Elektro-Neurophysiologie

- ist eine auf Erregungsübertragung spezialisierte Zelle - bildet zusammen mit den Gliazellen das Nervensystem

- verästelten Dendriten nehmen Erregung von anderen Zellen auf

- von Gliazellen umhüllt - dient zunächst Fortleitung einer Erregung dieser Zelle in die Nähe anderer Zellen -> dabei wird Spannungsänderung über Fortsatz weitergeleitet, indem kurzzeitige Ionensträme durch Kanäle in der Zellmembran zugelassen werden

- wenn Gliazellen Achsenzylinder durch mehrfache Umwicklungen einhüllen, entsteht aus Membranlamellen isolierende Mark- oder Myelinscheide um Axon - markhalte Nervenfasern leiten Signale 10mal schneller als marklose -> dadurch raschere Reaktionen auf Reize der Umgebung - im ZNS Oligodentrozyten, im PNS Schwannsche Zellen  - an Zellgrenzen jeweils schmale Lücke -> Ranviersche Schnürring/Knoten/Nodus

schützt mechanisch und isoliert Neuriten elektrisch von umgebenden Millieu

Schaltneuron, Pyramidenneuron, Purkinjefasern

das Membranpotential von erregbaren Zellen in Ruhe 

- auf Konzentrationsdifferenzen bestimmter Ionen auf beiden Seiten der Zellmembran - Höhe hängt in erster Linie von Verteilung der Kalium-Ionen ab - passive Einstrom von Natriumionen wird durch aktiven Pumpmechanismus rückgängig gemacht

- durch Potentialdifferenz unterschiedliche Ionenkonzentrationen auf beiden Seiten der Zellmembran - Konzentrationsunterscheide durch energieverbrauchende Transportprozesse aufrechterhalten - Ruhemembranpotential = Mischpotential -> wird aus Gleichgewichtspotentialen aller relevanter Ionen gebildet - wenn Ionen diffundieren, wird elektrische Kraft erzeugt, die Ionen Richtung höhere Konzentration beschleunigt, sodass Bewegung nicht mehr völlig ungerichtet ist & damit kann sich auch kein völliger Konzentrationsausgleich ergeben - irgendwann stellt sich Gleichgewicht ein -> wenn sich elektrische und stoachstische Antrieb gegenseitig aufheben 

- mit der Nerst-Gleichung - bei Gleichgewichtspotential ist elektrochemische Potentialdifferenz für betreffendes Ion 0 - Nettotransport für dieses Ion über Membran findet nicht statt -> es strömen genauso viele Ionen in die Zelle hinein wie aus ihr heraus

- -70mV (Nervenzellen), -90mV (Glia-, Herz-, Skelettmuskelzellen) - K+-Ionenkonzentration intrazellulär 30mal höher als extrazellulär - Na+-Ionenkonzentration intrazellulär 10mal höher als extrazellulär

- weil in Körperzellen keine freie Diffusion stattfindet -> werden durch Zellmembran und die in ihr gelegenen Ionenpumpen & Ionenkanäle aufrecht erhalten - Membran jeder Körperzelle besteht aus einer Phospholipiddoppelschicht & ist für Ionen praktisch undurchlässig -> können nur durch Ionenkanäle hinein - Ionenkanäle sind spezielle Proteine in Membran, die nur bestimmte Ionen passieren lassen -> können geöffnet oder geschlossen sein - Ionenpumpen leisten unte ATP-Verbrauch aktive Transportprozesse gegen Konzentrationsgradienten

das Aktivieren der offenen Ionenkanäle und die damit verbundende Änderung der elektrischen Eigenschaften der Zellen

- Kalium-, Natrium-, Chlordionen - Eiweißanionen

- intrazelluläre Konzentration etwa 20-100mal so groß wie extrazelluläre - Diffusion der geladenen Ionen bewirkt Ladung des Membrankondensators  - Gleichgewichtspotential ist fast Ruhepotential 

- Zellmembran geringfügig für Natrium-Ionen durchlässig - passiver Natrium-Einstrom würde zu Konzentrationsausgleich & Abnahme des Membranpotentials führen - Natrium-Ionen werden daher durch einen aktiven Pumpmechanismus aus Zelle entfernt

- vorübergehende Abweichung des Membranpotentials einer Zelle vom Ruhepotential - Aktionspotential ist konstanter Ablauf von Depolarisation & Repolarisation der Zellmembran -> tritt selbstständig auf, sobald Membran über das Schwellenpotential hinaus depolarisiert wurde

- nur erregbare Zellen können auf Reize hin Aktionspotentiale bilden -> durch kurzfristige Änderungen der Membranleitfähigkeit infolge von Wechselwirkungen besonderer spannungsgesteuerter Ionenkanäle in ihrer Membran - die zeitabhängig unterschiedliche Aktivierung führt zu verschiedenen Ionenströmen mit entsprechend verschobenen Potentialdifferenzen -> deswegen Aktionspotentialverlauf, bei dem auf Phase der Depolarisation Phase der Repolarisation erfolgt, mit nachschwingender Hyperpolarisation - Vorgang läuft selbstständig ab, wenn bestimmtes Schwellenpotential überschritten wird & ist erst nach gewisser Refraktärzeit wieder auslösbar - generell gilt: je näher eine Synapse am Soma ansetzt, desto stärker ist Einfluss auf Nervenzelle, je länger Weg desto schwächer wird Einfluss

