![\"Nervenzellen\"](\"https:\/\/www.studyhelp.de\/online-lernen\/wp-content\/uploads\/2018\/11\/Nervenzellen.jpg\")
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Nervenzellen dienen der Informationsweiterleitung von Reizen durch unseren ganzen K\u00f6rper. Die l\u00e4ngste Nervenzelle im menschlichen K\u00f6rper ist der Nervus ischiadicus. Dieser sitzt mit seinem Zellkern im untersten Wirbel unseres R\u00fcckens, w\u00e4hrend seine Ausl\u00e4ufer bis in die F\u00fc\u00dfe reichen.<\/p>\n
Nervenzellen unterscheiden sich in ihrer Form stark von anderen Zellen des K\u00f6rpers. Sie besitzen zwei Seiten: eine, um Informationen aufzunehmen und zu verarbeiten und eine andere, um Informationen weiterzugeben. Um den Aufbau besser nachvollziehen zu k\u00f6nnen folgen wir nun den Weg eines Reizes durch eine Nervenzelle.<\/p>\n
Entsteht an einer Stelle im K\u00f6rper ein Reiz der weitergeleitet werden soll, so wird diese Information von Nervenzellen \u00fcber Dendriten aufgenommen. Dendriten sind lange Ausl\u00e4ufer der Zelle, die Verbindungsstellen zu anderen Nervenzellen oder Sinneszellen besitzen, Informationen aufnehmen und zum Zellk\u00f6rper weiterleiten. Im Zellk\u00f6rper einer Nervenzelle befindet sich der Zellkern und der Gro\u00dfteil der anderen Zellorganellen. Hier sammeln sich die Informationen aller Dendriten, die am Axonh\u00fcgel miteinander verrechnet werden. Der Axonh\u00fcgel ist der Beginn des Axons, dem Zellfortsatz zur Weiterleitung der Informationen. Dieses Axon ist bei Wirbeltieren von einer sogenannten Myelinscheide umh\u00fcllt, die daf\u00fcr sorgen, dass die Informationen schneller \u00fcber das Axon geleitet werden k\u00f6nnen. Unterbrochen wird die Myelinscheide von Ranvier\u2019schen Schn\u00fcrringen, an denen das Axon frei liegt. Das Axon geht in die pr\u00e4synaptische Endigung \u00fcber, die eine Verbindung zu anderen Nervenzellen oder Muskelfasern \u00fcber sogenannte Synapsen herstellt.<\/p>\n
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Die Aufgabe von Nervenzellen ist die Weiterleitung von Informationen. Dies geschieht \u00fcber mehrere chemische und elektrische Mechanismen, f\u00fcr die zun\u00e4chst aber einige Grundlagen gekl\u00e4rt werden m\u00fcssen.<\/p>\n
Eine wichtige Rolle bei der Weiterleitung von Informationen spielen verschiedene elektrisch geladenen Teilchen. Hierbei wird zwischen negativen- (Anionen, z.B. Chlorid) und positiv geladenen Teilchen (Kationen, zum Beispiel Natrium und Kalium) unterschieden.<\/p>\n
Die Biomembran an einem Axon erm\u00f6glicht einen gewissen Ionentransport und ist semi-permeabel. Hier ist ein passiver Transport durch spezifische Ionenkan\u00e4le entlang eines Konzentrationsgef\u00e4lles m\u00f6glich (Diffusion) oder auch ein aktiver Transport gegen das Konzentrationsgef\u00e4lle unter Aufwand von Energie mithilfe einer Natrium-Kalium-Pumpe.<\/p>\n
Im nicht erregtem Zustand ist die Axonmembran f\u00fcr Kalium-Ionen gut durchg\u00e4ngig, f\u00fcr Chlorid-Ionen etwas schlechter, f\u00fcr Natrium-Ionen sehr gering und f\u00fcr organische Anionen, die negativ geladen sind, \u00fcberhaupt nicht. Die Kalium-Ionen str\u00f6men also entlang des Konzentrationsgef\u00e4lles in den extrazellul\u00e4ren Raum. Eine elektrische Spannung ist dann die Folge: Innen besteht ein \u00dcberschuss an negativen Ladungen, au\u00dfen hingegen ein \u00dcberschuss an positiven Ladungen. Diese Ladungsdifferenz wird zus\u00e4tzlich durch einstr\u00f6mende Chlorid-Ionen erh\u00f6ht, da ein Konzentrationsgradient vom Extrazelllularraum zum inneren der Zelle besteht. Kalium-Ionen str\u00f6men nicht bis zum vollst\u00e4ndigen Konzentrationsausgleich nach au\u00dfen, da die elektrische Spannung dem Ausstr\u00f6men entgegen wirkt. Dadurch stellt sich ein Gleichgewicht ein. Dieses Gleichgewicht ist etwa bei einer Potentialdifferenz von \u221270 mV erreicht (Ruhepotential!).<\/p>\n
