Nervensysteme: Zentrales und peripheres System

Nervensysteme

• Das Nervensystem besteht aus dem zentralen Nervensystem und dem peripheren Nervensystem.
• Das afferente Neuron ist hinführend, während das effektente Neuron herausführend ist.

Zentrales Nervensystem

• Das zentrale Nervensystem umfasst Gehirn und Rückenmark.
• Hier werden einlaufende Nervenimpulse verarbeitet, die über Reizaufnahme entstehen.
• Es entstehen "Befehle" an die entsprechenden Körperteile.

Peripheres Nervensystem

• Alle Nervenzellen bringen Meldungen von den Sinneszellen zum zentralen Nervensystem.
• Alle Nervenzellen leiten Befehle vom zentralen Nervensystem an die Muskeln für motorische Nervenzellen.
• Es besteht aus einem Geflecht von Nerven, die vom zentralen Nervensystem aus den gesamten Körper durchziehen.

Vegetatives Nervensystem

• Es wird autonom geregelt.
• Sympathikus und Parasympathikus sind Gegenspieler in Stresssituationen.
• Das vegetative Nervensystem beeinflusst unsere Organe.

Aufbau und Funktion einer Nervenzelle

• Dendriten leiten Informationen weiter und empfangen Nervenimpulse. Dendriten sind fein verästelte Fortsätze.

Zellkörper/Soma

• Der Zellkörper leitet Informationen zum Axonhügel weiter
• Er enthält die meisten Zellorganellen und verrechnet Informationen.

Axonhügel

• Der Axonhügel ist die Verrechnungsstelle für alle Reize.
• Er stellt den Übergang vom Zellkörper zum Axon dar.
• Hier werden Nervenimpulse weitergeleitet.

Schwannsche Zellen

• Schwannsche Zellen beschleunigen die Erregungsweiterleitung.
• Sie isolieren und bieten eine Schutzhülle.
• Die dichten Schichten von Membranen bestehen aus Phospholipiden und wachsen um ein Axon herum.

Axon

• Das Axon transportiert Vesikel und Stoffe in beide Richtungen; sowohl retrograd als auch antegrade.
• Es ist von den Schwannzellen umgeben.
• In der Regel besitzt es einen langen, unverzweigten Fortsatz und verzweigt sich am Ende der Nervenzelle.

Endknöpfchen

• Das Endknöpfchen stellt den Kontakt zu einer Zielzelle her.
• Es übermittelt Nervenimpulse durch Endzweigung des Axons.
• Jedes Verzweigungsende mündet in einem Endkörperchen.
• Lücken im Axon werden als Ranvier-Schnürringe bezeichnet.

Ruhepotenzial (Membranpotenzial)

• Das Membranpotenzial kann im Ruhezustand einer Nervenzelle gemessen werden, wenn die Zelle nicht erregt ist.
• Das Ruhepotenzial entsteht durch die Konzentrationsunterschiede innerhalb und außerhalb der Membran, wobei der Konzentrationsunterschied zwischen Kalium- und Natriumionen entscheidend ist.
• Der Konzentrationsunterschied entsteht, da die Axonmembran nur für bestimmte Stoffe durchlässig ist (selektiv-permeabel).

Innerhalb der Membran

• Die Konzentration von Kaliumionen (K+) ist innen um ein Vielfaches höher als außen.
• Kaliumionen diffundieren durch Kalium-Ionenkanäle nach außen, um den Konzentrationsunterschied auszugleichen.
• Zusätzlich befinden sich organische Anionen (A-) im Inneren der Membran.

Außerhalb der Membran

• Außerhalb der Membran herrscht eine hohe Konzentration an Natriumionen (Na+).
• Es gibt wenig Kaliumionen und keine Anionen.
• Einige Natriumionen fließen durch die wenigen offenen Natrium-Ionenkanäle ins Innere der Membran, um die niedrige Natriumionenkonzentration im Inneren auszugleichen.
• Diese werden von negativer Ladung (elektrischer Gradient) angezogen.

