Beide bei Thieme eBook - humanbiology.wzw.tum.dehumanbiology.wzw.tum.de/fileadmin/Dokumente/neurohumanbiolvordruck_12.pdf · Neurophysiologie 1) Funktionelle Anatomie 2) Entstehung

Beide bei Thieme eBook

Neurophysiologie

1) Funktionelle Anatomie

2) Entstehung nervaler Potentiale

3) Erregungsfortleitung

4) Synaptische Übertragung

5) Transmitter und Reflexe

6) Vegetatives Nervensystem

Soma mit Zellkern

Axon

Synapse

Anatomische & Morphologische Grundlagen

Dendriten

Präsynapse,

Endknöpfchen

1

Axon-

hügel

5

3

4

2

Typen von Nervenzellen

Robert Stufflebeam

Purkinje Neuron α- Motoneuron

Aufbau einer Nervenzelle

http://img.webme.com/pic/f/filippa/nerven1.jpg

Aufgaben des Nervensystems

Nerven

dienen der Wahrnehmung der Umwelt und der Aufnahme von

Informationen

filtern, verarbeiten und speichern Informationen

Steuern die Funktion der Zielorgane

Interagieren mit anderen Systemem, wie z.,B mit dem endokrinen

System

Aufbau des Nervensystems

Nervensystem

Reizaufnahme

Verarbeitung und Speicherung = Integration

Weitergabe an ausführende Strukturen

Aufbau des Nervensystems

Nervensystem

Reizaufnahme

Verarbeitung und Speicherung = Integration

Weitergabe an ausführende Strukturen

Sensorischer Eingang

Motorischer Ausgang

Grundbausteine des Nervensystems: Neurone und Glia

Aufbau des Nervensystems

Die zwei Grundbausteine des Nervensystems sind:

1) Neurone (= Nervenzellen)

Funktion: Integration und Weiterleitung von Impulsen

Aufbau: Zellkörper (Soma) mit Zellkern

Dendriten (Aufnahme von Impulsen)

Axon (Weiterleitung und Übertragung der Impulse an den

synaptischenEndigungen)

anhand ihrer Lage in Bezug auf die Synapse unterscheidet man prä-und

postsynaptische Zellen.

2) Gliazellen (= Stützzellen)

Funktion: Elektrische Isolierung

strukturelle und metabolische Stabilisierung der Neurone

führen wachsende Neurone ans Ziel

haben Immunfunktion

sind an synpatischer Verschaltung beteiligt

Aufbau: Zellkörper mit Zellkern

Plasmamembran umwächst das Axon (= Myelinscheide)

zwischen den Zellen Ranvierschnürringe

Aufbau des Nervensystems

Neurone werden in drei Gruppen eingeteilt:

Rezeptorzelle

1. Sensorische

Neurone

2. Interneurone

3. Motorische

Neurone

Re

izle

itu

ng

Empfangen Signale von Rezeptorzellen und

leiten sie an andere Neurone weiter

Übertragen Signale von einer Nervenzelle zur nächsten

Übertragen Signale des Nervensystems

auf die Effektorzelle

Funktion der Neurone

Neurone besitzen gesteuerte Ionenkanäle, die sich auf

einen Reiz hin öffnen oder schliessen:

Funktion der Neurone

Die Auswirkungen der Öffnung eines gesteuerten

Ionenkanals hängt vom Ionenkanal und insbesondere der

Verteilung der Ionen ab (intra- versus extrazellulär)

Reiz öffnet

Kaliumkanal

Hyperpolarisation

Reiz öffnet

Natriumkanal

Depolarisation

Ca++

Ca++

Calciumeinstrom

Reiz öffnet

Calciumkanal

Depolarisation

K+

K+

Reiz öffnet

Chloridkanal

Hyperpolarisation

Chlorideinstrom

Cl-

Cl- -

extrazellulär

intrazellulär

K+ A

-

A-

A-

A-

A-

A-

A-

K+

K+

K+

K+

K+

K+

K+ K+

K+

K+ K+

K+

K+ Na+

Na+ Na+ Na+

Na+

Na+

Na+

Na+ Na+

Na+

Na+

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl- neutral

neutral

Das Membranpotenzial. Kalium Leckströme und Na/K Pumpe

K+

Na+

Na / K -

Pumpe

K+ = 160 mmol/L

Na+ = 7 mmol/L

Cl- = 7 mmol/L

K+ = 4,5 mmol/L

Na+ = 144 mmol/L

Cl- = 114 mmol/L

extrazellulä

r

intrazellulär

extrazellulä

r

intrazellulär

Das Membranpotenzial hängt ab von der Membran-Permeabilität

(Anzahl der offenen, also leitenden Kanäle). http://www.blackwellpublishing.com/matthews/animate.html

