Tierphysiologie (Fach) / Reizleitung (Lektion)

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• Reizleitung Künstlich herbeigeführte Depolarisation (Veränderung des Potentials) kann auch in einiger Entfernung der Reizelektrode noch gemessen werden, die Höhe des Signals wird immer kleiner. Es gibt zwei Messgrößen, mit denen man die Abnahme der Potentialhöhe charakterisieren kann. -Längenkonstante-Membrankapazität
• Längenkonstante Spannungsänderung, die auf der Membran gemessen werden können, verändern sich mit der Entfernung vom Reizort -> Reizleitung mit Dekrement.Je höher der Widerstand der extrazellulären Flüssigkeit, desto niedriger ist die Reizleitung. Niedriger Widerstand der Membran verringert die Reizleitung.Längenkonstante= Distanz, über die das membranpotenzial auf 37% des Originalwertes abfällt.
• Axonleitung Leitung auf dem Axon ist eine Kombination von elektrotonischer Leitung und von Leitung durch einen Kanal.Membran eines Axons ist nicht dicht auf dicht mit Natriumionen gepflastert, irgendwie muss man von einem Kanal zum Nächsten kommen. Spannungsänderung überträgt sich elektronisch ohne Ionenbewegung.Reizleitung ist eine Kombination aus der elektrotonischen Reizleitung mit Dekrement und dem Strom durch den eigentlichen Kanal.Diese elektronische Leitung ist viel schneller als das Öffnen und Schließen von Kanälen. Wenn die Kanäle weit auseinander gebaut sind, ist die Reizleitung schneller - Lipidbilayer. Der Ladungsfluss verringert sich jedoch mit zunehmender Distanz.
• Membrankapazität Ladungsmenge, die erforderlich ist, um eine Potentialdifferenz zwischen den beiden Oberflächen des Kondensators zu erzeugen. Abhängig von drei Eigenschaften:– Materialeigenschaften (konstant = Lipiddoppelschicht) – Fläche die zur Verfügung steht – Dicke des Isolators (Membrandicke ist genormt, definierte Dicke) → Die Fläche ist der variabelste Parameter und die Zahl der Kanäle, die darin enthalten sind. Fläche ist abhängig vom Durchmesser des Axons, je größer das Axon desto größer die Fläche.
• Zweiter Parameter neben Längenkonstante Die Zeit, die es braucht um auf 37% zurückzukommen.-> MEMBRANZEITKONSTANTE Die Membranzeitkonstante ist vom Widerstand der Zellmembran und Kapazität der Zellmembran bzw. den in der Membran enthaltenen Kanäle abhängig. Niedrigere Membranzeitkonstante bedeutet schnellere Reizleitung.
• Triggerzone =Axonhügel. Der Punkt, wo der schnellste Natriumkanal aufmacht. Wenn ein Schwellenpotenzial am Axonhügel übertroffen wird, öffnen sich an dieser Stelle die schnellsten Natriumkanäle. Das Membranpotenzial wird relativiert durch Einstrom von Natrium in die Zelle.Die Refraktärphase verhindert eine rückwärtsgerichtete Fortpflanzung des Aktionspotentials, das Potential kann nur nach vorne weitergeleitet werden.
• GiantAxon (Tintenfischaxon) Hier wurde untersucht, welche Rolle die Struktur der Axone hat.Axone wurden dort anfangs aufgrund ihrer Größe für Blutgefäße gehalten. Riesenaxone des Tintenfischs gehen über die Mantelmuskulatur drüber und haben einen Röhrencharakter, den man mit bloßem Auge sehen kann. Tatsächlich ist es ein Neuron mit einem Durchmesser von ca. 1mm!Dies dient als Fluchtreaktion. Flüssigkeit im Mantel enthalten wird durch Kontraktion der Mantelmuskulatur über das Siphon ausgestoßen und der Tintenfisch kann durch das Rückstromprinzip schnell die Flucht ergreifen. Voraussetzung ist die gleichzeitige Aktivierung und Kontraktion der Muskeln Richtung Siphon. Es muss eine entsprechende Koordination geben, dass der Reiz hinten genauso schnell ankommt wie vorne. Die Kontraktionswelle muss von hinten nach vorne gehen und das Wasser vorne über das Siphon herauspressen. Dies geschieht über die Struktur der Axone.
