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Kontinuierliche Erregungsleitung

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Biologie

In diesem Artikel geht es um die kontinuierliche Erregungsleitung. Wir erklären dir, was man darunter versteht und wie bei der kontinuierlichen Erregungsleitung die elektrischen Signale in Nervenzellen weitergeleitet werden. Dieser Artikel hilft dir die Erregungsübertragung am Axon besser zu verstehen.


Der folgende Artikel gehört zum Fach Biologie und erweitert das Thema Neurobiologie.

 

Erregungsleitung


Bevor du auf diesen Artikel deiner Lieblingswebsite StudySmarter geklickt hast, wurde ein entsprechendes Signal in deinem Gehirn erstellt. Das reicht aber nicht, um deinen Finger zu bewegen, denn dieses elektrische Signal muss ja noch im Finger ankommen. Und genau das wird durch die Erregungsleitung über Axone gewährleistet. Darunter versteht man nämlich die Weiterleitung einer Erregung in Form von elektrischer Signale in Nerven- und Muskelzellen.


Der Befehl vom Gehirn "Klick auf die Maus!" wird in einem Neuron als elektrisches Signal bzw. genauer als Aktionspotenzial am Axonhügel losgeschickt und entlang des Axons bis zum Finger weitergeleitet. 


Je nach Art und Ablauf unterscheidet man zwei Formen der Erregungsübertragung: Die saltatorische und kontinuierliche Erregungsleitung. Hier geht es im Folgenden um die letztere Weiterleitungsart.


Tipp:

Inspiration für den nächsten Befehl deines Gehirns: Unser Artikel zum Aktionspotenzial.


Abbildung 1: Erregungsübertragung in einem Neuron

aus: STARK Abitur-Training – Biologie 2: Neuronale Informationsverarbeitung


Was versteht man unter kontinuierlicher Erregungsleitung?


Nervenfasern ohne Myelinisierung, also marklose Neurone leiten Erregungen kontinuierlich weiter. Das heißt, dass das Aktionspotenzial über ständiges Ausgleichen von Ladungsunterschieden zwischen schon erregten und noch nicht erregten Membranstellen weitergeleitet wird. Es entstehen also immer wieder neue Aktionspotenziale, die sich Richtung Axonendknöpfchen ausbreiten. So bleibt das Signal immer gleich stark.


Diese Art der Erregungsleitung findet man vor allem in wirbellosen Tieren, wie Tintenfischen oder Regenwürmern.


Genauer Ablauf der kontinuierlichen Erregungsleitung


Lasst uns die Erregungsübertragung mit unserem Beispiel von vorhin nochmal unter die Lupe nehmen:


Auslösung des Aktionspotenzials

Der Befehl "Klick auf die Maus!" soll vom Neuron im Gehirn auf die Reise zur Muskelzelle deines Fingers geschickt werden. Dafür muss die Erregung stark genug sein, um am Axonhügel der Gehirn-Nervenzelle das Schwellenpotenzial von – 40 bis – 50 mV zu erreichen. Nun findet eine Potenzialumkehr statt. Das heißt, bestimmte Kanäle an der Membran öffnen und das sonst negative Axoninnere wird positiv (bis ca. + 30 mV) im Vergleich zur äußeren Umgebung. Dadurch entsteht ein Aktionspotenzial.


Weiterleitung der Erregung

Durch die Bildung des Aktionspotenzials gibt es am Anfang des Axons eine Innen positiver geladene Stelle als der benachbarte noch unerregte Axonabschnitt (dort herrscht ein Ruhepotenzial von ca. – 70 mV). Es besteht also ein Ladungsunterschied zwischen erregtem und noch nicht erregten Bereich. Dieser Ladungsunterschied führt nun dazu, dass Ionen zwischen den beiden Axonabschnitten fließen, um den Unterschied auszugleichen. Die Ausgleichs-Strömchen-Theorie oder kurz Strömchen-Theorie basiert auf der Annahme solcher ausgleichenden Ionen- oder Kreisströme (s. Abbildung 2).


Durch die ausgleichenden Kreisströme beidseits der Membran werden Ionen von "axonabwärts" abgezogen, wodurch dort das Ruhepotenzial immer positiver wird. Diese Depolarisierung reicht letztendlich aus, um die Na+-Kanäle zu öffnen und ein neues Aktionspotenzial entstehen zu lassen. Das neu gebildete Aktionspotenzial hat genau die gleiche Dauer (2 ms), Stärke (ca. 100 mV) und Form des vorangegangenen Aktionspotenzials.


Jetzt ist wiederum der Axonabschnitt des neuen Aktionspotenzials positiver geladen als der darauffolgende Teil, sodass sich das Ganze wiederholt. Und zwar so lange bis das Axonendknöpfchen erreicht ist.

Damit ist jedes Aktionspotenzial der Auslöser für das Entstehen neuer Aktionspotenziale an benachbarten Membranstellen. So wird die Erregung, durch passive Kreisströme und ständige Neuentstehung von Aktionspotenzialen, ohne Abschwächung das ganze Axon entlang weitergeleitet.


Abbildung 2: Ablauf der kontinuierlichen Erregungsleitung

aus: Gekle, M. (2010). Taschenlehrbuch Physiologie. Deutschland: Thieme.



