Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.

Präsentation zum Thema: "Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C."—  Präsentation transkript:

1 Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Ruhepotenzial Aktionspotenzial Erregungsleitung … eine Einführung in die Neurophysiologie Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.

2 Die Ionenverteilung bei Nervenzellen
Lebende Zellen besitzen in ihrem Inneren verschiedene Ionen. divining.html Auch außerhalb der Zelle finden wir eine bestimmte Ionenverteilung. neuralnetworks.ai-depot.com/3-Minutes/ Biological-Neuron.jpe Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.

3 Die Ionenverteilung bei Nervenzellen
Ionen im Cytoplasma (Zellinneren) Zellmembran A- K+ Cytoplasma: K+ - Ionen K+ K+ K+ A- A- Organische - Anionen A- K+ A- Axon Im Cytoplasma der Zellen finden wir sehr viele Kalium-Kationen und organische Anionen. Da sich die Ladungen der Kationen und Anionen aufheben, haben wir keine Spannung (elektrisches Potenzial ) im Inneren der Zelle. Da aber außerhalb der Zelle diese Ionen nicht (oder nur sehr wenig) vorkommen, ist das chemische Potenzial groß: Die Ionen wollen also nach außen! A- Diese Ionen haben das Bestreben, durch die Zellmembran nach außen zu gelangen. A- K+ A- K+ K+ A- K+ Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C. Bildquelle:

4 Die Ionenverteilung bei Nervenzellen
Ionen im Außenmedium: Na+ Cl- Na+ Na+ Cl- Cl- Außen: Na+ - Kationen Na+ Cl - Anionen Cl- Im Außenmedium finden wir sehr viele Natrium-Kationen und Chlor-Anionen. Da sich die Ladungen der Kationen und Anionen aufheben, haben wir keine Spannung (elektrisches Potenzial ) außerhalb der Zelle. Da aber innerhalb der Zelle diese Ionen nicht (oder nur sehr wenig) vorkommen, ist das chemische Potenzial groß: Die Ionen wollen also nach innen! Diese Ionen haben das Bestreben, durch die Zellmembran nach innen zu gelangen. Cl- Na+ Na+ Cl- Cl- Na+ Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.

5 Die Ionenverteilung bei Nervenzellen
Na+ Cl- Na+ Na+ Cl- Cl- Cytoplasma: K+ - Ionen K+ K+ K+ K+ K+ A- A- Organische - Anionen A- Das elektrische Potenzial ist hier noch null. Aber durch das chemische Potenzial angetrieben, wollen alle 4 Ionentypen durch die Membran diffundieren. Dies gelingt aber nur den (positiven) Kationen. Da die Anionen nicht durch die Membran durchkönnen, sind sie für uns in weiterer Folge uninteressant und werden in den kommenden Folien der Einfachheit halber weggelassen. Außen: Na+ - Kationen Na+ A- A- Cl - Anionen Cl- K+ K+ K+ K+ Na+ Na+ Na+ Cl- Cl- Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.

6 K+ und Na+ können die Membran durch eigene „Kanäle“ durchdringen!
Die Ionenverteilung bei Nervenzellen Na+ Na+ Na+ Na+ K+ - Kanal (tw. geöffnet) K+ K+ K+ K+ K+ und Na+ können die Membran durch eigene „Kanäle“ durchdringen! In der Zellmembran gibt es Na+ und K+ - Kanäle, welche die jeweiligen Ionen durchlassen. Die Natrium-Kanäle sind jedoch fast zur Gänze geschlossen, sodass fast kein Natrium in die Zelle hineingelangt. Die Kalium-Kanäle sind jedoch (tw.) geöffnet und können austreten: Wenn aber K+ Ionen austreten, sinkt zwar das chemische Potenzial, aber das elektrische Potenzial steigt. (Das Axon nähert sich einem elektrochemischen Gleichgewicht.) K+ K+ K+ K+ Na+ - Kanal (geschlossen) Na+ Na+ Na+ Na+ Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.

