Nervenzellen & Potenziale
Aufbau des Neurons, Ruhe- und Aktionspotenzial – Fokusthema Neurologie
Inhaltsverzeichnis
Bau der Nervenzelle
Abb. 1: Aufbau eines myelinisierten Neurons mit animierter Erregungsleitung (orange = Signalfluss)
Aufbau eines Neurons
Ein Neuron (Nervenzelle) besteht aus dem Zellkörper (Soma), den Dendriten (Empfangsfortsätze) und dem Axon (Leitungsfortsatz). Das Axon kann von einer Myelinscheide umhüllt sein, die von Schwann-Zellen gebildet wird. Die Unterbrechungen der Myelinscheide heißen Ranvier'sche Schnürringe – dort springt das Signal von Knoten zu Knoten (saltatorische Erregungsleitung).
Empfängt Signale von anderen Neuronen oder Sinneszellen
Enthält Zellkern und Zellorganellen; verarbeitet Informationen
Leitet elektrische Impulse vom Soma weg; kann bis 1 m lang sein
Isolierende Fettschicht um das Axon; beschleunigt Erregungsleitung auf bis zu 120 m/s
Unterbrechungen der Myelinscheide; ermöglichen saltatorische Leitung (energiesparend)
Geben Neurotransmitter in den synaptischen Spalt ab; enthalten Vesikel
Myelinisiert vs. Nicht-myelinisiert
- Saltatorische Erregungsleitung
- Sehr schnell (bis 120 m/s)
- Energiesparend
- Beispiel: Motorische Nervenbahnen, Pyramidenbahn
- Kontinuierliche Erregungsleitung
- Langsam (0,5–2 m/s)
- Höherer Energieverbrauch
- Beispiel: Schmerzfasern (C-Fasern)
Ruhepotenzial
Was ist das Ruhepotenzial?
Das Ruhepotenzial ist die elektrische Spannung über der Membran einer ruhenden Nervenzelle. Es beträgt beim Menschen etwa –70 mV (innen negativ gegenüber außen). Es entsteht durch unterschiedliche Ionenkonzentrationen auf beiden Seiten der Membran und die selektive Permeabilität der Membran.
Entstehung des Ruhepotenzials
Na⁺-Ionen sind außen konzentrierter (ca. 10-fach), K⁺-Ionen sind innen konzentrierter (ca. 30-fach)
Die Membran ist im Ruhezustand vor allem für K⁺ durchlässig (Kalium-Leckkanäle offen)
K⁺ diffundiert entlang des Konzentrationsgradienten nach außen → Innen wird negativer
Gleichgewicht bei –70 mV: elektrische Anziehung hält K⁺ zurück (Donnan-Gleichgewicht)
Na⁺-K⁺-ATPase (Pumpe) pumpt aktiv 3 Na⁺ raus und 2 K⁺ rein → hält Gradienten aufrecht (ATP-abhängig)
Aktionspotenzial
Abb. 2: Verlauf des Aktionspotenzials – Depolarisation (Na⁺ ein), Repolarisation (K⁺ aus), Hyperpolarisation
Was ist das Aktionspotenzial?
Das Aktionspotenzial ist eine kurze, charakteristische Änderung des Membranpotenzials, die ausgelöst wird, wenn ein Reiz den Schwellenwert (ca. –55 mV) überschreitet. Es folgt dem Alles-oder-Nichts-Prinzip: Entweder wird es vollständig ausgelöst oder gar nicht.
Phasen des Aktionspotenzials
Depolarisation: Reiz überschreitet Schwellenwert (–55 mV) → spannungsgesteuerte Na⁺-Kanäle öffnen → Na⁺ strömt ein → Membranpotenzial steigt auf +30 mV
Repolarisation: Na⁺-Kanäle inaktivieren sich → K⁺-Kanäle öffnen → K⁺ strömt aus → Membranpotenzial sinkt
Hyperpolarisation: K⁺-Kanäle schließen verzögert → Membranpotenzial unterschreitet kurz –70 mV
Refraktärzeit: absolute (kein AP möglich) und relative (nur stärkerer Reiz) Refraktärzeit
Erholung: Na⁺-K⁺-Pumpe stellt Ionengradienten wieder her
AP wird entweder vollständig ausgelöst oder gar nicht – keine abgestuften Signale
Ca. –55 mV; muss überschritten werden, damit ein AP ausgelöst wird
Kein weiteres AP möglich; Na⁺-Kanäle inaktiviert (~1 ms)
AP nur durch überschwelligen Reiz möglich; K⁺-Kanäle noch offen
Stärkere Reize → höhere AP-Frequenz (Frequenzmodulation), nicht stärkere APs
AP springt von Schnürring zu Schnürring → schneller und energiesparender