Eine wichtige Rolle spielt auch der aktive Transport \u00fcber die sogenannte NatriumKalium-Pumpe. Au\u00dferhalb der Zelle befindet sich eine relativ hohe Konzentration von Natrium-Ionen, im Inneren der Zelle dagegen eine hohe Konzentration an Kalium-Ionen. Beide str\u00f6men entlang ihres Konzentrationsgradienten, Natrium also nach innen, Kalium nach au\u00dfen. Die meisten Natriumkan\u00e4le in der
\nMembran sind jedoch geschlossen, sodass die Ionen nicht einfach in die Zelle str\u00f6men k\u00f6nnen. Einige Natrium-Ionen schaffen es jedoch trotzdem in die Zelle, man spricht hier vom sogenannten Leckeinstrom. Damit dieser nicht zu stark wird und die Natrium-Ionen im inneren der Zelle nicht zu einer Depolarisation f\u00fchren, werden die Natrium-Ionen aktiv gegen das Konzentrationsgef\u00e4lle durch die Natrium-Kalium-Pumpe aus der Zelle heraus transportiert. Diese Pumpe tauscht drei Natrium-Ionen aus dem Inneren der Zelle gegen zwei Kalium-Ionen aus dem extrazellul\u00e4ren Raum. Die Kalium-Ionen str\u00f6men dann durch die offenen, f\u00fcr sie durchg\u00e4ngigen Kan\u00e4le wieder nach drau\u00dfen.<\/p>\n
Die Natrium-Kalium-Pumpe ist nicht nur zur Aufrechterhaltung des Ruhepotentials von gro\u00dfer Bedeutung, sondern spielt auch bei der Wiederherstellung der Ionenverh\u00e4ltnisse nach eine Aktionspotential eine wichtige Rolle.<\/p>\n
Eine elektrische Reizung am Axonh\u00fcgel der Nervenzelle l\u00f6st eine Ver\u00e4nderung der Ionenkonzentration an der Innen- und Au\u00dfenseite der Axonmembran aus. Die dabei ablaufende Umkehrung des Membranpotentials wird als Aktionspotential bezeichnet.<\/p>\n
Bei Wirbeltieren findet man um das Axon herum die Myelinscheiden, die f\u00fcr eine schnellere Weiterleitung der Informationen sorgen. Ionenkan\u00e4le und Kontakt mit dem Au\u00dfenmedium hat das Axon nur an den Ranvier\u2019schen Schn\u00fcrringen, das Aktionspotential springt dann von Schn\u00fcrring zu Schn\u00fcrring. Man spricht dann auch von der saltatorischen Erregungsleitung.<\/p>\n
Damit ein Aktionspotential ausgel\u00f6st wird, m\u00fcssen zwei Bedingungen erf\u00fcllt sein. Zum einen muss der Reiz bewirken, dass das Membranpotential positiver wird. Einige der Kan\u00e4le in der Membran sind spannungsabh\u00e4ngige Ionenkan\u00e4le, die erst ab einer bestimmten Spannung f\u00fcr Ionen durchl\u00e4ssig werden. Zum zweiten muss die Reizintensit\u00e4t so hoch sein, dass die Depolarisation einen bestimmten Schwellenwert \u00fcberschreitet. Ist dieser Schwellenwert erreicht, so \u00f6ffnen sich unabh\u00e4ngig von der St\u00e4rke des Reizes schlagartig die spannungsgesteuerten Natrium-Ionenkan\u00e4le und anschlie\u00dfend auch weitere Kalium-Kan\u00e4le. Das Aktionspotential l\u00e4uft immer gleich ab, sobald der Schwellenwert \u00fcberschritten wird (Alles-oder-nichts-Prinzip).<\/p>\n
![\"Aktionspotential\"](\"https:\/\/www.studyhelp.de\/online-lernen\/wp-content\/uploads\/2018\/11\/Aktionspotential.jpg\")