7 Die Ionenverteilung bei Nervenzellen
Na+ Cl- K+ K+ Na+ Cl- K+ K+ K+ Kalium-Ionen gelangen nach außen und machen deshalb das Außenmedium elektrisch positiver. A- A- Hier sieht man die tatsächliche Ionenverteilung in Nervenaxonen: K+ und A- im Inneren Na+ und Cl- im Außenmedium, zusätzlich noch wenige K+ Ionen. A- A- K+ K+ K+ Na+ Na+ Cl- Cl- K+ Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.

8 Die Ionenverteilung bei Nervenzellen
Na+ Cl- K+ K+ Na+ Cl- Diese Spannungs-differenz ist mit einem Messgerät messbar! K+ K+ K+ A- A- Durch den K+ Überschuss im Außenmedium entsteht eine elektrische Spannung an der Membran. Diese Spannung ist mit einem Messgerät (Voltmeter) messbar. A- A- K+ K+ K+ Na+ Na+ Cl- Cl- K+ Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.

9 Die Ionenverteilung bei Nervenzellen
Na+ Cl- K+ K+ Na+ Cl- - 70 mVolt K+ K+ K+ A- A- In diesem Gleichgewichtszustand hat die Zelle -70 Millivolt elektrische Spannung gegenüber der Außenwelt. A- A- K+ K+ K+ - 70 mVolt Na+ Na+ Cl- Cl- K+ Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.

10 Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Elektrisches Potenzial einer Nervenzelle: Jede Zelle (ob Einzeller oder Vielzeller) hat ein bestimmtes chemoelektrisches Gleichgewicht. Wissenschaftler haben es geschafft, das elektrische Potenzial von diesem Gleichgewicht mit einem Messgerät (Voltmeter) zu messen: Bei Nervenzellen ist diese Spannung -70 mVolt. Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C. Bildquelle: verändert

11 Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Das elektrische Potenzial von lebenden Zellen beträgt mVolt (Millivolt). Man nennt dieses Potenzial einer Zelle !! Das Ruhepotenzial einer Nervenzelle ist das elektrische Potenzial, die Spannung also, die man dann messen kann, wenn sich die Zelle im elektrochemischen Gleichgewicht befindet. Die messbare elektrische Spannung beträgt je nach Zelltyp zw. 60 und 90 mV. !! RUHEPOTENZIAL Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.

12 Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
!! !! RUHEPOTENZIAL Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.

13 Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
Erregbare Zellen: Nervenzellen Muskelzellen Alle Zellen besitzen ein Ruhepotenzial, aber nur Nerven- und Muskelzellen können ihr Potenzial ändern. Man nennt sie deshalb „erregbare Zellen“. Verantwortlich für die Änderung des Ruhepotenzials ist immer ein Reiz. Reize können vielfältiger Natur sein: bei sensorischen Nerven: Licht (für die Sehzellen des Auges), Wärme, Kälte, Druck (für die Sinneszellen der Haut), eine Erregung von einer anderen Nervenzelle über eine Synapse (Synapsen werden in der nächsten Stunde behandelt). Im folgendem Schema wird ein Axon an einer bestimmten Stelle gereizt (z.B. durch einen künstlichen Stromstoß). Was passiert? <Klick> Beck: Sinnes-Nerven-und Muskelzellen sind die einzigen Zellen, die auf einen Stimulus (Reiz) hin ihr Membranpotential ändern können. Diese Potenzialänderung entsteht, wenn Information von einer Sinneszelle übertragen wird, oder anderen Nervenzellen übertragen werden, oder wenn das Neuron künstlich durch Anlegen einer Spannung, oder Änderung der Ionenkonzentrationen erregt wird. Auch durch Druck kann eine Membranpotentialänderung ausgelöst werden. Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.

14 Ruhezustand eines Nervenaxons:
K+ Na+ Na+ K+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ Zur Wiederholung: die Kationenverteilung bei Nervenaxonen (Ruhepotenzial): Kalium-Kationen befinden sich im Axon, Natrium-Kationen im Außenmedium. Allerdings sind so viele Kalium-Kationen nach außen gewandert, bis das elektrochemische Gleichgewicht erreicht wurde. K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ K+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ K+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.

