Erregungsleitung

Ablauf eines Aktionspotentials

Ruhepotential: Die Zellmembran einer Nervenzelle ist polarisiert, was bedeutet, dass sie eine Ladungsunterschied zwischen dem Inneren und dem Äußeren aufweist. Diese Polarisation wird durch die Verteilung von Ionen über die Membran aufrechterhalten, insbesondere durch Kalium- und Natriumionen.
Depolarisation: Ein Reiz, wie zum Beispiel ein elektrisches Signal von einer anderen Nervenzelle, löst die Depolarisation aus. Dabei öffnen sich spannungsgesteuerte Natriumkanäle, und Natriumionen strömen schnell in die Zelle ein, wodurch die Ladung im Inneren positiver wird.
1. Schwellenwert: Wenn die Depolarisation einen kritischen Schwellenwert erreicht, löst dies eine Kaskade von Ereignissen aus. Die Spannungsgesteuerten Natriumkanäle öffnen sich vollständig, was zu einem schnellen und starken Einstrom von Natriumionen führt.
2. Aktionspotential: Dies ist der Höhepunkt der Depolarisation, bei dem die Membranpotentialdifferenz kurzzeitig umkehrt, und das Innere der Zelle wird positiver als das Äußere. Dieses Aktionspotential dient dazu, das Signal entlang der Nervenzelle weiterzuleiten.
3. Repolarisation: Nachdem das Aktionspotential ausgelöst wurde, öffnen sich spannungsgesteuerte Kaliumkanäle in Reaktion darauf, und Kaliumionen strömen aus der Zelle heraus. Dies führt dazu, dass das Innere der Zelle wieder negativer wird und die Membranpotentialdifferenz wiederhergestellt wird.
4. Hyperpolarisation: In einigen Fällen kann die Repolarisation über das Ruhepotential hinausgehen, was zu einer vorübergehenden Hyperpolarisation führt. Dabei wird das Innere der Zelle noch negativer als im Ruhezustand.
5. Refraktärphase: Die spannungsgesteuerten Natriumionenkanäle werden nach dem Öffnen für etwa drei Millisekunden inaktiv. In dieser Refraktärphase können sie erst gar nicht und dann nur durch starke Depolarisation erneut geöffnet werden, bevor ein neues Aktionspotenzial möglich ist. Die Natrium-Kalium-Pumpe sorgt dafür, dass die Ionenverteilung auch nach vielen Aktionspotenzialen stabil bleibt.

Saltatorische und kontinuierliche Erregungsleitung

Die Erregungsleitung ist ein zentraler Mechanismus im Nervensystem, der die Weiterleitung elektrischer Signale entlang von Nervenzellen ermöglicht.
Es gibt zwei grundlegende Arten der Erregungsleitung:

• Saltatorische Erregungsleitung: Diese tritt in myelinisierten Nervenfasern auf, wo das Axon von einer isolierenden Myelinscheide umgeben ist. An den Zwischenräumen zwischen den Myelinscheiden, den sogenannten Ranvier- Schnürring, erfolgt die schnelle und effiziente Weiterleitung des Aktionspotenzials. Durch diesen sprunghaften Mechanismus wird die Erregung über lange Distanzen im Nervensystem übertragen. Saltatorische Erregungsleitung ist charakteristisch für schnellleitende Nervenfasern, wie sie beispielsweise in motorischen und sensorischen Bahnen des Rückenmarks vorkommen.
  

  Abb. 2: Saltatorische Erregungsleitung
• Kontinuierliche Erregungsleitung: Bei nicht-myelinisierten Nervenfasern, die keine Myelinscheide besitzen, tritt die kontinuierliche Erregungsleitung auf. Hier breitet sich das Aktionspotenzial kontinuierlich entlang des gesamten Axons aus, ohne sprunghafte Übergänge. Obwohl langsamer als die saltatorische Erregungsleitung, ermöglicht diese Form dennoch eine effektive Signalübertragung, insbesondere über kurze Distanzen. Kontinuierliche Erregungsleitung ist typisch für Nervenfasern, die sensorische Informationen aus dem Körperinneren oder von der Haut übertragen.
  

  Abb. 3: Kontinuierliche Erregungsleitung

Synapse

Die Synapse verbindet zwei Neuronen und ermöglicht die Übertragung von Informationen im Nervensystem. Diese Übertragung kann durch chemische oder elektrische Signale erfolgen, je nachdem, ob es sich um eine chemische oder elektrische Synapse handelt.

• Chemische Synapse: In einer chemischen Synapse werden Signale durch Neurotransmitter übertragen. Wenn ein Aktionspotential das Ende eines Neurons erreicht, öffnen sich Calciumkanäle in der präsynaptischen Membran. Der Einstrom von Calciumionen führt zur Verschmelzung von Neurotransmitter-haltigen Vesikeln mit der Membran, wodurch die Neurotransmitter in den synaptischen Spalt freigesetzt werden. Diese Neurotransmitter diffundieren durch den Spalt und binden an Rezeptoren auf der postsynaptischen Membran. Dadurch öffnen sich Natriumkanäle in der postsynaptischen Membran, und Natriumionen strömen in das postsynaptische Neuron ein, was eine Depolarisation und eine elektrische Reaktion auslöst, die das Signal weiterleitet.
  

  Abb. 4: Signalübertragung an einer erregenden Synapse
• Elektrische Synapse: Elektrische Synapsen hingegen ermöglichen eine direkte elektrische Kommunikation zwischen Neuronen. Hier sind die präsynaptische und postsynaptische Membran durch gap junctions verbunden, die den Fluss von Ionen zwischen den Zellen ermöglichen. Dies ermöglicht eine schnellere und synchronisierte Signalübertragung im Vergleich zu chemischen Synapsen.

Synapsen sind entscheidend für Lernen, Gedächtnis, Motorik und sensorische Verarbeitung. Ihre Anpassungsfähigkeit ermöglicht dem Gehirn, sich zu verändern und neue Informationen zu speichern. Störungen der Synapsen können neurologische Erkrankungen verursachen, was ihre zentrale Rolle im Gehirn und in der Entwicklung von Behandlungen betont.

Synapsengifte

Synapsengifte sind Substanzen, die die normale Funktion von Synapsen im Nervensystem stören oder blockieren können. Diese Gifte können auf verschiedene Weisen wirken, einschließlich der Hemmung der Neurotransmitterfreisetzung, der Blockade von postsynaptischen Rezeptoren oder der Beeinträchtigung des Signalwegs zwischen den Neuronen.