Nervenzelle – Leitungsgeschwindigkeit

Hallo, mein Name ist Sabine und in diesem Video werden wir marklose und markhaltige Nervenfasern näher unter die Lupe nehmen. Jedoch müsstest du schon alles über Ruhepotential und Aktionspotential wissen, damit du dieses Video einwandfrei verstehst und dich Fremdwörter wie Natrium-Kalium-Pumpe nicht durcheinander bringen. In diesem Film widmen wir unsere Aufmerksamkeit vor allem dem unteren Teil der Nervenzelle, dem Axon. Marklose Nervenfasern finden wir vor allem bei wirbellosen Tieren. Beim Menschen kommen sie auch im Eingeweidenervensystem vor. Markhaltige Nervenfasern sind vor allem bei höheren Wirbeltieren zu finden. Dort dienen sie als motorische Fasern, die Gehirn und Muskeln verbinden, oder sensorische Fasern, die wichtige Informationen, zum Beispiel vom Auge aus ans Gehirn, senden. Die markhaltigen Nervenfasern zeichnen sich durch ihre Isolationsschicht aus Myelin aus. Diese wird durch die Schwann'schen Zellen gebildet. Diese sind mehrmals um das Axon gewickelt. Den Abstand zwischen zwei Schwann'schen Zellen bezeichnet man als Ranvier'scher Schnürring. Wird ein Reiz in einer marklosen Nervenfaser weitergeleitet, so geschieht das auf kontinuierliche Art und Weise. Ohne Unterbrechung wird der Reiz vom Axonhügel zum Axonendköpfchen geleitet. In einer markhaltigen Zelle springt ein Reiz von einem Ranvier'schen Schnürring zum nächsten Ranvier'schen Schnürring. Diese Erregungsleitung nennt man saltatorisch. Dass diese Erregungsleitung sprunghaft ist, merke ich mir folgendermaßen: In "saltatorisch" steckt das Wort "Salto" drin. Wenn man es ganz genau nimmt, leiten Nervenzellen keine Reize weiter, sondern Erregungen. Ein Reiz kommt an der Nervenzelle an, wird im Axonhügel verarbeitet und dann als Erregung weitergeschickt. Nun schauen wir uns die marklosen Fasern mal im Detail an. Bei einem kleinen Durchmesser von 0,3 bis 1,5 Mikrometern können diese Fasern einen Reiz mit einer Geschwindigkeit von 0,6 bis 3 Meter pro Sekunde weiterleiten. Je größer der Durchmesser des Axons, desto schneller können Reize weitergeleitet werden. Bei 500 bis 1000 Mikrometern können so maximal 20 Meter pro Sekunde erreicht werden. Dies ist zum Beispiel der Fall im Riesenaxon des Tintenfisches. Durch den größeren Durchmesser sinkt der elektrische Widerstand im Axon und der Schwellenwert wird eher erreicht und somit kann ein Aktionspotential weitergeleitet werden. Dieses Aktionspotential breitet sich auf der ganzen Membranfläche aus. Damit diese großen Axondurchmesser gebildet werden können, benötigt der Körper sehr viel Material, Platz für diese Axone und auch sehr viel Energie, um sie herzustellen. Wenn wir uns ein Axon jetzt mal im Längsschnitt angucken, sehen wir, dass es regelmäßig von Natriumkanälen durchbrochen wird; ungefähr 500 je Mikroquadratmeter. Diese sind notwendig, damit ein Aktionspotential entstehen kann und die Membranladung sich umpolt. Da sich, wie schon gesagt, dass Aktionspotential ja über die ganze Membran ausbreitet, muss sehr viel Energie dafür aufgewendet werden, die Ionen wieder in den Zustand des Ruhepotentials zurückzupumpen. Das heißt, der Körper verbraucht sehr viel Energie, um die Natrium-Kalium-Pumpe zu betreiben. Nun kommen wir zu den markhaltigen Fasern. Bei einem sehr