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Erregungsleitung innerhalb der Nervenzelle

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Lerntext zum Thema Erregungsleitung innerhalb der Nervenzelle

Erregungsleitung innerhalb der Nervenzelle

Der folgende Text befasst sich mit der Erregungsleitung innerhalb der Nervenzelle, also dem Weg eines Aktionspotenzials vom Axonhügel zu den synaptischen Endknöpfchen. Die Erregungsleitung ist ein bioelektrischer Prozess, der die Grundlage für die Funktion der Nervenzelle und des zentralen Nervensystems bildet. Sie ermöglicht die neuronale Kommunikation durch die Übertragung elektrischer Signale. Eine Nervenzelle besteht aus dem Zellkörper, Dendriten und dem Axon. Das Axon leitet elektrische Impulse weiter und seine Struktur ist entscheidend für die Art der Erregungsleitung. In diesem Text werden die saltatorische und die kontinuierliche Erregungsleitung definiert und unterschieden.

Nervenfaser_Aufbau

Saltatorische Erregungsleitung

Ein Axon mit Myelinscheide, umwickelt von schwannschen Zellen im peripheren oder Oligodendrozyten im zentralen Nervensystem, ermöglicht eine effiziente und schnelle Übertragung von Aktionspotenzialen. Diese springen von einem ranvierschen Schnürring zum nächsten, was die Leitungsgeschwindigkeit erhöht. Beim Eintreffen eines Aktionspotenzials an einem Schnürring strömen Natriumionen in das Axon ein, während Kaliumionen ausströmen, wodurch das nächste Aktionspotenzial ausgelöst wird. Anschließend können sich diese Ionenkanäle für eine kurze Zeitspanne nicht erneut öffnen. Diesen Zeitraum bezeichnen wir als Refraktärzeit. So wird verhindert, dass das Aktionspotenzial rückwärts geleitet wird.

Bei Erkrankungen des Nervensystems wie Multipler Sklerose führt der Abbau der Myelinscheiden zu einer verlangsamten und gestörten Erregungsübertragung, was Symptome wie Lähmungen und Koordinationsstörungen zur Folge hat.

Erregungsleitung

Kontinuierliche Erregungsleitung

Axone ohne Myelinscheide, auch marklose Nervenfasern genannt, finden sich bei inneren Organen und Nozizeptoren (auch Schmerzrezeptoren genannt). Hier wird das Aktionspotenzial entlang des gesamten Axons fortgeleitet, ohne zu „springen“. Diese Methode ist energetisch aufwendiger als die saltatorische Erregungsleitung. Zudem macht das die Leitung langsamer als in myelinisierten Nervenfasern, ermöglicht aber eine genaue und graduelle Signalübertragung. Dies ist besonders wichtig in Bereichen unseres Körpers, wo präzise und fein abgestimmte Bewegungen erforderlich sind. Eine Verdickung des Axons kann die Leitungsgeschwindigkeit erhöhen, ist aber im Vergleich zur Myelinisierung weniger effektiv.

Vorsicht: Die Begriffe Reizweiterleitung und Erregungsleitung werden oft synonym verwendet, jedoch bezieht sich Erregungsleitung spezifisch auf die Übertragung der elektrischen Aktivität innerhalb einer Nervenzelle. Der Begriff Erregungskette beschreibt hingegen die Weiterleitung einer Erregung zwischen mehreren Neuronen über Synapsen.

Zusammenfassung

Die Erregungsleitung in Nervenzellen ist ein essenzieller Vorgang für die neuronale Kommunikation. Die saltatorische Erregungsleitung ist effizient und schnell, während die kontinuierliche Erregungsleitung langsamer und energetisch aufwendiger ist. Beide Formen der Erregungsleitung tragen auf unterschiedliche Weise zur komplexen Funktion des Nervensystems bei. Die Refraktärzeit ist ein wesentlicher Mechanismus, der sowohl bei der saltatorischen als auch bei der kontinuierlichen Erregungsleitung eine Rolle spielt, um die Richtung der Erregungsleitung zu bestimmen und eine effiziente Signalübertragung zu gewährleisten.

Merkmal Saltatorische Erregungsleitung Kontinuierliche Erregungsleitung
Axon myelinisiert nicht myelinisiert
Geschwindigkeit sehr schnell langsam
Energiebedarf gering hoch
Vorkommen im zentralen und peripheren Nervensystem im peripheren Nervensystem

Häufig gestellte Fragen zum Thema Erregungsleitung innerhalb der Nervenzelle

Was beschreibt eine Erregungsleitung in Nervenzellen?
Welche Arten der Erregungsleitung gibt es?
Wie funktioniert die saltatorische Erregungsleitung?
Was passiert bei der kontinuierlichen Erregungsleitung?
Warum ist die Erregungsleitung nur in eine Richtung möglich?
Welche Zellen bilden die Myelinscheiden?
Wie beeinflussen Erkrankungen wie Multiple Sklerose die Erregungsleitung?
Was ist der Unterschied zwischen Erregungsleitung und Reizweiterleitung?
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Vorschaubild einer Übung

Erregungsleitung innerhalb der Nervenzelle Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Lerntext Erregungsleitung innerhalb der Nervenzelle kannst du es wiederholen und üben.
  • 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.

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Die Autor*innen
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sofatutor Team
Erregungsleitung innerhalb der Nervenzelle
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