- Verminderung des Ruhemembranpotentials auf weniger negative Werte 

- Steigerung der Membranspannung an einer Sinnes-, Nerven- oder Muskelzelle über den Ruhewert -> bedeutet, dass Spannung zwischen Innen- und Außenseite der Membran noch negativer wird

- durch Ausstrom von Kalium-Ionen aus der Zelle muss die Membran unter -50mV repolarisiert werden, damit Natrium-Kanäle wieder aktivierbar sind - Zelle kann deswegen für bestimmten Zeitraum (Refraktärzeit) nicht erneut auf einen Reiz reagieren

überschwellige und unterschwellige Reize

da reicht die Energiemenge um mit den rezeptiven Strukturen der Zelle in Kontakt zu treten & eine zelluläre Signalübertragung einzuleiten -> die führt in zugeordneter Nervenzelle zu Aktionspotentialen

da reicht die Energiemenge nicht, um die zugeordnete Nervenzelle zu erregen

elektrotonische, kontinuierliche und saltatorische Erregungsleitung

- Weiterleitung einer Erregung in Nerven- oder Muskelzellen - je nach Ausbildung der Gliahülle verschiedene Arten der Erregungsleitung möglich -> durch stark ausgebildete Markscheide wird Leitungsgeschwindigkeit der Nervenfaser erhöht - über kurze Distanzen kann elektrotonisch schon schnell weitergeleitet werden -> aber mit Spannungsdifferenz - für größere Entfernungen ist wiederholte Bildung von Aktionspotentialen durch Ionenströme nötig 

- trägt Erregung schnell weiter -> nur über kurze Entfernungen - Membran um Axon ist relativ schlechter Isolator -> nimmt mit zunehmenden Abstand ab

- bei marklosen Nervenfasern können Impulse das Axon entlang weitergegeben werden, indem vom einen erregten Axonbereich ausgehend auf den benachbarten Axonbereich übergreifende Aktionspotentiale fortlaufend ausgelöst werden - wärhend neu erregter Membranabschnitt elektrotonisch depolarisiert wurde & oberhalbt des Schwellenpotentials anfängt Aktionspotential auszubilden, klingt Erregung im zurückliegenden Abschnitt bereits ab & geht in Repolarisierungsphase über - Form der Weiterleitung von Erregungen ist relativ langsam

- bei Wirbeltieren sind die meisten Axone von einer Myelinscheide umhüllt -> in Abständen unterbrochen = Ranvierscher Schnürring - isolierter Abschnitt = Internodium - durch Isolation vergrößert sich Membranlängenkonstante des Axons Membranzeitkonstante verringert sich, da Isolation zur Verringerung der elektrischen Kapazitäten führt - deshalb reale Fortschreitungsgeschwindigkeiten möglich deswegen kann ein Aktionspotential von einen auf den anderen Schnürring ausgelöst werden

- Synapsen = Kontaktbereich eines Neurons mit einem anderen oder einer Effektorzelle - über Synapsen werden die in Aktionspotentialen kodierten Informationen von einer Zelle auf die andere übertragen

- verbinden benachbarte Zellen über Tunnelproteine - finden sich zwischen Gliazellen oder Zellen der Synzytien von Myokard & glatter Muskulatur -> so können niedermolekulare Substanzen in jeweils verbundende Zelle gelangen - auch elektrotonische Erregungsübertragung von Zelle zu Zelle ist möglich

- Zellmembranen der beiden beteiligten Zellen eng benachbart (Spalt dazwischen) - über den Spalt hinweg wird Information durch einen Transmitter übertragen - er wird an Zellmembran des ankommenden Neurons freigesetzt & bindet an Rezeptoren auf Zellmembran des weiterführenden Neurons

- werden im präsynaptischen Fortsatz des Axons in Vesikel gespeichert - über Exotyse gelangen sie in synaptischen Spalt, binden an subsynaptischen Membran an Rezeptoren & werden anschließend inaktiviert - jedes Neuron verwendet in allen seinen Synapsen den gleichen Transmitter

- wird in Membran einer Rezeptorzelle hervorgerufen - ist meistens eine Folge der Öffnung von Natriumkanälen in Rezeptorzelle - folgt nicht dem Alles-oder-nicht-Gesetz -> wächst graduell mit Stärke des Reizes - wenn bestimmter Schwellenwert erreicht wird, erfolgt Aktionspotential

- überträgt Erregung einer efferenten Nervenfaser auf Muskelfaser des Skelettmuskels - für Erregungsübertragung dient Acetylcholin als Neuotransmitter