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Wenn das Aktionspotential zum n\u00e4chsten Schn\u00fcrring weitergesprungen ist, schlie\u00dfen sich die Ionenkan\u00e4le wieder und es stellt sich das urspr\u00fcngliche Ionenverh\u00e4ltnis ein. In dieser Zeit befinden sich die spannungsgesteuerten Ionenkan\u00e4le in der sogenannten Refrakt\u00e4rzeit. Das ist die Zeit, in der diese Kan\u00e4le nicht wieder ge\u00f6ffnet werden k\u00f6nnen. Dadurch l\u00e4uft das Aktionspotential nur in die Richtung der Synapse und nicht zum Axonh\u00fcgel zur\u00fcck.<\/p>\n
Die Spannungen w\u00e4hrend eines Aktionspotentials werden oft anhand einer einfachen Grafik dargestellt.<\/p>\n
![\"Aktionspotential](\"https:\/\/www.studyhelp.de\/online-lernen\/wp-content\/uploads\/2018\/11\/Aktionspotential-Fortsetzung.jpg\")
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Als Rezeptorpotential wird eine Polarisation der Membran durch Natrium-Ionen bezeichnet, die in das Axon flie\u00dfen. Es handelt sich dabei um ein lokales Potential, welches elektrisch weitergeleitet wird. Bei Rezeptoren auf der Haut entsteht die \u00d6ffnung durch die Dehnung der Sinneszellen, die an Muskelzellen gekoppelt sind. Je st\u00e4rker und l\u00e4nger dieser Reiz ist, desto h\u00f6her und l\u00e4nger anhaltend ist die Amplitude des Rezeptorpotentials.<\/p>\n
Die Intensit\u00e4t eines Reizes wird jedoch nicht direkt durch den Ausschlag der Amplitude bestimmt, sondern durch die Frequenz, die durch die Amplitude erreicht wird. Je gr\u00f6\u00dfer der Reiz ist, desto gr\u00f6\u00dfer ist die Anzahl der Aktionspotentiale. Dadurch entsteht eine Frequenzmodulation. Aktionspotentiale werden wiederum durch die Refrakt\u00e4rzeit begrenzt und somit auch die maximal erreichbare Amplitude.<\/p>\n
Die Qualit\u00e4t eines Reizes kann \u00fcber ein Axon nicht vermittelt werden, da ein Aktionspotential immer gleich abl\u00e4uft. Stattdessen bestimmt das Gehirn die Qualit\u00e4t eines Reizes direkt anhand der Nervenbahn, \u00fcber welche die Erregung im Gehirn ankommt. Jede Sinneszelle hat ihr eigenes Zielfeld im Zentralnervensystem. Ob visuelle oder akustische Informationen im Gehirn ankommen, wird nur \u00fcber die Auswahl der Axone entschieden. Daher ist eine Vielzahl von Nervenzellen erforderlich, um nicht nur die Quantit\u00e4t sondern auch die Qualit\u00e4t eines Reizes \u00fcbermitteln zu k\u00f6nnen.<\/p>\n
Bei der Weiterleitung von Informationen gibt es zwei verschiedene Formen, die diese Potentiale annehmen k\u00f6nnen:<\/p>\n
Welches der beiden Potentiale ausgel\u00f6st wird, h\u00e4ngt immer von der Art der Synapse und ihren Transmittern ab.
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Elektrische Potentiale, die von einer Nervenzelle \u00fcber die Dendriten aufgenommen werden, sammeln sich am Axonh\u00fcgel. Hier werden alle ankommenden Potentiale miteinander verrechnet. Mehrere, schnell aufeinander folgende Potentiale l\u00f6sen auch an der Synapse eine gr\u00f6\u00dfere Reaktion aus. Man spricht dann von der zeitlichen Summation. Daneben gibt es auch eine r\u00e4umliche Summation. Davon spricht man, wenn die von einer Nervenzelle erhaltenen Informationen zum einen Teil erregende postsynaptische Potentiale und zum anderen Teil hemmende postsynaptische Potentiale sind. Diese beiden werden dann miteinander verrechnet und nur wenn die Summe aller Potentiale den Schwellenwert \u00fcberschreitet, wird an diesem Axon ein Aktionspotential ausgel\u00f6st.
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