Grundlagen der Neurobiologie: Nervenzellen und Potentiale

Bau von Nervenzellen

• Zellkörper: Enthält Zellkern und Organellen.
• Dendriten: Verästelte Fortsätze zur Reizaufnahme.
• Axon: Langer Fortsatz zur Reizweiterleitung.
• Schwannsche Zellen: Wickeln sich bei Wirbeltieren um Axone (lamellenartiger Aufbau) und bilden die Myelinscheide.
• Ranviersche Schnürringe: Stellen, an denen die Axonmembran zwischen den Schwannschen Zellen kurzzeitig frei liegt.

Synapsen

1. Neuromuskuläre Synapse: Kontaktstelle zwischen Nerven- und Muskelzelle.
2. Interneurale Synapse: Kontaktstelle zwischen zwei Nervenzellen (Axon zu Dendrit).

Das Ruhepotential

Das Membranpotential beschreibt die Spannung zwischen dem positiven Außenmedium und dem negativen Cytoplasma der Zelle. Im unerregten Zustand spricht man vom Ruhepotential (meist ca. -70 mV).

• Ionenverteilung: Innen viel K⁺ und A⁻; außen viel Na⁺ und Cl⁻.
• Selektive Permeabilität: Die Membran ist gut durchlässig für kleine K⁺-Ionen, schlecht für Na⁺- und Cl⁻-Ionen und undurchlässig für A⁻-Ionen.
• Entstehung: Durch Diffusion wandern K⁺-Ionen nach außen (Konzentrationsgefälle). Dies führt zu einer Ladungstrennung (außen +, innen -). Das elektrische Potential wirkt dem Ausstrom entgegen, bis ein Gleichgewicht erreicht ist.
• Aufrechterhaltung: Die Na⁺-K⁺-Pumpe transportiert aktiv Na⁺-Ionen nach außen und K⁺-Ionen nach innen.

Das Aktionspotential

Das Aktionspotential (AP) ist der typische Verlauf einer Spannungsänderung an einer erregten Nervenfaser, ausgelöst durch physikalische oder chemische Reize.

Auslösung

Bei Reizung verringert sich das Membranpotential (Depolarisation). Bei schwachen Reizen entstehen nur lokale Potentiale. Wird die Reizschwelle erreicht, läuft die Änderung des Membranpotentials selbstständig weiter bis zur Potentialumkehr bei ca. +30 mV.

Ergebnisse zum Aktionspotential

• Alles-oder-Nichts-Prinzip: Die Höhe des AP ist unabhängig von der Stärke des überschwelligen Reizes.
• Reizstärke: Je stärker der Reiz, desto rascher wird das AP ausgelöst.
• Refraktärzeit: Bei sehr kurzen Abständen zwischen zwei Reizen (unter 5 ms) fällt das zweite AP kleiner aus; ab 2 ms wird gar kein zweites AP mehr ausgelöst.

Ablauf eines Aktionspotentials