15 Was passiert in der Mitte des Schemas?
Reiz Na+ Na+ Na+ K+ Na+ Na+ K+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ K+ K+ K+ K+ K+ Na+ K+ K+ Na+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ Na+ K+ Na+ K+ K+ K+ K+ Na+ Na+ In der Mitte sieht man, dass die Natrium-Ionen plötzlich stark in die Zelle hineinströmen. Die Ursache ist, dass sich bei einem Reiz die Natrium-Kanäle schlagartig öffnen. Na+ Na+ K+ K+ K+ Na+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ Na+ K+ K+ K+ Na+ K+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ K+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ K+ Na+ Na+ Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.

16 Was passiert mit der elektr. Spannung?
Na+ Na+ K+ Na+ K+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ K+ K+ K+ Na+ Na+ K+ K+ K+ K+ Na+ K+ K+ K+ K+ K+ Na+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ Na+ Na+ Na+ K+ K+ K+ Na+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ Na+ K+ Na+ K+ K+ K+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ K+ Na+ Na+ Na+ Na+ K+ mVolt Na+ Na+ Na+ Phase 1: Durch den Einstrom von Natrium-Ionen wird das elektrische Potenzial positiver. Je größer der Reiz, umso mehr Na-Poren öffnen sich und umso mehr Ionen strömen ein. D.h.:.je größer der Reiz, umso höher die Spannungsänderung. Erhöht sich die Spannung an einer Zellmembran, dann spricht man von Depolarisation. Vertiefende Darstellung: Es ist zu einer Depolarisierung der Membran gekommen. Die Ursachen hierfür können vielfältiger Art sein und brauchen uns jetzt nicht weiter zu interessieren. Die meisten Natriumkanäle der Axonmembran sind spannungsgesteuert und öffnen sich, sobald die Membran depolarisiert wird. Dies hat zur Folge, dass weitere Natrium-Ionen in die Zelle einströmen, die die Membran stärker depolarisieren und auf diese Weise dafür sorgen, dass sich noch mehr Natrium-Kanäle öffnen. So wird eine positive Rückkopplung (Aufschaukelkreis) in Gang gesetzt, die schließlich zu einem Aktionspotenzial führen kann. ? -50 -70 Ruhepotenzial Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.

17 Was passiert mit der elektr. Spannung?
Na+ 1 Na+ K+ Na+ K+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ K+ Na+ K+ K+ Na+ K+ K+ K+ K+ Na+ K+ K+ K+ K+ K+ Na+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ Na+ Na+ Na+ K+ K+ K+ Na+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ Na+ K+ Na+ K+ K+ K+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ K+ Na+ Na+ Na+ Na+ K+ Na+ Na+ Na+ mVolt Phase 1: Durch den Einstrom von Natrium Ionen wird das elektrische Potenzial positiver. Je größer der Reiz, umso mehr Na-Poren öffnen sich und umso mehr Ionen strömen ein. D.h.:.Je größer der Reiz, umso höher die Spannungsänderung. Erhöht sich die Spannung an einer Zellmembran, dann spricht man von Depolarisation. Vertiefende Darstellung: Es ist zu einer Depolarisierung der Membran gekommen. Die Ursachen hierfür können vielfältiger Art sein und brauchen uns jetzt nicht weiter zu interessieren. Die meisten Natriumkanäle der Axonmembran sind spannungsgesteuert und öffnen sich, sobald die Membran depolarisiert wird. Dies hat zur Folge, daß weitere Natriumionen in die Zelle einströmen, die die Membran stärker depolarisieren und auf diese Weise dafür sorgen, daß sich noch mehr Natriumkanäle öffnen. So wird eine positive Rückkopplung (Aufschaukelkreis) in Gang gesetzt, die schließlich zu einem Aktionspotenzial führen kann. -50 ? 1 Ruhepotenzial -70 Durch Na+ Einstrom Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.