Gerichtete Erregungsleitung am Axon


Wenn die ständig neu gebildeten Aktionspotenziale durch Ionenströme entstehen, warum werden sie immer in Richtung Axonendköpchen geleitet? Warum fließen sie nicht rückwärts?


Das liegt an der sogenannten Refraktärzeit: Nach Ablauf eines Aktionspotenzials ist die Membran für kurze Zeit unerregbar (absolute Refraktärphase), da die Kanäle schließen und für eine Zeit nicht mehr öffnen. Auch bei überschwelligen Reizen kommt es dann an den Kanälen nicht zur Öffnung. Das führt dazu, dass das Aktionspotenzial nur in die Richtung der Stellen mit noch geöffneten Kanälen (Richtung Axonende) weiterlaufen kann. Außerdem wird so die Dauer des Aktionspotenzials begrenzt.


Abbildung 3: Gerichtete Informationsweiterleitung

aus: STARK Abitur-Wissen Biologie Neurobiologie - Neuronen, Synapsen und Gedächtnis



Einflussfaktoren der Erregungsleitung


Es gibt einige Faktoren, die die Geschwindigkeit der Erregungsleitung beeinflussen:


  • Myelinisierung: Wie du inzwischen weißt, kommt es an marklosen Axonen zur kontinuierlichen Erregungsübertragen. Da hier ständig neue Aktionspotenziale hergestellt werden, dauert es länger bis das elektrische Signal am Ende des Axons angekommen ist. Dem gegenüber läuft an markhaltigen Axonen die schnellere saltatorische Erregungsleitung ab. 


  • Faserdurchmesser: Je größer der Nervenfaserdurchmesser, umso größer die Leitungsgeschwindigkeit. Dadurch sinkt nämlich der Innenwiderstand. Das kannst du dir vorstellen, wie bei einer Tür: Je breiter sie ist, desto schneller kann die Klasse raus laufen, weil mehr Schüler*innen hindurch passen.


  • Temperatur: Es gibt für die optimale Erregungsleitung auch einen optimalen Temperaturbereich. Darüber und darunter ist die Geschwindigkeit herabgesetzt. 


Geniale Evolution!

Tintenfische haben, wie erwähnt, marklose Axone. Trotzdem soll die eher langsame kontinuierliche Erregungsleitung so schnell wie möglich ablaufen. Auf die Temperatur hat der Tintenfisch leider keinen Einfluss. Das heißt, der einzige Weg die Erregungsübertragung in marklosen Axonen zu beschleunigen, ist den Faserdurchmesser zu vergrößern. 

Das hat die Evolution tatsächlich auch umgesetzt, sodass man in Tintenfische sogenannte Riesenaxone mit einem Durchmesser von bis zu 1 Millimeter findet!


Kontinuierliche vs. saltatorische Erregungsleitung


In der folgenden Tabelle siehst du die Merkmale der beiden Erregungsübertragungsformen, sodass du sie auf einem Blick vergleichen kannst:



kontinuierliche Erregungsleitungsaltatorische Erregungsleitung
Myelin-Ummantelungnicht vorhanden = marklosvorhanden = markhaltig
Erregungsübertragungfortschreitendsprunghaft
Leitungsgeschwindigkeiteher langsam
v = 1 m/s bis maximal 25 m/s
eher schnell
v = bis zu 120 m/s
Axondurchmessereher groß (bis 1 mm)eher klein
Vorkommenv. a. in wirbellosen Tierenin Wirbeltieren fast ausschließlich


Abbildung 4: Kontinuierliche vs. saltatorische Erregungsleitung

aus: "Optimierung von Stimulationsspulen für die induktive Nervenreizung", Kerstin Wendicke.


Das Wichtigste zur kontinuierlichen Erregungsleitung auf einem Blick!


  • fortschreitende, gerichtete Weiterleitung der elektrischen Erregung an marklosen Axonen


  • durch Ladungsunterschiede werden über Kreisströme ständig neue Aktionspotenziale gebildet → eher langsame Erregungsleitung



FERTIG!

Jetzt kennst du die Bedeutung und den genauen Ablauf der kontinuierlichen Erregungsleitung! Schau auch mal in den Artikel zur anderen Übertragungsart elektrischer Signale an Axonen, zur saltatorischen Erregungsleitung!


Häufig gestellte Fragen zum Thema Kontinuierliche Erregungsleitung

Bei der kontinuierlichen Erregungsleitung werden ständig neue Aktionspotenziale (AP) gebildet, sodass es dauert bis das AP am Axonende angekommen ist. Währenddessen ist die Übertragung bei der saltatorischen Erregungsleitung sprunghaft, das AP "springt" von Schnürring zu Schnürring, sodass die Weiterleitung schneller abläuft.

Die kontinuierliche Erregungsleitung ist eine fortschreitende und gerichtete Weiterleitung elektrischer Signale an marklosen Axonen. Sie kommt v. a. bei wirbellosen Tieren vor und ist eher langsam.

Die Erregungsleitung ist schneller, wenn das Axon myelinisiert ist, einen großen Innendurchmesser hat und optimale Temperaturen herrschen.

Das Neuron selbst sollte myelinisiert sein und einen großen Innendurchmesser besitzen für eine möglichst schnelle Erregungsleitung. Außerhalb des Neurons sollten weiterhin optimale Temperaturen herrschen.

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