-55mV

AP- Schwelle K+ K+ Na+

1 msec

K+ K+ Na+

K+ Na+ K+

K+ K+ Na+

extrazellulä

r

intrazellulär

K+ Na+ K+

K+ K+ Na+

delayed rectifier K-Kanal schneller Na-Kanal

extrazellulä

r

intrazellulä

r h-TOR

1) Ruhe

extrazellulä

r

intrazellulä

r

m-TOR

extrazellulä

r

intrazellulä

r

m-TOR n-TOR

m-TOR n-TOR

2) AP

3) kurz nach

Na-Kanal

Öffnung

h-TOR

K+

Na+ h-TOR

Aktivierungstor

Inaktivierungstor

Das Öffnen und Schließen von Membrankanälen

n-TOR

Zelle aktivierbar

Zelle aktiviert

Zelle absolut refraktär

extrazellulä

r

intrazellulä

r

+

Die absolute und relative Refraktärzeit

-55mV

AP- Schwelle

- - - - - -

K+

+ + + + + +

absolut refraktär

relativ refraktär

voll erregbar

Struktur des Na-Kanals

extrazellulär

intrazellulär

K+ A-

A-

A-

A- A

-

A-

A-

K+ K+

K+ K+

K+ K+

K+ K+

K+ K+

K+

K+

K+

Na+

Na+ Na+

Na+ Na+

Na+ Na+

Na+

Na+ Na+

Na+

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Na-Kanäle schließen und öffnen spannungsabhängig: [+/-]extrazellulär normal

extrazellulär

intrazellulär

K+ A

-

A-

A-

A- A

-

A-

A-

K+ K+ K+

K+

K+ K+

K+ K+ K+

K+

K+

Na+

Na+ Cl

-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

K+

K+

Na+

Na+ Na+

Na+ Na+

Na+

Na+

Na+ Na+ Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Na-Kanäle schließen und öffnen spannungsabhängig: [+]extrazellulär

Funktionelle Morphologie des Axons

Na-Kanäle

kontinuierliche Erregungsleitung - nicht myelinisierte Fasern

Axonale Erregungsausbreitung

saltatorische Erregungsleitung - myelinisierte Fasern

Demyelinisierung [Multiple Sklerose]

Axon

Einteilung der Nervenfasern nach Erlanger und Gasser

Bezeichnun

g

Durchmesser

[µm]

Reizleitung

[m/sek]

Beispiel

Aα 12-20 70-120

Motorische Fasern – Skelettmuskulatur

Mechanosensitive Fasern der Haut Aβ 5-12 30-70

A 3-6 15-30

Aδ 2-5 12-25 Nozizeptive Fasern, Mechanosensoren

B 1-3 1-3 Viszeroefferente und Viszeroafferent Fasern

C

0,3-1,3

0,5-2,3

Marklose Fasern, die Temperatur, Schmerz,

und andere Wahrnehmungen aus

somatischen und viszeralan Bereichen leiten

Unterbrechung der Signalweiterleitung

Tetrodotoxin (Nervengift) blockiert

schnelle Natriumkanäle und damit

die axonale Weiterleitung.

Lidocain (Lokalanästhetikum) hemmt

reversibel schnelle Natriumkanäle

und hemmt dadurch die axonale

Weiterleitung

Weiterleitung des Axon – Aktionspotenzials http://www.blackwellpublishing.com/matthews/animate.html

- +

Axonale Erregungsausbreitung: Summenaktionspotential (SAP)

Synaptische Übertragung

Präsynapse

Postsynapse

(Membran der Zielzelle)

Synaptischer

Spalt

http://www.williams.edu/imput/synapse/pages/introduction_main.html

Synaptische Übertragung

Sudhof

http://www.sumanasinc.com/webcontent/animations/content/synaptictransmission.html

http://www.williams.edu/imput/synapse/pages/introduction_main.html

http://www.pbs.org/wnet/closetohome/animation/neuron.html

http://outreach.mcb.harvard.edu/animations/synaptic.swf

http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/chp44/4403s.swf

Auswirkungen einer synaptischen Aktivierung

Es gibt zwei Arten von Synapsen:

1) erregende (= exzitatorische) Synapsen

Funktion: depolarisieren die postsynaptische Membran und lösen ein

exzitatorisches postsynaptisches Potenzial (EPSP) aus.

