Elektrophysiologie der Nervenleitung

Präsentation zum Thema: "Elektrophysiologie der Nervenleitung"—  Präsentation transkript:

1 Elektrophysiologie der Nervenleitung
Elektrostatik der Nervenleitung (Nernst-Potential, Goldman-Gleichung Elektrodynamik (Aktionspotentiale, Hodgkin-Huxley Gleichung) Fortpflanzung der Aktionspotentiale entlang des Axons (Kabelgleichung) Vereinfachte Modelle (Fitzhugh-Modell) H.Gaub / SS 2007 BPZ§4.2

2 Experimentelle Untersuchung der Aktionspotentiale
Messung eines Aktionspotentials in einem Squid-Axon 10 msec H.Gaub / SS 2007 1 mm BPZ§4.2

3 Folgende Beobachtungen müssen erklärt werden:
• Das Aktionspotential ist eine Alles-oder-Nichts Antwort. Es zeigt ein Schwellenverhalten. • Das Aktionspotential pflanzt sich mit konstanter Geschwindigkeit fort (0.1 bis 150 m/s). Vgl. Fortpflanzungsgeschwindigkeit in einem Draht! • Am Ende des Aktionspotentials fällt das Membranpotential unter den Gleichgewichtswert (Hyperpolarisation). • Direkt nach einem Aktionspotential ist der Nerv für eine kurze Zeit schwerer Erregbar als im Ruhezustand (Refraktärzeit): H.Gaub / SS 2007 BPZ§4.2

4 Die Spannungsklemme H.Gaub / SS 2007 BPZ§4.2

5 Verlauf der Ströme bei einem Aktionspotential
H.Gaub / SS 2007 BPZ§4.2

6 Entfernung von Natrium
H.Gaub / SS 2007 BPZ§4.2

7 Selektives Blockieren der Kanäle
Tetrodotoxin Tetraethylammonium H.Gaub / SS 2007 BPZ§4.2 (Fugu)

8 Der Natriumkanal braucht 2 “Schalter”
H.Gaub / SS 2007 BPZ§4.2

9 Ein Ersatzschaltbild H.Gaub / SS 2007 BPZ§4.2

10 Na-Einzelkanalströme mit Patch-Clamp
Bert Sakmann & Erwin Neher Nobelpreis Physik 1991 H.Gaub / SS 2007 BPZ§4.2

11 Current flux through individual voltage-gated channels determined by patch clamping of muscle cells
H.Gaub / SS 2007 BPZ§4.2

12 Dem Stromsignal liegen stochastische Öffnungs- und Schließvorgänge einzelner Kanäle zugrunde
H.Gaub / SS 2007 BPZ§4.2

13 Die Hodgkin-Huxley Gleichung
gNa(t) gK(t) 0 ≤ h(Vm,t), m(Vm,t), n(Vm,t) ≤ 1 , : Maximale Leitfähigkeiten n,m,h: Wahrscheinlichkeiten, daß Kanal geöffnet ist H.Gaub / SS 2007 BPZ§4.2

14 Ein einfaches Modell für die Wahrscheinlichkeiten n,m,h
Zwei Zustände, analog zu chemischer Reaktion Randbedg. Randbedg. q steht für n,m oder h H.Gaub / SS 2007 BPZ§4.2

15 H.Gaub / SS 2007 BPZ§4.2

16 Wie hängen die Raten von der Spannung ab?
Anlegen einer Spannung: l:Membrandicke H.Gaub / SS 2007 BPZ§4.2

17 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 Fermifunktion H.Gaub / SS 2007 BPZ§4.2

18 H.Gaub / SS 2007 BPZ§4.2

19 Wie hängen die Zeitkonstanten von der Membranspannung ab?
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20 H.Gaub / SS 2007 BPZ§4.2

21 H.Gaub / SS 2007 BPZ§4.2

22 Wieviele Ladungen müssen fließen?
Cm ≈ 1 µF/cm2 H.Gaub / SS 2007 BPZ§4.2