Grundlagen der Neurophysiologie und Nervenübertragung
Nervenmembranpotential und Nervenübertragung
Alle Nervensignale werden durch Nervenfasern übertragen, sei es im Gehirn, im Rückenmark oder in peripheren Nerven.
Lange Nervenfasern werden als Axone bezeichnet. Das Axon ist eine tubuläre Struktur, die von einer Zellmembran begrenzt wird und eine Flüssigkeit namens Axoplasma enthält.
Innerhalb der Membran aller Nervenfasern liegt ein elektrisches Potential von etwa -90 Millivolt vor. Dies wird als Membranpotential bezeichnet. Dieses Potential entsteht durch Unterschiede in der Ionenkonzentration an der Zellmembran.
Neuromuskuläre Einheit
Alle Skelettmuskeln werden von Nervenfasern gesteuert, die im Rückenmark entspringen.
- In den hinteren Hörnern der grauen Substanz befinden sich die sensiblen Nervenfasern.
- Die motorischen Fasern verlassen das Vorderhorn.
Die Verbindung zwischen Nerven- und Muskelfasern wird als neuromuskuläre Synapse bezeichnet. Die motorische Endplatte ist die Verbindung zwischen dem Ende einer Nervenfaser und der quergestreiften Muskelfaser.
Die Nervenfaser verzweigt sich an ihrem Ende zu einem Komplex, der als terminale Endplatte bezeichnet wird. Diese stülpt sich in die Muskelfaser ein, bleibt jedoch außerhalb der Muskelmembran. Der Raum zwischen dem Nervenende und der Muskelfaser wird als synaptischer Spalt bezeichnet. Dieser Raum ist mit einer gallertartigen Substanz gefüllt, die Neurotransmitter enthält, welche für die Übermittlung des Impulses verantwortlich sind. Bei der quergestreiften Muskulatur ist dieser Neurotransmitter Acetylcholin.
Das Neuron
Das Neuron ist die grundlegende Einheit des Nervensystems. Seine Funktion ist die Erzeugung und Übertragung von Nervenimpulsen. Neuronen besitzen Fortsätze: Die meisten sind kurz und werden als Dendriten bezeichnet. Zudem gibt es einen längeren Fortsatz, das Axon, das den Impuls zu einem anderen Neuron oder Erfolgsorgan leitet.
Der Zellkörper besteht aus einem runden Kern mit einem Nukleolus, umgeben von Zytoplasma (Perikaryon) und der Zellmembran. Im Zytoplasma befinden sich Mitochondrien, der Golgi-Apparat sowie Nissl-Granula und Fibrillen. Die Neurofibrillen durchziehen das Zytoplasma und erstrecken sich in die Fortsätze.
Das Axon ist manchmal von einer fetthaltigen Myelinschicht und einer zarten Haut, dem Neurilemm, umgeben. Beide dienen als Isolationshülle, um eine Streuung der Nervenimpulse zu verhindern. Das Neurilemm spielt zudem eine Rolle bei der Regeneration der Nervenfaser.
Synapsen
Die Synapse ist die Verbindungsstelle zwischen zwei Neuronen. Über diese Bindung werden Signale übertragen. Wenn ein Nervenimpuls die neuromuskuläre Synapse erreicht, werden kleine Bläschen mit Acetylcholin freigesetzt, die in den synaptischen Spalt gelangen.
Das Acetylcholin wirkt auf die Muskelmembran und erhöht die Durchlässigkeit für Natrium-Ionen. Dies führt zu einer Änderung des elektrochemischen Potentials, der sogenannten Depolarisation. Diese lokale Depolarisation sendet ein Aktionspotential aus, das sich entlang der Faser bewegt und die Kontraktion auslöst.
Damit die Reizübertragung nicht unbegrenzt anhält, spaltet das Enzym Cholinesterase das Acetylcholin in Essigsäure und Cholin. Dadurch wird die Membran repolarisiert und ist bereit für den nächsten Nervenimpuls.
Membranpotential oder Ruhepotential
Jede erregbare Zelle im Körper besitzt ein elektrochemisches Gleichgewicht an der Plasmamembran, bedingt durch Ionen wie Natrium, Kalium, Chlorid und Magnesium, die in unterschiedlichen Konzentrationen intra- und extrazellulär vorliegen.
Dieser Konzentrationsunterschied ergibt sich aus:
- Der Gesamtmenge der Ionen.
- Dem bestehenden elektrischen Unterschied.
Besonders wichtig sind Natrium (Na) und Kalium (K). Natrium befindet sich in höherer Konzentration außerhalb der Zelle und kann nur über die Natrium-Kalium-Pumpe in die Zelle gelangen. Kalium befindet sich in höherer Konzentration innerhalb der Zelle und kann freier diffundieren. Dies führt dazu, dass das Innere der Zelle im Vergleich zur Außenseite negativ geladen ist (ca. -90 Millivolt).