Natrium-Kalium-Pumpe

• Zuerst binden drei Natrium-Ionen an den Carrier.
• Der Carrier wird durch die Spaltung eines ATP-Moleküls phosphoryliert, wobei Energie freigesetzt wird.
• Der Carrier verändert seine räumliche Struktur und schleust die Natrium-Ionen nach außen.
• Anschließend setzen sich zwei Kalium-Ionen an die freien Bindungsstellen, und das gebundene Phosphat wird wieder abgespalten.
• Der Carrier nimmt wieder die räumliche Struktur des Ausgangszustandes an.
• Die Kalium-Ionen werden nach innen abgegeben, und es können sich wieder drei Natrium-Ionen und ein ATP-Molekül binden.
• Dieses Enzym in der Zellmembran ist zuständig für den Transport von Natrium und Kaliumionen.
• Es hält den Konzentrationsunterschied der Zelle aufrecht/stabil und ermöglicht die Aufrechterhaltung des Ruhepotenzials.

Aktionspotenzial

• Eine Nervenzelle kann entweder erregt oder unerregt sein, gemäß dem Alles-oder-Nichts-Prinzip, wenn der Schwellenwert überschritten wurde.
• Die Spannung (im Ruhezustand -70mV) ändert sich durch die Erregung der Nervenzelle.

Ruhezustand

• Ungleiche Verteilung der Ionen im Intra- und Extrazellularraum.
• Die Axonmembran hat eine Spannung von -70mV, was dem Ruhezustand entspricht und erregbar ist.

Depolarisation

• Änderung der vorherrschenden Spannung an der Axonmembran über benachbarte Membranabschnitte.
• Spannungsabhängige Natriumkanäle werden geöffnet.
• Bei -50mV (Schwellenwert) öffnen sich viele Natriumkanäle schlagartig.
• Die Spannung steigt auf +30mV an.
• Änderung der Ladungsverteilung an der Membran, was als Depolarisierung bezeichnet wird.

Repolarisation

• Die Spannung übersteigt den Schwellenwert der Natriumkanäle deutlich, wodurch diese sich schließen.
• Spannungsabhängige Kaliumkanäle öffnen sich, und K+-Ionen strömen entlang ihres Konzentrationsgefälles in den Extrazellularraum.
• Die Ladung gleicht sich aus, was zu einer Senkung der Ladung führt, wodurch der Ursprungszustand angestrebt wird (Repolarisierung).

Hyperpolarisation

• Spannungsabhängige Kaliumkanäle reagieren verzögert.
• Es strömen mehr K+-Ionen in den Extrazellularraum als zur Herstellung des Ausgangszustandes notwendig, was zu einer kurzzeitigen Membranspannung unter -70mV führt (Hyperpolarisation).
• Dies wird durch die Natrium-Kalium-Pumpe zügig behoben, unter ATP-Verbrauch, wobei 2 K+ ins Innere und 3 Na+ ins Äußere transportiert werden.
• Dadurch wird das Ruhepotenzial (-70mV) wiederhergestellt.

Erregungsleitung: Kontinuierliche Erregungsleitung an marklosen Nervenfasern

• Keine Myelinscheiden
• Aktionspotenzial am Axonhügel
• Wenn der Schwellenwert überschritten wird, öffnen sich spannungsgesteuerte Ionenkanäle, wodurch positive Ionen einströmen.
• Mehr positive Ionen im Axon
• Hohe Ladungsdifferenz zwischen erregter und unerregter Membranregion
• Zum Ausgleich: Positive Ionen wandern in Nachbarregionen, negative Ionen von dort in erregte Stellen
• Nachbarregionen werden depolarisiert.
• Dies setzt sich fort, bis das Aktionspotenzial an der Synapse ankommt.

