energetisch günstige Lage zurückgeht, was ein gleiten des Myosinfilamentes bewirkt.
Sobald ein neues ATP an den Myosinkopf bindet, löst sich der Myosinkopf vom Aktin. Wenn
das ATP beim Myosin wieder hydrolisiert wird, beginnt der Kreislauf von vorne.
Die grössten Energiespeicher, die für die Wiederholung der Muskelkontraktion verwendet
werden, sind in Stoffen sog Pfosphagenen (posphagens) gelagert. Kreatinphosphat, das
Phosphagen der Vertebraten, kann eine Phosphatgruppe dem ADP zur Verfügung stellen,
damit es dann ATP bilden kann.
Kalzium Ionen und Regulatorproteine kontrollieren die Muskelkontraktion
(Bild 49.29 S.1017)
In Ruhe sind die Andockstellen des Aktinfilament für den Myosinkopf verdeckt durch das
Protein Tropomyosin. Dadurch kann der Muskel nicht kontrahieren. Bindet nun aber
Kalzium an den Troponinkomplex, dann werden die Andockstellen freigemacht und der
Muskel kann sich kontrahieren. Sinkt die Kalziumkonzentration wieder, dann schiebt sich das
Tropomyosin über die Andockstellen und verhindert die Kontraktion. Woher kommt das
Kalzium? Die Kalziumkonzentration wird reguliert im sarcoplasmatischen Reticulum, ein
spezialisiertes ER. Bild 49.30 S.1017: Als Antwort auf ein AP das am synaptischen Ende des
Motorischen Neurons ankommt, setzt das Neuron den Neurotransmitter Acetylcholine frei.
Das Acetylcholin diffundiert durch die neuromusculären Verbindungen, depolarisiert die
Plasmamembran der Muskelfasern und AP verteilen sich entlang der Fibrille und auch
innerhalb der T-Tubuli. Innerhalb der Muskelzellen verursachen die AP die Freisetzung von
Kalzium im sarcoplasmatischen Retikulum. Das Kalzium initiert dann die Muskelkontraktion.
Verschiedene Körperbewegungen verlangen eine Variation der
Muskelaktivität
Die ganze Muskelkontraktion ist abgestuft. Je nach Frequenz der AP, können die
Motorneuronen, welche die Muskeln kontrollieren, die Kontraktion abstufen. Motorneuronen
liefern ihre AP schnell nach einander, so das eine weiche Kontraktion (Tetanus), nicht nur
ein schnelles Zucken, entsteht.
Eine Motoreinheit (motor unit) besteht aus einem einzelnen motorischen Neuron und all den
Muskelfasern, die es kontrolliert. Wenn ein motorisches Neuron AP aussendet, dann
kontrahieren alle Muskelfasern in der Motoreinheit. Die Stärke der Kontraktion ist abhängig
von der Mengen Muskelfasern, die ein motorisches Neuron kontrolliert. Das Nervensystem
kontrolliert die Stärke der Kontraktion des ganzen Muskels, indem es entscheidet, wieviele
Motorische Einheiten zu einem bestimmten Zeitpunkt aktiviert sind und indem es auswählt,
ob es eine grosse oder eine kleine Motorische Einheit verwendet. Die Spannung in den
Muskeln kann vergrössert werden durch Aktivierung von zusätzlichen motorischen Neuronen.
Diesen Prozess nennt man Rekrutierung (Recruitment).
Bilder 49.31/49.32 S.1018/1019
Schnelle und langsame Muskelfasern
Schnelle Muskelfasern werden gebraucht für schelle, kräftige Kontraktionen sind aber
schnell müde. Dagegen sind langsame Muskelfasern ausdauernd, aber nicht so kräftig und
schnell, weil die langsamen Muskelfasern ein kleineres sarkoplasmatisches Retikulum (Bis
eine Kontraktion einsetzt geht es fünf Mal länger) haben. Dafür haben die langsamen
Muskelfasern das bessere Energieversorgungssystem: mehr Mitochondrien, bessere
Blutversorgung und Myoglobin, welches Sauerstoff besser bindet.
Man findet im Tierreich aber schnelle Muskelfasern, die nicht so schnell ermüden. Zum
Beispiel Flugmuskeln von Vögeln. Langsame Muskelfasern findet man vor allem in Muskeln,
die für die Körperhaltung verantworltich sind.
Andere Muskeltypen
Herzmuskel (cardiac muscle) findet man nur im Herzen und ist auch quergestreift wie die
Skelettmuskeln. Der Unterschied besteht in den Verbindungen zwischen Herzmuskel und
einer speziellen Region (intercalated discs). Ein AP, dass in einer Ecke des Herzens generiert
wurde, verteilt sich an alle Muskelzellen und das ganze Herz kontrahiert. Zudem können
Herzmuskeln selber AP’s herstellen, ohne einen Imput des Nervensystems. Das AP spielt
auch eine wichtig Rolle in der Länge der Kontraktion.
Galtte Muskeln (smooth muscles) haben keine Querstreifung, weil Aktin und Myosin nicht
regelmässig angeordnet sind. Wegen dieser Anordnung können glatte Muskelzellen nicht
soviel Spannung wie gestreifte Muskeln entwickeln, aber dafür können sie über eine längere
Zeitperiode kontrahieren. Kontraktionen sind relativ langsam, aber dafür haben sie eine
grössere Kontrolle. Glatte Muskeln treiben Substanzen durch ein Hohlorgan, indem sie
alternativ kontrahieren. Beispiel: Speiseröhre, Dickdarm.