Aufgaben 19 Nervensystem Springende Aktionspotenziale beschleunigen die Erregungsleitung 1 S Die saltatorische Erregungsleitung erhöht die Geschwindigkeit der Reizleitung. Gleichzeitig benötigt sie auch weniger Energie. Begründe diesen Sachverhalt (vergleiche dazu die Abbildungen auf den Seiten 16–18. Schneller ist besser! Das gilt nicht nur für den Sport, sondern meistens auch für das Überleben in der Natur. Je schneller Tiere Feinde erkennen und reagieren, umso wahrscheinlicher das Überleben. Bei den Wirbeltieren hat sich die Reizleitungsgeschwindigkeit entlang der Axone im Verlauf der Evolution enorm erhöht. Dies erfolgt durch eine Isolation der Axone durch die fettreiche Substanz Myelin durch Gliazellen (siehe S. 13). Diese Isolation vermindert „Leckströme“ durch die Membran. Dadurch fällt die Spannung entlang der Membran viel langsamer ab als bei Axonen ohne Myelinscheide – das Potenzial reicht also viel weiter als bei nicht-isolierten Axonen. Betrachtet man die Axone von Wirbeltieren, erkennt man, dass die Isolierung, die so genannte Myelinscheide, nicht durchgängig ist, sondern alle 0,2 bis 2mm unterbrochen ist – man spricht von Ranvier’schen Schnürringen1. Warum ist das so? Das Aktionspotenzial wird am ersten Schnürring ausgelöst (kAbb. 12). Das elektrische Feld breitet sich entlang der Myelinscheide aus, verliert aber (trotz der Isolierung) mit der Entfernung an Stärke. Da für die Auslösung eines neuen Aktionspotenzials aber ein Schwellenwert von 10mV nötig ist, muss die Myelinscheide unterbrochen sein, bevor das Potenzial unter diesen Wert fällt. Am nächsten Schnürring wird ein neues Aktionspotenzial ausgelöst. Es scheint also so, als würden die Aktionspotenziale von Schnürring zu Schnürring springen – man spricht von saltatorischer2 Erregungsleitung. Dadurch wird die Reizleitung viel schneller (von einigen m/s ohne Myelinscheide auf über 100m/s). Bei der Geburt fehlen die Myelinhüllen beim Menschen noch weitgehend. Deswegen haben Babys und Kleinkinder noch eine „lange Leitung“. Erst mit sechs Jahren ist die Reizleitungsgeschwindigkeit gleich wie im Erwachsenenalter. 1 Ranvier’scher Schnürring: Unterbrechung der Myelinscheide; benannt nach dem französischen Anatomen Louis Antoine Ranvier (1835–1922), der 1871 diese Einschnürungen entdeckte 2 saltatorisch: saltare (lat.) = springen, springend Myelin isoliert die Axone der Wirbeltiere, unterbrochen durch Ranvier’sche Schnürringe – die Aktionspotenziale springen von Schnürring zu Schnürring Myelinscheide K+-Kanal Na+ Na+ K+ K+ t = 0 t = 1 Ranvier'scher Schnürring Axon Endknöpfchen Spannungsgesteuerte Na+-Kanäle öffnen sich und erzeugen ein Aktionspotenzial. Wegen der guten Isolation kann sich ein depolarisierender Strom schnell per lokaler Ladungsverschiebung (Waggon-Effekt) von Schnürring zu Schnürring ausbreiten. Die Na+-Kanäle schließen sich nach 1 ms und werden refraktär. Spannungsgesteuerte K+-Kanäle öffnen sich und repolarisieren die Membran. … und pflanzt sich von Schnürring zu Schnürring fort. Der Schwellenwert wird schneller als ohne Myelinisolation erreicht; das Aktionspotenzial scheint zu springen … Abb.12: Abschnittsweise Isolation des Axons beschleunigt die Erregungsleitung. Die Isolierung des Axons durch Myelin (hellblau) führt dazu, dass die Aktionspotenziale von Schnürring zu Schnürring „springen“. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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