Elektrische Eigenschaften von Nervenzellen Ionenkanle II Elektrische Signale

Elektrische Eigenschaften von Nervenzellen Ionenkanäle II

Elektrische Signale • Zur Verarbeitung und Weiterleitung von Informationen • Zeitliche Änderungen im Potential über die Zellmembran „Störung“ des Ruhepotentials • Potentialänderung als Folge von Ionenströmen in die Zelle hinein oder heraus

Auslösung von Ionenströmen • An Synapsen einer Nervenzelle durch präsynaptische Neurone

Auslösung von Ionenströmen IPSP: CL- Einstrom EPSP: Na+ Einstrom

Auslösung von Ionenströmen • In spezialisierten Rezeptorzellen durch spezifische Sinnesreize • Rezeptorpotentiale entstehen

Widerstand und Kapazität der Membran Bestimmen den zeitlichen und räumlichen Verlauf eines elektrotonischen Signals

Signalleitung. . in Fortsätzen einer Nervenzelle… …und Kabel mit metallischem Leiterkern

Leitfähigkeit In Nervenzellen ca. 107 -fach geringer als im metallischen Leiter Ursachen • Träger der Ströme: Ionen Elektronen • Unterschiede in Beweglichkeit und Konzentration

Stromfluss • Zellmembran schlechter Isolator • Relativ hoher Innenwiderstand der dünnen Nervenfortsätze Relativ starkes Abschwächen des Spannungssignals entlang einer Nervenfase

Hypothetische Zellmembran nur aus resistiven Elementen außen Vm Im IR R Vm Im = I R innen Zellmembran einfacher Widerstand R Strompuls über die Membran resistiver Strom IR Membranpotential Vm Membranstrom Im

Nach dem Ohm-Gesetz Vm = R I R hat das Membranpotential den selben Zeitverlauf wie der Strompuls

Hypothetische Zellmembran nur aus kapazitiven Elementen aussen Im IC Vm Im = I C innen

Durch Einschalten der Stromquelle Strom IC fließt über den Kondensator und führt zur Änderung des Membranpotentials V = Q/C d. Vm / dt = 1 / C (d. Q/dt) = Ic/C

Strom-Spannungs-Verhalten einer hypothetischen Membran mit sowohl resistiven als auch kapazitiven Elementen aussen Im IC IR R Vm Vm innen Im

Zeitkonstante Vm (t) = Im R (I-e -t/τ) τ=RC Neues konstante Membranpotential 63%ΔVm τ

Resistiver Stromverlust

Längskonstante Vm (x) = V 0 e –x/λ Mit X = Entfernung vom Ursprungsort V 0 = Potentialänderung am Ursprungsort λ = Längskonstante des Nervenfortsatzes

Kapazitiver Stromverlust

Zeitliche Summation

Räumliche Summation

Grenzen der elektrotonischen Signalleitung • Elektrotonische Signale: Kleine Neurone ohne oder mit kurzem Axon Neuron im Vergleich zur Längskonstante klein zu übertragene Signale im Vergleich zur Zeitkonstante langsam Beispiel: Signalverarbeitung in der Retina • Alles-oder-nichts. Potentialpulse/Aktionspotentiale: Signalweiterleitung über lange Distanzen, ohne zeitlich Verzerrung und Abschwächung