18 Was passiert mit dem elektrischen Potenzial ?
Na+ K+ K+ Na+ Na+ Na+ K+ Na+ Na+ 2 Na+ K+ K+ Na+ K+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ K+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ K+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ K+ Na+ K+ K+ K+ K+ Na+ K+ K+ K+ K+ K+ Na+ Na+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ Na+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ Na+ Na+ Na+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ Na+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ Na+ K+ Na+ K+ K+ K+ K+ Na+ Na+ Na+ Na+ K+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ K+ K+ Na+ Na+ K+ Na+ Na+ Na+ K+ K+ Na+ Na+ Na+ mVolt Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ K+ K+ Na+ Durch das Schließen der Natriumkanäle und den Ausstrom durch Kalium-Ionen wird die Depolarisation zum Ausgangswert (-70 mV) zurückgeführt. -50 2 -70 Durch Na+ Einstrom Durch K+ Ausstrom Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.

19 Was passiert mit der falschen Ionenverteilung?
Na+ Na+ Na+ Na+ K+ K+ K+ Na+ Na+ K+ K+ Na+ Na+ 2 K+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ K+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ K+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ K+ Na+ K+ K+ K+ K+ Na+ K+ K+ K+ K+ K+ Na+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ Na+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ Na+ Na+ Na+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ Na+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ Na+ K+ Na+ K+ K+ K+ K+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ K+ Na+ Na+ Na+ K+ K+ Na+ K+ Na+ Na+ Na+ Na+ K+ K+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ mVolt Na+ Na+ Na+ K+ K+ Na+ Die Membranspannung hat den Wert des Ruhepotenzials fast wieder erreicht, aber die Kalium- und Natrium-Ionen befinden sich an der falschen Stelle: Im Axoplasma sind zu viele Natrium-Ionen und zu wenige Kalium-Ionen. Jetzt endlich kommt die Natrium-Kalium-Pumpe voll zur Geltung: Sie stellt die ursprünglichen Konzentrationsverhältnisse wieder her. -50 Na-K Pumpen! (klick hier) 2 ? -70 Durch Na+ Einstrom Durch K+ Ausstrom Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.

20 Was passiert mit der falschen Ionenverteilung?
Na+ Na+ Na+ Na+ K+ K+ K+ Na+ Na+ K+ K+ Na+ Na+ 3 K+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ K+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ K+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ K+ Na+ K+ K+ K+ K+ Na+ K+ K+ K+ K+ K+ Na+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ Na+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ Na+ Na+ Na+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ Na+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ Na+ K+ Na+ K+ K+ K+ K+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ K+ Na+ Na+ Na+ K+ K+ Na+ K+ Na+ Na+ Na+ Na+ K+ K+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ mVolt Na+ Na+ Na+ K+ K+ Na+ Erst wenn sowohl die Ladungs- wie auch die Konzentrationsverhältnisse des Ruhezustandes wieder erreicht sind, kann an dieser Stelle der Axonmembran eine neue Depolarisation entstehen. Die Zeit, in der die Ionenpumpen die Ionen wieder zurückpumpen, nennt man Refraktärzeit. -50 Na-K Pumpen! Refraktärzeit 3 -70 Durch Na+ Einstrom Durch K+ Ausstrom Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.

21 Was passiert mit der falschen Ionenverteilung?
Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ K+ K+ Na+ Na+ Na+ K+ K+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ 4 K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ K+ K+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ K+ K+ Na+ Na+ Na+ mVolt Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Erst wenn sowohl die Ladungs- wie auch die Konzentrationsverhältnisse des Ruhezustandes wieder erreicht sind, kann an dieser Stelle der Axonmembran eine neue Depolarisation entstehen. Die Zeit, in der die Ionenpumpen die Ionen wieder zurückpumpen, nennt man Refraktärzeit. Na+ Na+ -50 Na-K Pumpen! Refraktärzeit 4 -70 Durch Na+ Einstrom Durch K+ Ausstrom Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.

22 Erregbare Zellen können ihr Membranpotenzial ändern
Depolarisation mVolt -50 Refraktärzeit Ruhepotenzial -70 Durch Na+ Einstrom Durch K+ Ausstrom Übersicht über eine Depolarisation an einem Nervenaxon Solche Änderungen nennt man Depolarisation Eine Depolarisation entsteht durch einen Reiz Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.