• Riesenaxone Haben hohe Leistungsgeschwindigkeit.Kapazität einer Membran ist invers proportional zur Oberfläche und hat mehr leaky Kanäle, daher niedriger Widerstand.Haben auch ein größeres Volumen, was wiederum den Widerstand senkt. Insgesamt erhöht sich die Längenkonstante und damit die Leistungsfähigkeit.
• Wie, wo, was, läuft der Reiz? Reiz läuft Axonkabel herunter, die elektrotonische Leitung ohne Natriumkanal ist schneller, aber mit Dekrement, wenn der nächste Natriumkanal zu weit weg ist, geht der Reiz verloren.Erst wenn der nächste Natriumkanal erreicht und das Membranpotenzial relativiert wird, kann zum nächsten Kanal fortgesetzt werden.Das Aktionspotenzial wird von Kanal zu Kanal weitergeleitet und jeweils auf Ursprungshöhe zurückgebracht. Wenn man es schafft, zwischen den Kanälen das Dekrement so groß zu machen, dass der nächste Kanal nicht mehr erreicht wird, müsste die Reizleitung unterbrochen werden.Um WIderstand zu erhöhen, muss die Membran gekühlt werden. Reizleitung kann unterbrochen werden, Potenzial geht auf null herunter.
• Welche Nervenbahnen haben welche Reizleitungsgeschwindigkeiten? Und kann die Reizleitungsgeschwindigkeit mit der Größe der Nervenbahnen in Beziehung gesetzt werden? Riesenaxone haben eine Leitungsgeschwindigkeit von 30 m/sek. Je dünner der Nerv desto langsamer die Reizleitungsgeschwindigkeit. Das stimmt nur für NICHT MYELINIERTE Nervenbahnen.Nervenbahnen können MYELINIERT werden (Ummantelung der Axone, die für die Reizleitungsgeschwindigkeit eine große Rolle spielt). Auch innerhalb der myelinierten Nervenbahnen ist die Dicke der Nervenbahn ein Faktor für die Leitungsgeschwindigkeit. Die myelinisierten Nervenbahnen sind in der Reizleitung wesentlich schneller. → Myelinisierung ist ein Parameter, der die Nervenbahnen wesentlich schneller macht
• Myelinscheiden Von Oligodendrocyten gebildet. Oligodendrocyten = Zellen, die man insgesamt als GLIAZELLEN bezeichnet.Myelinscheiden liegen um die Axone. Myelinscheide = ein Membranauswuchs, der sich um ein Axon wickelt. Axon ist somit in einer mehrschichtigen Doppelmembran eingewickelt.Es gibt Unterbrechungen beim Einwickeln: Ranvier'sche Schnürringe, Internodien oder Schwann'sche Zellen Die Myelinisierung der Axone bedeutet einen sehr hohen elektrischen Widerstand. Dort wo die Axone eingepackt in die Myelinscheide sind, gibt es keine Kanäle, sondern nur elektrotonische Weiterleitung. Die Kanäle sitzen nur dort und damit finden die Ionenströme nur in den Schnürringen statt. Der Reiz springt also von Schnürring zu Schnürring über das Axon bis zur terminalen Synapse. Die elektrotonische Leitung über die Myelinscheide ist schneller als die Ionenströme die immer an den Schnürringen bzw. den Kanälen stattfinden. Das kann auch gemessen und damit bewiesen werden. Dort wo die Kanäle sitzen und die Ionen strömen verliert man etwas Zeit → SALTATORISCHE (Springende) Reizleitung.
• Nicht-myelinisierte Axone =Reizleitung mit Dekrementdie myelinisierten Nervenbahnen haben eine saltatorische Reizleitung und damit eine deutlich schnellere Reizleitung.
