BK07_Vorlesung Physiologie. 05. November 2012

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1 BK07_Vorlesung Physiologie 05. November 2012 Stichpunkte zur Vorlesung 1

2 Aktionspotenziale = Spikes Im erregbaren Gewebe werden Informationen in Form von Aktions-potenzialen (Spikes) übertragen Aktionspotenziale (AP) bestehen aus drei Phasen: 1) einer schnellen Depolarisation mit Potenzialumkehr 2) einer langsamen Repolarisation 3) einer Hyperpolarisation Zur Auslösung eines Aktionspotenzials muss ein Schwellenwert überschritten werden Der Potenzialverlauf ist monoton und läuft immer nach dem gleichen Muster ab Alles oder Nichts Gesetz 1) Die Depolarisation wird durch eine Zunahme der Na + -Leitfähigkeit durch Öffnung von Natrium-Kanälen ausgelöst 2) Eine Repolarisation (Umkehr des Potenzialverlaufs) setzt ein, wenn die K + - Leitfähigkeit zunimmt, während gleichzeitig die Na + -Leitfähigkeit durch das Schließen der Natrium-Kanäle abnimmt. 3) Wenn die Na-Leitfähigkeit nahezu den ursprünglichen Wert erreicht hat, ist die K + - Leitfähigkeit noch erhöht. Daraus kann eine folgende Hyperpolarisation resultieren. 4) Haben beide Leitfähigkeiten wieder den ursprünglichen Wert vor Einsetzen des Aktionspotenzials erreicht, liegt das Membranpotenzial wieder auf dem vorherigen Ruhepotenzial Refraktärphasen Mindestens drei Zustände des Na + -Kanals: 1) geschlossen, aber aktivierbar 2) offen während der Depolarisation 3) geschlossen, aber inaktiv Zustand 3) führt zur sog. Refraktärphase, die in absolute und relative Refraktärzeit unterteilt wird. Aktionspotenzialverläufe in erregbaren Zellen Unterschiede Nervenzelle, Skelettmuskel, Herzmuskel 2

3 Zeitverläufe und Ursachen der unterschiedlichen Potenziale Ionenströme in der Herzmuskelzelle im Vergleich zu einer Nervenzelle Ionenströme in autorhythmischen Zellen des Sinusknoten im Herzen Schrittmacherpotenziale und Ionenströme (aus Silverthorne: Physiologie, Pearson-Verlag) Weiterleitung von Aktionspotenzialen Aktionspotenziale dienen der Langstreckenübertragung von Informationen. Die Fortleitung in einer Nervenfaser ist abhängig vom Typ der Nervenfaser (Unterschiede zwischen nicht myelinisierten Nervenfasern und myelinisierten Nervenfasern). elektrotonische Fortleitung saltatorische Fortleitung weitere Stichpunkte zur Nachbearbeitung: Bedeutung der Myelinschicht Entstehung der Myelinschicht aus Schwann-Zellen oder Oligodendroglia Bedeutung der Ranvierschen Schnürringe Von welchen Faktoren wird die Leitungsgeschwindigkeit beeinflusst? 3

4 Weiterleitung von Aktionspotenzialen, Leitungsgeschwindigkeit in marklosen und markhaltigen Nervenfasern; Abhängigkeit von welchen Faktoren weitere Stichpunkte zur Nachbearbeitung: Bedeutung der Myelinschicht Entstehung der Myelinschicht aus Schwann-Zellen oder Oligodendroglia Bedeutung der Ranvierschen Schnürringe Von welchen Faktoren wird die Leitungsgeschwindigkeit beeinflusst? Die Leitungsgeschwindigkeit in einem Nerven Axon mit Radius 1 µm: ca 2 m pro Axon mit Radius 2 µm: ca 3.5 m pro Axon mit Radius 3 µm: ca 5 m pro V = Geschwindigkeit r = Radius Ri = Membranwiderstand Cm = Membrankapazität Die Nerven-Leitungsgeschwindigkeit ist proportional zum Durchmesser der Nervenfaser 4

5 Erregungsleitung in Nervenfasern Fasertyp Funktion Faserdurchmesser (µm) Aα β γ δ B C Somatomotorisch zur Muskulatur, sensorisch von Muskelspindeln Berührung, Druck Motorisch zu Muskelspindeln Schmerz, Temperatur Präganglionär sympathisch Postganglionär sympathisch Schmerz, Temperatur Leitungsgeschwindigkeit (m/s)

