MC Neuronale Erregbarkeit: Grundlagen

Grundlagen der neuronalen Erregbarkeit

• Neuronale Erregbarkeit basiert auf elektrischen und chemischen Prozessen in Nervenzellen.

Potentiale

• Die Grundlage bildet die Nervenzellmembran, die aus einer Lipid-Doppelschicht und Proteinmolekülen besteht.
• Kanalproteine ermöglichen den Transport spezifischer Ionen.
• Signalproteine leiten chemische oder elektrische Signale weiter.
• Membranproteine sind strukturelle oder funktionale Bestandteile der Zellmembran.
• Das Membranpotential ist die unterschiedliche elektrische Ladung innerhalb (-) und außerhalb (+) der Zellmembran.
• Das Ruhepotential beträgt etwa -70 mV und wird durch die Ungleichverteilung positiv und negativ geladener Ionen bestimmt (Na+, K+, Cl-, Protein-Anionen).

Bestimmende Faktoren für das Ruhepotential

• Die Diffusion (Brownsche Molekularbewegung) führt zur Verteilung von Ionen entlang ihres Konzentrationsgradienten.
• Elektrostatische Abstoßung bewirkt, dass sich gleich geladene Teilchen abstoßen, während sich entgegengesetzte anziehen.
• Hohe K+- und Protein-Anionen-Konzentration im Zellinneren, niedrige Na+- und Cl--Konzentration.
• Hohe Na+- und Cl--Konzentration außerhalb der Zelle, niedrige K+-Konzentration.
• Die Permeabilität der Membran ist für K+ höher als für Na+, was den Ausstrom von Kalium erleichtert.
• Leckkanäle ermöglichen einen kontinuierlichen K+-Ausstrom.
• Der Na+-Einstrom ist hingegen begrenzt.
• Die Na-K-Pumpe transportiert aktiv 3 Na+ aus der Zelle und 2 K+ in die Zelle, um das Ruhepotential aufrechtzuerhalten.

Elektrophysiologische Methoden

• Die Ableitung erfolgt mit Mikroelektroden, oft an Tiermodellen wie dem Tintenfisch-Riesenaxon.
• Kombinationen aus Stimulation und Ableitung werden genutzt.

Axonale Erregungsleitung

• Ionenkanäle sind Proteine mit spezifischer Konformität, Selektivität und Durchlässigkeit, z.B. spannungsabhängig.
• Tetrodotoxin und Lokalanästhetika sind Beispiele für Kanalblocker.
• Es gibt passive und aktive Formen der Erregungsausbreitung.
• Passive Erregungsausbreitung ist schnell, führt jedoch zu einer Amplitudenabnahme.
• Aktive Erregungsausbreitung ist stabil und basiert auf fortlaufender Erregungserzeugung.
• Summation kann räumlich (mehrere Synapsen gleichzeitig) oder zeitlich (mehrere Reize kurz hintereinander) erfolgen.

Synapsen

• Postsynaptische Potentiale sind exzitatorisch (EPSP) oder inhibitorisch (IPSP).
• Ein EPSP ist eine Depolarisation durch Na+-Einstrom, die das Membranpotential positiver macht.
• Ein IPSP ist eine Hyperpolarisation durch Cl--Einstrom oder K+-Ausstrom, die das Membranpotential negativer macht.
• Die Amplitude von postsynaptischen Potentialen beträgt 1-20 mV, die Dauer 10-100 ms.
• Postsynaptische Potentiale sind keine Alles-oder-Nichts-Antworten.
• Voraussetzung ist die präsynaptische Freisetzung von Neurotransmittern.
• Glutamat wird z.B. für EPSP und GABA für IPSP freigesetzt.
• Die Neurotransmitter binden an spezifische postsynaptische Rezeptoren.
• Durch Öffnung oder Schließung von Ionenkanälen wird das Membranpotential verändert.

Aktionspotential

• Die Erregungsschwelle liegt bei etwa -65 mV.
• Die Phasen des Aktionspotentials sind:
  • Depolarisation: Spannungsgesteuerte Na+-Kanäle öffnen sich, Na+ strömt ein und das Potential steigt von -70 mV auf ca. +50 mV.
  • Repolarisation: K+-Kanäle öffnen sich, Na+-Kanäle schließen sich, das Potential kehrt zum negativen Wert zurück; Die Na+-Kanäle werden refraktär, sodass keine erneute Erregung möglich ist.
  • Hyperpolarisation: K+-Kanäle schließen langsam, was zu einem kurzzeitigen Membranpotential unterhalb des Ruhepotentials führt.

Botenstoffe und Rezeptoren

• Neurotransmitter sind Botenstoffe, die an Rezeptormoleküle binden.
• Die Bedeutung des Signals hängt von Ort und Art des Neurotransmitters ab.

Wichtige neurochemische Systeme

• Verschiedene Neurotransmitter wirken spezifisch auf neuronale Netzwerke.
• Die Signalweiterleitung wird durch Rezeptortypen und Neurotransmitterart beeinflusst.