2) hemmende (= inhibitorische) Synapsen

Funktion: hyperpolarisieren die postsynaptische Membran und lösen

ein inhibitorisches postsynaptisches Potenzial (IPSP) aus.

Welche der beiden Funktionen eine Synapse hat hängt von der

Kombination verschiedener Faktoren ab!!!

Art des Neurotransmitters

Rezeptortyp und Ionenkanal

http://www.blackwellpublishing.com/matthews/neurotrans.swf

Na+

K+

extrazellulär

intrazellulär

Na+

K+

Glutamat

AMPA-

Rezeptor

NMDA-

Rezeptor

Glycin

Bindungsstelle

Phencyclidin-

Bindungsstelle

Mg++-Bindungsstelle

EPSP

Erregende Postsynaptische Potentiale (EPSP): der Transmitter Glutamat

Die postsynaptische Antwort

Ca++

extrazellulär

intrazellulär

GABA Glycin

Cl_

50 msec

IPSP

Cl_

Inhibitorische Postsynaptische Potentiale (IPSP): die Transmitter GABA und Glycin

(γ-Aminobuttersäure)

Bindungsstelle

für Alkohol u.

Anästhetika

Alkohol u. Anästhetika

Bindungsstelle

GABAA-

Rezeptor

Glycin-

Rezeptor

Barbiturat-Bindungsstelle

Benzodiazepin-,

DBI- Bindungsstelle

Steroid- Bindungsstelle

E1 E2 I1 I2 Axonhügel [Membranpotenzial mV]

0 0 0 0 -70 mV

aktiv 0 0 0 __

0 aktiv 0 0 __

0 0 aktiv 0 __

aktiv 0 0 aktiv __

E2 E2 I1 I2 Axonhügel [Membranpotenzial mV]

aktiv aktiv 0 0 __

Räumliche und zeitliche Summation synaptischer Potenziale

Axonhüg

el

E1 E2

I1

I1

Synaptischer Input Abstand zu Axonhügel

E1: 35 mV 0,3 mm

E2: 28 mV 0,5 mm

I1: 10 mV 0,3 mm

I2: 30 mV 0,1 mm

Für alle gilt: 3 mV Abnahme pro 0,1 mm

Toxine und Nervensystem: Tetanustoxin

Signalverarbeitung vom Sensor zum Effektor

Vom amplitudencodierten Rezeptorpotenzial zum frequenzcodierten Signal

Patellar-Reflex

Rhenshaw Zellen

Ia-Afferenz

α-Motoneuron

Muskelfaser

Kernsack

faser

Kernketten

faser

Bindegewebe

Ia Afferenz

γ Motoneuron

α Motoneuron

Muskelspindel

Reflexverschaltung

Rhenshaw Zellen

Reflexverschaltung: Regulation der Muskellänge (Flexor + Extensor)

durch Muskelspindeln

Muskelspindel

Muskelfasern

Reflexverschaltung: Regulation der Muskelspannung (Flexor + Extensor)

durch Golgi-Sehnenorgane

Knochen

Sehne

Axon

Bindegewebe

fasern

Muskelfaser

Kapsel

Ib Afferenz

Golgi

Sehnenorgan

Reflexverschaltung: Regulation der Muskelspannung des Agonisten

und Antagonisten

http://www.bio.vobs.at/physiologie/a-neuro5-2.jpg

Reflexverschaltung: Koordination verschiedener Muskeln

Vegetatives Nervensystem: Sympathikus und Parasympathikus

Aufrechterhaltung

autonomer

Funktionen -

Homoeostase

Wirkungen des Sympathikus und Parasympathikus

Die Neurotransmitter des Sympathikus und Parasympathikus

Die zwei Rezeptoren für Acetylcholin

Die Rezeptoren für Noradrenalin

Die Neurotransmitter des Sympathikus und Parasympathikus

COMT: Catechol-O-Methyltransferase

MAO: Monoaminooxidase

Präsynaptische Wiederaufnahme von Noradrenalin

1 2

3

Transmitter des Sympathikus und Parasympathikus

Parasympathikus

Acetylcholin;

nikotinerge

Rezeptoren

Acetylcholin;

muskarinerge

Rezeptoren

Sympathikus

Präganglionäre

Neurone

Postganglionäre

Neurone;

Divergenz

Effektoren

Acetylcholin;

nikotinerge

Rezeptoren

Noradrenalin;

α und/oder β

Rezeptoren