6 Erregungsübertragung an Synapsen Immunzytochemische Markierung von chemischen Synapsen grün: MAP2 (färbt Dendriten an) rot: Synaptophysin (färbt synaptische Vesikel an) Fluoreszenz-Farbstoff sekundärer Antikörper primärer Antikörper Antigen (epitop) MAP2 = Microtubule associated protein 2 Zell e Etwa 1000 Milliarden (10 12 ) Neurone im menschlichen Gehirn mit 1000 Billionen (10 15 ) Synapsen Unterscheidung zwischen chemischen und elektrischen Synapsen Elektrische Synapsen Aufbau einer elektrischen Synapse - Gap Junction: 2 Hemikanäle bilden wassergefüllten Kanal; Hemikanal = Connexon = 6 Connexine elektrotonische Weiterleitung von Membranpotentialveränderungen kein Neurotransmitter beteiligt kaum synaptische Verzögerung Möglichkeit der Synchronisation von einzelnen Zellen oder Zellverbänden 6

7 Chemische Synapsen Aufbau einer Synapse: Präsynapse, Postsynapse, Postynaptische Dichte, Proteinmatrix, Zelladhäsionsmoleküle präsynaptische Endigung synaptische Vesikel präsynaptisches Gitter (= Cytomatrix an der aktiven Zone, Verankerungsproteine für das Cytoskelett, Cytoskelettfilamente, Aktin, Mikrotubuli, Signaltransduktionsmoleküle) synaptischer Spalt Zelladhäsionsmoleküle und Ionenkanäle postsynaptische Endigung postsynaptische Dichte mit Cytomatrixproteinen (Clustering und Verankerung am Cytoskelett, Proteinmatrix) Morphologische Unterteilung der chemischen Synapsentypen in: axo-axonische Synapse axo-dendritische Synapse axo-somatische Synapse Vorgänge bei der synaptischen Übertragung an der Präsynapse und der Postsynapse Rolle von präsynaptischen Aktionspotentialen, Calcium-Einstrom, Translokation, Priming, Fusion, Exocytose Bindung des Neurotransmitters an postsynaptische Neurotransmitterrezeptoren Unterteilung in ionotrope Rezeptoren und metabotrope Rezeptoren Ionenkanäle, second Messenger, Bsp. Acetylcholin Bindung an Rezeptorproteine in der postsynaptischen Membran Direkt (ionotrope Rezeptoren) oder indirekt (metabotrop) mit Ionenkanal verbunden 1. Aktionspotential erreicht Präsynapse Präsynaptische Vorgänge 7

8 2. Spannungsänderung führt zu einem Einstrom von Ca 2+ -Ionen (Spannungsabhängig) 3. Signal für Fusion der synaptischen Vesikel mit präsynaptischer Membran 4. Neurotransmitter-Ausschüttung Postsynaptische Vorgänge 5. Neurotransmitter im synaptische Spalt 6. Bindung an postsynaptische Rezeptoren 7. Enstehung von postsynaptischen Potentialen 8. Weiterleitung der Information in Form von APs Beispiel: Cholinerge Synapse Cholinerge Synapsen binden den Neurotransmitter Acetylcholin und besitzen zum Beispiel zwei Typen von Rezeptoren: nikotinerge Rezeptoren muscarinerge Rezeptoren Nicotinerger Acetylcholinrezeptor (ionotroper Rezeptor): Rezeptor = Teil des Ionenkanals Freisetzung von Ach Bindung von Ach an Rezeptor Öffnung eines Kationen- (Na+) Kanals Natrium-Einstrom an der postsynaptischen Membran lokale Depolarisation (EPSP) erregend Muscarinerger Acetylcholinrezeptor (metabotroper Rezeptor): Bindung des Neurotransmitters (Acetylcholin) an einen Rezeptor Aktivierung eines G-Proteins Aktivierung einer Adenylatzyklase Bildung von camp (second messenger = zweiter Botenstoff) Öffnung eines benachbarten Ionenkanals (bei der muskarinergen Synapse 8

9 K+-Kanäle) Transmitter können exzitatorische (EPSP) und inhibitorische postsynaptische Potentiale (IPSP) auslösen postsynaptische Potentiale, Eigenschaften synaptischer Potentiale, Exzitatorische postsynaptische Potentiale bzw. Ströme (=current) EPSP bzw. EPSC und Inhibitorische postsynaptische Potentiale bzw. Ströme (=current) IPSP bzw. IPSC Eigenschaften von synaptischen Potentialen: Sie sind amplitudenmoduliert Sie werden elektrotonisch bis zum Ort der AP-Enstehung fortgeleitet Sie können sich überlagern (räumliche und zeitliche Summation) und werden integriert Mechanismen der räumlichen Summation, zeitlichen Summation postsynaptische Hemmung, präsynaptische Hemmung Postsynaptische Hemmung Input Neuron Ziel-Neuron hemmend - 0 erregend + EPSP + IPSP kein AP 0 0 Antwort 9

10 Präsynaptische Hemmung Input Neuron Ziel-Neuron erregend + EPSP AP hemmend Antwort 10

Abbildungen Schandry, 2006 Quelle: www.ich-bin-einradfahrer.de Abbildungen Schandry, 2006 Informationsvermittlung im Körper Pioniere der Neurowissenschaften: Santiago Ramón y Cajal (1852-1934) Camillo

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