23 Was ist ein Aktionspotenzial (AP) ?
+ 40 mV Depolarisation - 70 mV Ruhepotenzial Spannung steigt Aktionspotenzial Die Abbildung oben ist in zwei Hälften aufgeteilt. Unten sieht man elektrische Reize, die auf eine Nervenzelle einwirken: zunächst einen sehr kleinen Reiz, dann einen größeren und so weiter. Oben sieht man die Antwort eines Axons. Auf den kleinen Reiz reagiert das Axon mit einer kleinen Depolarisierung. Das Membranpotential wird etwas positiver, geht vielleicht von -70 mV auf -50 mV hoch. Auf den nächsten Reiz reagiert das Axon schon stärker; die Depolarisierung ist größer. Auf den dritten Reiz reagiert das Axon in völlig anderer Weise. Nach der Faustregel "je stärker der Reiz, desto stärker die Depolarisierung" ist die dritte Depolarisierung stärker als die ersten beiden. Aber im Gegensatz zu den ersten beiden Versuchen kommt es zu einer plötzlichen Verstärkung der Depolarisierung, wenn das Membranpotential einen gewissen Schwellenwert (je nach Neuron unterschiedlich, aber im Bereich um -30 mV) überschreitet. Selbstverstärkende Prozesse sorgen dann für die Ausbildung eines so genannten Aktionspotenzials. Auf dem Gipfel eines solchen Aktionspotenzials hat die Membran des Axons ein elektrisches Potenzial von ca. +40 mV. Der vierte Reiz ist noch stärker als der dritte. Aber reagiert die Membran mit einem noch höheren Aktionspotenzial? Nein! Die Höhe des Aktionspotenzials ist fest vorgegeben, aus physikalisch-chemischen Gründen kann ein bestimmter Wert (so um die +40 mV) nicht überschritten werden. Aber dieser Wert kann schneller erreicht werden, wenn der Reiz größer ist. Das sieht man auf der Abbildung ganz deutlich. Reiz: z.B. ein Stromschlag Kein Reiz Kleiner Reiz überschwelliger Reiz Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C. Bildquelle: /verändert

24 „Alles-oder-Nichts-Prinzip“
2 wichtige Tatsachen: Reize, welche zu schwach (unterschwellig) sind, lösen kein Aktionspotenzial aus! Bei allen überschwelligen Reizen sind die Aktionspotenziale gleich groß, unabhängig von der Reizintensität! Unter einem Aktionspotenzial versteht man eine plötzliche Spannungsumkehr an der Membran eines Axons. Normalerweise besteht an der Membran ein Ruhepotenzial von ca. -70 mV (wobei die Membraninnenseite negativ geladen ist), während eines Aktionspotenzials können aber Spannungen von ca. +30 mV gemessen werden. Daher eignen sich Aktionspotenziale ganz ausgezeichnet, um Informationen zu transportieren. Im Ruhezustand befindet sich die Membran des Axons sozusagen im Zustand "AUS", während eines Aktionspotenzials dagegen im Zustand "EIN". Auch die elektronische Datenverarbeitung basiert auf diesem digitalen Prinzip „Alles-oder-Nichts-Prinzip“ Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.

25 Denkaufgabe: APs werden durch überschwellige Reize ausgelöst, sind aber immer gleich groß. Wie unterscheiden sich 2 APs bei einem * knapp überschwelligen Reiz und einem * stark überschwelligen Reiz? Bei stark überschwelligen Reizen wird das AP schneller erreicht und ist insgesamt gesehen (zeitlich) kürzer. Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.

26 Der Spannungsverlauf beim AP
Aktionspotenzial Schwellenwert Ruhepotenzial Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.

