Erregungsleitung innerhalb der Nervenzelle

Erregungsleitung innerhalb der Nervenzelle Übung

• Definiere Schlüsselbegriffe der Erregungsweiterleitung.

  Tipps

  Die isolierende Schicht an markhaltigen Nervenfasern wird von Ranvier’schen Schnürringen unterbrochen. Die Erregung des Axons springt von einem zum nächsten Schnürring.

  Ein Leck ist ein anderes Wort für ein Loch, durch das Substanzen unerwünscht ein- oder austreten.

  Lösung

  Eine marklose Nervenfaser ist ein Axon ohne Myelinscheiden. Hier findet die kontinuierliche Erregungsleitung statt. Das bedeutet, dass die Erregung fortlaufend, am gesamten Axon entlang, weitergeleitet wird. Diffundieren davon unabhängig bewegliche Ionen durch die Zellmembran, handelt es sich um sogenannte Leckströme.

  Im Gegensatz dazu findet die saltatorische Erregungsleitung an Axonen statt, welche von Myelinscheiden ummantelt sind. Unterbrechungen in dieser isolierenden Schicht heißen Ranvier’sche Schnürringe. Hier springt die Erregung von einem zum nächsten Schnürring.

• Beschreibe den Ablauf der kontinuierlichen Erregungsleitung.

  Tipps

  Bei der Erregungsleitung wird ein Aktionspotential nicht weitergegeben, sondern sequenziell immer wieder neu ausgebildet. Das bedeutet, dass sämtliche Schritte, die zur Ausbildung eines Aktionspotentials gehören, immer wieder durchlaufen werden.

  Lösung

  Die Abbildung veranschaulicht den Ablauf der kontinuierlichen Erregungsleitung in marklosen Nervenfasern.

• Vergleiche die kontinuierliche mit der saltatorischen Erregungsleitung.

  Tipps

  Das Wort kontinuierlich kommt vom lateinischen kontinuare für fortsetzen.

  Das Wort saltatorisch kommt vom lateinischen saltare für springen.

  Ist ein Axon von einer Myelinscheide umgeben, sinkt die Gefahr von Leckströmen erheblich.

  Lösung

  $\begin{array}{l|c|c} Überbegriff & Kontinuieriche~Erregungsleitung & Saltatorische~Erregungsleitung \\ \hline Geschwindigkeit & langsam & schnell \\ \hline Depolarisation & am~gesamten~Axon & an~Schnürringen \\ \hline Gefahr~von~Leckströmen & hoch & niedrig \\ \hline Energieverbrauch & hoch & niedrig \\ \hline Beispielorganismen & Tintenfisch & Mensch \\ \end{array}$

• Fasse strukturelle Gemeinsamkeiten und Unterschiede der Erregungsleitung in verschiedenen Axonen mit Hilfe eines Modells aus Dominosteinen zusammen.

  Tipps

  Die beiden Dominostein-Reihen stehen für zwei unterschiedliche Axone.

  Der Finger, der gegen den ersten Dominostein tippt, soll die erste Depolarisation am Axonhügel darstellen.

  Wird die Erregungsleitung durch Myelinscheiden verlangsamt oder beschleunigt?

  Lösung

  Erläuterung des Dominostein-Modells: In der Abbildung stellt die obere Reihe ein markloses (1), die untere dagegen ein markhaltiges (2) Axon dar. Die Einbindung der Strohhalme simuliert Myelinscheiden am Axon (3). Die einzelnen Dominosteine zwischen den Strohhalmen entsprechen damit den Ranvier’schen Schnürringen (4).

  Wird der erste Dominostein zum Kippen gebracht, entspricht dies dem ersten Aktionspotential am Axonhügel. Von dort breitet sich die Kippbewegung entlang der beiden Reihen aus. Ein Ruhepotential wird hierbei durch einen stabil stehenden, ein Aktionspotential dagegen durch einen umfallenden Dominostein dargestellt.

  Die untere Reihe wird ihren Endpunkt schneller erreichen als die obere, da die Verwendung von Strohhalmen den Ablauf beschleunigt. Daher entspricht das Umfallen der oberen Reihe der kontinuierlichen, sowie das Umfallen der unteren Reihe der saltatorischen Erregungsleitung.

• Erkläre den Geschwindigkeitsunterschied zwischen kontinuierlicher und saltatorischer Erregungsleitung.

  Tipps

  Drei der fünf Antwortmöglichkeiten sind richtig.

  Eine Anziehung von Ionen zwischen dem Zellinneren und -äußeren am Ort des Aktionspotentials führt dazu, dass die Ionenwanderung in Richtung Endknöpfchen verlangsamt wird.

  Ionen, welche durch die Zellmembran hindurch diffundieren, verringern in geringem Maße das Membranpotential.

  Lösung

  Kontinuierliche Erregungsleitung bei marklosen Nervenfasern
  Das am Axonhügel entstehende Aktionspotential wird kontinuierlich, das gesamte Axon entlang, weitergeleitet. Verschiedene Faktoren wirken dem entgegen: Kationen und Anionen aus dem Cytoplasma und der Zellzwischenflüssigkeit ziehen sich über die Membran hinweg an. Kleine, bewegliche Ionen können durch die Membran hindurch diffundieren. Das Ergebnis sind Leckströme. Als Konsequenz wird die Ionenwanderung und damit auch die Erregungsleitung verlangsamt.

  Saltatorische Erregungsleitung bei markhaltigen Nervenfasern
  Hierbei sind die Axone von isolierenden Myelinscheiden umgeben, welche die Anziehung von Ionen zwischen dem Zellinneren und -äußeren verringert. Zusätzlich reduziert diese Myelinisierung das Vorkommen von Leckströmen. Aktionspotentiale werden nur an den Ranvier’schen Schnürringen ausgebildet und überspringen die mit Myelinscheiden umwickelten Axonteile. Daher ist diese Art der Weiterleitung deutlich schneller.

• Untersuche die Folgen der Multiplen Sklerose auf die saltatorische Erregungsleitung.

  Tipps

  Zwei Begriffe passen in keine Lücke.

  Bei einer Autoimmunerkrankung richtet sich das Immunsystem des Körpers gegen sich selbst.

  Wird die Myelinisierung von markhaltigen Nervenfasern angegriffen, so fallen sämtliche Vorteile dieser Isolierung für die Erregungsleitung weg.

  Lösung

  Bei der Multiplen Sklerose werden die Myelinscheiden der Nervenfasern teilweise oder vollständig abgebaut. Diese sind in gesunden Fasern für die Isolierung der Axone zuständig. Wird diese verringert, erhöht sich zum einen die Gefahr von Leckströmen und zum anderen die Anziehung von Ionen zwischen dem Cytoplasma und der Zwischenzellflüssigkeit. Beide Faktoren führen zu einer Reduktion der Erregungsleitgeschwindigkeit.

  Multiple Sklerose ist eine Autoimmunerkrankung. Das bedeutet, dass körpereigene Immunzellen die Markscheiden der Axone angreifen und sogenannte Entmarkungsherde entstehen. Diese können überall im zentralen Nervensystem auftreten und vielfältige Symptome, wie Sehstörungen, Spasmen oder Schluckbeschwerden, auslösen. Die Entzündungen können bis hin zu komplettem Signalverlust durch axonale Schäden führen.