kleinen Durchmesser von nur 20 Mikrometern schaffen es diese Fasern, mit einer Geschwindigkeit von 120 Metern pro Sekunde einen Reiz von A nach B zu leiten. Das heißt, im Vergleich zu marklosen Fasern, spart man hier Platz, Material und Energie. Das heißt, markhaltige Fasern sind sehr viel effektiver. Das macht man sich vor allem im Gehirn zunutze. Nun mal ein kleines Zahlenspiel von meiner Bio-Lehrerin. Wenn unser Sehnerv als marklose Faser die gleiche Leitungsgeschwindigkeit haben sollte, müsste er einen Durchmesser von 20 Zentimetern haben. Wie das in deinem Kopf aussehen würde, überlass ich jetzt mal deiner Fantasie. Bei markhaltigen Fasern entsteht ein Aktionspotential immer nur im Bereich der Ranvier'schen Schnürringe. Wenn wir uns jetzt mal ein solches Axon im Längsschnitt ansehen, haben wir links und rechts 2 Schwann'sche Zellen und in der Mitte den Schnürring. 12.000 Natriumkanäle je Mikroquadratmeter durchbrechen diesen Schnürring; das heißt, diese sind sehr hoch konzentriert. Da sich das Aktionspotential nur im Bereich der Ranvier'schen Schnürringe ausbreitet, muss auch nur an diesen Stellen die Natrium-Kalium-Pumpe arbeiten. Das heißt der Körper spart mit markhaltigen Nervenfasern sehr viel Energie. Fassen wir noch einmal zusammen, was wir jetzt in diesem Video erfahren haben. Marklose Nervenfasern schaffen es mit maximal 20 Metern pro Sekunde einen Reiz von A nach B zu leiten. Markhaltige Fasern haben eine Höchstgeschwindigkeit von 120 Metern pro Sekunde. Marklose Nervenfasern zeichnen sich durch einen großen Durchmesser aus und markhaltige durch einen kleinen. Die Erregungsleitung erfolgt bei marklosen Fasern kontinuierlich und bei markhaltigen saltatorisch. Die Natrium-Kalium-Pumpe muss sehr viel arbeiten bei marklosen Fasern. Deswegen haben wir einen hohen Energieverbrauch. Markhaltige Fasern sind viel effektiver und haben einen niedrigen Energieverbrauch, da die Natrium-Kalium-Pumpe nur im Bereich der Ranvier'schen Schnürringe arbeitet. Aber wozu braucht man denn dann noch marklose Fasern? Wie ich am Anfang gesagt habe, kommen marklose Nervenfasern vor allem bei wirbellosen Tieren vor und die sind ja meistens sehr klein, wie zum Beispiel diese Biene. Und für eine Biene sind 3 Meter pro Sekunde, um einen Reiz von A nach B zu leiten, völlig ausreichend. Dann kommen marklose Fasern auch noch in unserem Eingeweidenervensystem vor. Und im Magen, Darm und wie die ganzen Organe heißen, sind keine schnellen Bewegungen nötig. Deswegen können dort problemlos marklose Nervenfasern genutzt werden. Markhaltige Nervenfasern und ihre maximale Leitungsgeschwindigkeit von 120 Metern pro Sekunde ermöglichen uns Tätigkeiten wie zum Beispiel Sport. Nur so können wir schnell genug beim Fußball zum Beispiel auf Pässe reagieren, Bällen ausweichen und schnell von links nach rechts rennen. Das Gleiche gilt für den Straßenverkehr. Beim Autofahren muss man ständig konzentriert sein und schnell reagieren können. Dasselbe gilt bei Gefahr. Wenn du zum Beispiel deine Hand auf eine heiße Herdplatte hältst, wären 3 Meter pro Sekunde, um sie schnell wegzuziehen, viel zu wenig. Markhaltige Nervenfasern ermöglichen unsere schnellen Reaktionen und damit unser Überleben. Alles klar? Dann danke für's Zusehen und bis zum nächsten Mal, Sabine.