27 Weiterleitung des Aktionspotenzials im Axon:
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28 Weiterleitung des APs im Axon
-70 mV +40 Das AP, das an einer bestimmten Membranstelle abläuft (hier durch einen künstlichen Reiz), bewirkt durch die Umpolung der Membran Ausgleichströmchen zu den nicht erregten Nachbar-Membranstellen, die Membran der Nachbarregion wird depolarisiert -- bei Überschreitung des Schwellenwerts wird auch dort ein neues AP ausgelöst (bei künstlicher Reizung mitten im Axon nach beiden Seiten). Die APs entstehen hintereinander entlang des Axons immer wieder neu. Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C. Bildquelle:

29 Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
-70 mV +40 -70 mV mVolt +40 Auch hier wird die Schwelle überschritten Schwellenpotenzial -50 -70 Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C. Bildquelle:

30 Zwei neue APs entstehen
-70 mV +40 -70 mV mVolt +40 Zwei neue APs entstehen Schwellenpotenzial -50 -70 Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C. Bildquelle:

31 Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
-70 mV +40 -70 mV mVolt +40 Schwellenpotenzial -50 -70 Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C. Bildquelle:

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-70 mV +40 -70 mV mVolt +40 Jetzt wird hier die Schwelle überschritten Schwellenpotenzial -50 -70 Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C. Bildquelle:

33 Zwei neue APs entstehen
-70 mV +40 -70 mV mVolt +40 Zwei neue APs entstehen Schwellenpotenzial -50 -70 Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C. Bildquelle:

34 Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
+40 -70 mV mVolt +40 Schwellenpotenzial -50 -70 Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C. Bildquelle:

35 Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.
+40 -70 mV mVolt +40 Schwellenpotenzial -50 -70 Refraktärzeit !! Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C. Bildquelle:

36 Nervenzellen leiten aber immer nur in EINE Richtung !
Ein Nerv kann einen Reiz ausschließlich in eine Richtung leiten. Durch die Refraktärzeit ist es dem Aktionspotenzial unmöglich zurückzu“laufen“. Sensorische Nerven leiten Reize von außen (z.B. Wärme von der Haut, Schall von den Ohren, Lichtreize von den Augen) zum Zentralnervensystem, niemals umgekehrt. Motorische Nerven leiten Reize vom ZNS nach „außen“ (z.B. Befehle an die Beinmuskeln oder an die Verdauung ), niemals umgekehrt. Wie rasch marklose Axone die Erregung leiten, hängt von ihrem Querschnitt ab. Die 1µm dicken marklosen Schmerzfasern der Katze erreichen 1 m/s, die 500 µm dicken Riesenfasern der Tintenfische 20m/s. Laufrichtung AP Refraktärzeit Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C. Bildquelle:

37 Die Bedeutung der Ranvier - Schnürringe
Beim markhaltigen Axon verhindert die Schwannsche Scheide die Erregung der direkt benachbarten Stellen. APs können auch nur an den Ranvierschen Schnürringen entstehen. Die Wechselwirkung der Ionen kann ebenfalls nur dort stattfinden. Da sich die Schnürringe in ca. 1mm Abstand befinden, entsteht im markhaltigen Axon alle 1 mm ein AP. Die Erregung wird somit viel schneller weitergeleitet, bis 130 m/sec. Man nennt die von Schnürring zu Schnürring hüpfende Erregung saltatorische Erregungsleitung. Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C. Bildquellen: oben: unten:

38 Saltatorische Erregungsleitung
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39 Kontinuierliche und Saltatorische Erregungsleitung im Vergleich
5 Meter pro Sekunde Da sich die Schnürringe in ca. 1mm Abstand befinden, entsteht im markhaltigen Axon alle 1 mm ein AP. Die Erregung wird somit viel schneller weitergeleitet, bis 130 m/sec. Wirbellose haben nur marklose Fasern, Wirbeltiere haben hauptsächlich schnelle markhaltige Fasern (z.B. motorische Fasern) und langsame marklose Fasern z.B. Axone der Schaltzellen in der Netzhaut. 50 Meter pro Sekunde Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C. Bildquelle:

40 Unterschiedliche Erregungsleitung bei verschieden starken Reizen:
Reizstärke: niedrige Frequenz Niedrige Frequenz mittlere Frequenz Bei kleinen Reizen (z.B. ein leiser Ton) werden nur wenige Aktionspotenziale pro Sekunde ans Gehirn geschickt. Bei großen Reizen (z.B. ein lauter Ton) werden viele APs pro Sekunde zum Gehirn geschickt. hohe Frequenz Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.

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Ende Erstellt von Braun M., Kunnert V., Pichler C.

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