Nerven, Ruhepotential, Aktionspotential, Refraktärphasen

- marklose Nervenfasern: von Schwannschen Zellen umgeben, keine Schnürringe

- marklose und markhaltige NF unterscheiden sich in ihrer Leitungsgeschwindigkeit; beide Fasertypen können in einem Nerv vorkommen

Ruhepotential - Natriumleckstrom - Natrium-Kalium-Pumpe

- für eine best. Nervenfaser hat das Ruhepotential immer den gleichen Wert

- Ionentheorie: Ruhepotential entsteht durch die unterschiedliche Diffusion

von Ionen

- Zelleninneres: Kaliumionen und organ. Anionen; Außenmedium: Natrium- und Chloridionen

-> Zellmembran ist für K ⁺ und Cl ^- permeabel, schlecht permeabel für Na ⁺ , impermeabel für Anionen => selektive Permeabilität

- Erklärung:

- Zellmembran besitzt Kanäle für Kaliumionen und Natriumionen

- Kaliumkanäle normalerweise ständig offen

- alle Natriumkanäle sind im Ruhezustand geschlossen

- Kaliumionen: können entsprechend dem Konzentrat.- Gefälle von innen nach außen durch die Kanäle diffundieren

- innen: negative organ. Anionen bleiben zurück -> Ladung -Membranaußenseite: positiv; Membraninnenseite: negativ

- je mehr Kaliumionen nach außen wandern, desto ist der Ladungsunterschied

- K-Ionen werden zwar v. Konz.- Druck gegen die pos. Ladung nach außen gedrängt, aber auch von der neg. Ladung auf der Innenseite zurückgezogen

- Gleichgewichtszustand: es wandern genauso viele K-Ionen nach außen wie nach innen -> dabei herrschende Potentialdifferenz ist das Ruhepotential

- Membran ist nicht absolut undurchlässig für Na-Ionen - können in geringem Maße durch die ständig offenen Kaliumkanäle in das Zellinnere gelangen -> Natriumleckstrom

- d. pos. geladenen Na-Ionen würden allmählich die neg. Ladung der Membraninnenseite aufheben <-> deshalb in der Membran: best. Proteinmoleküle (ATP - danach in ADP und P gespalten) - pumpen unter Energieaufwand die Na-Ionen nach außen; gleichzeitig werden K-Ionen nach innen gepumpt -> Energieaufwand wird geringer, weil nur noch das Konzentrat.-Gefälle überwunden werden muss <-> für die pos. Na-Ionen gelangen nämlich pos. K-Ionen nach innen -> Natrium-Kalium-Pumpe: sorgt dafür, dass das spezifische Ruhepotential der Zelle konstant bleibt

- Na-K-Pumpe erzeugt und erhält die gr. Konzentrat.-Unterschiede der Kationen auf beiden Seiten der Membran

Aktionspotential

(a) Depolarisation und Potentialumkehr

- überschwelliger Reiz -> erste Depolarisation der Membran -> plötzl. Zunahme der Permeabilität der Membran für Na-Ionen (für ca.1 ms)

- Membran des Axons: Na-Kanäle - sind im Ruhezustand geschlossen

- Depolarisation der Membran -> Veränderung der Gestalt der Proteine -> Kanäle werden geöffnet

- entsprechend dem Konzentrat.-Gefälle strömen Na-Ionen (pos. Ladung)ins Innere -> zunehmende Depolarisation -> erhöht Na-Permeabilität

- Aufschauklungsprozess mit pos. Rückkopplung -> explosionsartiger Einstrom von Na-Ionen -> Potentialumkehr

(b) Repolarisation

- Depolarisation -> zeitl. verzögert: Permeabilität der Membran für K-Ionen steigt

- Na-Permeabilität sinkt bereits wieder ab -> 1. pos. Ladungen (K-Ionen) verlassen das Axoninnere; 2. weniger pos. Ladungen (Na-Ionen) gelangen hinein -> Membranpotential erreicht wieder den neg. Wert des Ruhepotentials

(c) Hyperpolarisation

- gesteigerte K-Permeabilität sinkt nur langsam wieder auf den Normalwert ab -> K-Ionenaustoß so groß -> Repolarisation geht sogar über das Ruhepotential hinaus

(d) Rückkehr zum Ruhepotential

- Na-K-Pumpe: Na-Ionen werden aus der Zelle K-Ionen in die Zelle befördert -> Wiederherstellung der Ausgangskonzentration an K-Ionen innerhalb und Na-Ionen außerhalb der Nervenzelle (bzw. des Axons)

- Zahl der Ionen die während des Aktionspotentials die Membran passieren ist gering

- Änderung der Ionenverteilung kann durch die Pumpe schnell ausgeglichen werden

Refraktärphasen

- künstl. Auslösung von Aktionspotentialen

- zeitl. Abstand v. zwei gleichstarken Reizen auf 5 ms und weniger

gekürzt -> Aktionspotentiale erreichen nicht mehr den Spitzenwert von +30mV => Zustand verminderter Erregbarkeit = relative Refraktärzeit -> K-Permeabilität sinkt; Na-K-Pumpe tauscht Na-Ionen gegen K-Ionen

- zeitl. Abstand: 2 ms und weniger -> es kann kein zweites Aktionspotential am gleichen Ort ausgelöst werden - Axon ist für kurze Zeit unerregbar => absolute Refraktärzeit -> Aufschauklungsprozess läuft bereits ab, anschließend sinkt die Na-Permeabilität wieder; während der Refraktärphase ablaufende Prozesse sind durch erneute Reize nicht beeinflussbar

- absolute RP: max. Zahl der Aktionspotentiale/sek.

- zeitl. Abstand von 2 ms -> höchstens 500 Aktionspotentiale/sek. auslösbar

- inaktive Nervensysteme: Erregung wird höchstens mit 200 Aktionspotentialen/sek. übertragen