Saltatorische Erregungsleitung:

• Diese Art der Erregungsleitung tritt mit Myelinscheiden auf.
• Ein Aktionspotenzial entsteht am Axonhügel.
• An den Myelinscheiden findet kein Aktionspotenzial statt.
• Wenn das Aktionspotenzial den Schwellenwert überschreitet, öffnen sich die spannungsabhängigen Ionenkanäle, wodurch positive Natriumionen einströmen.
• Wieder positive Ionen in der nächsten Region, negative Ladung geht dort weg
• Am nächsten Ranvierschen Schnürring findet eine Depolarisierung statt.

Vorteile der saltatorischen Erregungsleitung

• Da am Ranvierschen Schnürring kein Aktionspotenzial ausgelöst wird, spart man Energie und es geht schneller (hohe Fortleitungsgeschwindigkeit).

Synapsen

• Synapsen sind Kontaktstellen zwischen verschiedenen Nervenzellen/Neuronen oder zwischen Nervenzellen und Muskel-/Drüsenzellen.
• Nervenzellen, die die Erregung auf die Muskulatur übertragen, werden als motorische Endplatte/neuromuskuläre Synapsen bezeichnet (Synapsen zwischen Neuron und Muskelfaser).
• Synapsen enden am Axon mit Endknöpfchen, konkret mit einer präsynaptischen Membran.
• Zur Informationsübertragung im synaptischen Spalt dienen Neurotransmitter (chemische Stoffe).

Erregungsübertragung an Synapsen

• Das Aktionspotenzial erreicht die Synapse und öffnet Calciumionenkanäle (Ca2+).
• Calciumionen strömen ins Endknöpfchen und lassen Vesikel, die den Neurotransmitter Acetylcholin enthalten, mit der präsynaptischen Membran verschmelzen.
• Der Transmitter Acetylcholin wird in den synaptischen Spalt ausgeschüttet.
• Acetylcholin besetzt die Rezeptoren auf der postsynaptischen Membran (bindet an der anderen Zelle), wobei sich die mit den Rezeptoren gekoppelten Natriumkanäle öffnen.
• Natriumionen strömen in die nachgeschaltete Zelle und depolarisieren deren Membran, bei genügender Stärke dieser Depolarisation wird ein Aktionspotenzial ausgelöst.
• Calciumionen werden im Endknöpfchen gebunden und weiter nach außen transportiert.
• Ein Enzym spaltet Acetylcholin, die Natriumkanäle schließen sich.
• Acetylcholin wird neu synthetisiert und im Vesikel gespeichert.

Erregende Synapsen (EPSP: Exzitatorisches postsynaptisches Potenzial)

• Es beschreibt die positive Veränderung der Spannung in einer Nervenzelle, wodurch die Nervenzelle erregt und die Signalweiterleitung gefördert wird.
• Entsteht in einer exzitatorischen Synapse.
• Erregendes Potenzial = Spannung in der postsynaptischen Zelle steigt an.
• Die Spannung wird positiver (Depolarisierung).
• Durch präsynaptische Erregung kommt es zum Einstrom von Transmittern in den Spalt der erregenden Synapsen.
• Neurotransmitter binden an entsprechende Rezeptoren, wodurch sich Natriumionenkanäle öffnen und Na+ in die Zelle strömt (Potenzial steigt an).
• Die Erregung wird als Aktionspotenzial weitergegeben, wenn der Schwellenwert überschritten wird.
• Je mehr Transmitter sich im synaptischen Spalt befinden, desto länger bleiben die Kanäle geöffnet, daher ist die Erregung der Nervenzelle stärker.

Hemmende Synapsen (IPSP: Inhibitorisches postsynaptisches Potenzial)

• Die Spannung der postsynaptischen Nervenzelle sinkt (Hyperpolarisation).
• Hyperpolarisation = Absinken der Spannung unter den Wert des Ruhepotenzials.
• Durch Neurotransmitter werden Kalium- und Chloridionenkanäle im synaptischen Spalt geöffnet.
• K+-Ionen strömen aus der Zelle und Cl--Ionen in die Zelle
• Die Ladung innerhalb der Zelle wird negativer und stoppt auf diese Weise die Weiterleitung.
• Die Nervenzelle kann die Erregung nicht weiterleiten.