• Wo findet man myelinisierte Axone? Vor allem bei Wirbeltieren. Wenn Axone nicht myelinisiert sind, müssen sie groß sein, damit eine hohe Reizleitung erreicht wird. Daraus entstehen aber Nachteile. Die Myelinisierung erlaubt also eine schnelle Reizleitung bei kleinen Strukturen. Mit relativ feinen Strukturen können hohe Reizleitungsgeschwindigkeiten erreicht werden. Auch beim Menschen gibt es aber unmyelisierte Nervenbahnen.Es gibt Erkrankungen, z.B. multiple Sklerose, wo die Myelinscheide durch einen Autoimmunprozess langsam degeneriert, dies führt zu einer massiven Beeinträchtigung der Beweglichkeit. In den verloren gegangenen Myelinscheiden treten Leckströme auf, die die Reizleitung drosseln und oft total blockieren. Der Reiz geht verloren.
• Synaptische Übertragung An der Synapse kommt ein Aktionspotenzial an. Der Reiz kommt an der Präsynapse an, danach kommt der synaptische Spalt, die darunter liegende Zelle bildet an der gleichen Stelle eine Synapse die als Postsynapse bezeichnet wird.Wenn das Aktionspotenzial ankommt, kommt es zur Depolarisation der Membran der Präsynapse, es strömen positive Ladungen (Na) ein. Ein zweites positiv geladenes Ion is Kalzium. Depolarisation löst in der Präsynapse den Einstrom von Kalziumionen aus. Die Depolarisation öffnet Kalziumkanäle, dies führt dazu, dass Vesikel mit der Präsynaptischen Membran verschmelzen, es kommt zu einer Exocytose.Vesikel enthalten chemische Botenstoffe (Transmitter), welche in den synaptischen Spalt hinein kommen. An der postsynaptischen Zelle strömen durch diese chemischen Botenstoffe, die erkannt werden, positive Ladungen ein -> Depolarisation der Membran. Wenn diese eine bestimmte Schwelle übertreten, wird ein Aktionspotenzial übertragen.Die Prozesse müssen im zeitlichen Aspekt kontrollierbar sein. Eine Depolarisation sollte an der Postsynapse wieder abgestellt werden können. Es muss ein kurzfristiges Phänomen sein, die Reaktion sollte genauso schnell terminierbar wie aktivierbar sein. Nur damit können kurzfristige schnelle Reaktionen erfolgen.Der Transmitter, der in den synaptischen Spalt kommt, müsste auch wieder schnell herauskommen, damit das Signal gelöscht wird. Der Transmitter diffundiert aus dem synaptischen Spalt und wird zusätzlich in der Präsynapse wieder aufgenommen und teilweise dort abgebaut.
• Transmitter Wichtigster: AcetylcholinIn Vesikel verpackt und wenn Kalziumeinstrom kommt, verschmelzen die Vesikel mit der präsynaptischen Membran.Im synaptischen Spalt wird Acetylcholin in Cholin und Acetat gespalten.In der Postsynapse gibt es cholinerge Rezeptoren, das Cholin wird in die Axonterminale zurücktransportiert und erneut zur Synthese von Acetylcholin verwendet.Alle Acetylcholin-Moleküle die nicht an einen Rezeptor gehen, werden sofort gespalten, dieser extrem schnelle Abbau bedingt eine kurzzeitige Erregung, da das Signal sofort wieder verloren geht.Alle Acetylcholin-Moleküle die nicht an einen Rezeptor gehen, werden sofort gespalten, dieser extrem schnelle Abbau bedingt eine kurzzeitige Erregung, da das Signal sofort wieder verloren geht.
• Neuromuskuläre Synapsen Membranpotenzial ist nicht stabil, kommt zu spontanen miniatur-Endplattenpotenzialen.Synapse ist spotan aktiv und es kommt zu einer unterschwelligen Depolarisation. Dieses Phänomen taucht bei allen neuromuskulären Synapsen auf.Weil Depolarisationn unterschwellig sind wird keine Kontraktion ausgelöst.  Der Reiz reicht zwar aus um die Postsynapse zu erreichen, aber nicht, diese überschwellig zu reizen. Nur wenn die Postsynapse überschwellig erreicht wird, löst dies ein Aktionspotential aus

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