Neurobiologie Praktikum an der Freie Universität Berlin

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Kontraktionen von Muskeln 

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Muskelalktivität bei der Heuschrecke 

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Myofibrillen 
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Die Ansteuerung der Muskulatur 

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Hodgkin- Huxley

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Elektrophysiologie Messtechnik

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Kabeltherorie (passive Weiterleitung )
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Extrazelluläre Bipolare Ableitung von Aktionspotentialen 

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Gleitfilament Mechanismus

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Charakteristische Bestandteile einer Muskelfaser

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Kontraktion eines Muskels 
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Bewegung der Heuschrecke 

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Neurobiologie Praktikum

Kontraktionen von Muskeln 
  • Ein Aktionspotential eines schnellen Motoneurons löst eine einmalige Zuckungen des Muskels aus, die bis zu 70 % der maximalen Kontraktionsstärke ausmachen kann
  • dagegen müssen langsame Motoneurone eine ganze Salve von Aktionspotentialen bilden -> bevor eine Kontraktion messbar ist 
  • je höher die Frequenz der AP in diesen Aktionspotentialen in diesen langsamen Motoneuronen ist, desto größer ist die Kontraktionsamplitude des Muskels 
    • feuern die Motoneurone mit einer hohen Frequenz, dann verschmelzen die Einzelkontraktionen entweder zu einem unvollständigen oder zu einem vollständigen (glatten) Tetanus 

Neurobiologie Praktikum

Muskelalktivität bei der Heuschrecke 
  • Beugen geschieht durch den Flexor tibiae Muskel
    • innerviert von mehr als 9 exzitatorischen Motoneurone
  • Strecken durch den Extensor tibiae Muskel 
    • Strecker innerviert von einem langsamen SETI, slow extensor tibiae und einem schnellen FETI, fast extensor tibiae, Motoneuron, einem Hemmneuron und einem neuromodulatorischen Neuron

Neurobiologie Praktikum

Myofibrillen 
  • Myofibrillen verkürzen sich wenn die dünnen Filamente (Aktinfilamente) und die dicken Filamente (Myosinfilamente) aneinander entlanggleiten 
  • Die dünnen Filamente bestehen aus Aktin-Monomere, Troponin Komplexen, welche Ca2+ binden, Tropomyosin und Nebulin 
  • die dicken Filamente sind aus Titin, M Banden Proteinen, C Proteinen und Myosin-Dimeren zusammengesetzt 

Neurobiologie Praktikum

Die Ansteuerung der Muskulatur 
  • Kontraktionen der Muskeln durch die Aktivität spezieller Muskelzellen (Motoneurone) ausgelöst 
    • die jeweils eine unterschiedliche Anzahl von Einzelfaser des Muskels Versorgen (Motorische Einheit: ein Motoneuron und die von ihm innervierten Muskelfasern)
  • bei Wirbeltieren ist der Neuromuskuläre Transmitter Acetycholin, bei wirbellosen Glutamat
    • Folge bei einer Transmitterfreisetzung aus dem Motoneuron kommt es in einer Muskelzeller zu einer Depolarisation  
  • in Wirbeltieren besitzt ein Muskel sehr viele motorische Einheiten (mehrere hundert bis tausend) und es gilt bei erwachsenen Tieren, dass eine Muskelfaser von immer nur einem Motoneuronen innerviert wird
  • Bei wirbellosen Tieren besitzt jeder Skelettmuskel viel weniger motorische Einheiten (1 bis 10) und eine Muskelfaser kann mehrere Motoneurone innerviert sein  

Neurobiologie Praktikum

Hodgkin- Huxley
  • Voltage Clamp Technik ist eine der wichtigsten Standardmethoden der Elektrophysiologie 
  • es können Ströme über eine Zellmembran gemessen werden 
    • so wird auf die fließenden Ladungsträger in Form von Ionen geschlossen werden

Neurobiologie Praktikum

Elektrophysiologie Messtechnik
  • Zu messenden Ströme und Spannungen sind in der Regel sehr klein und man kann sie daher nicht direkt, ohne Verstärkung registrieren 
  • das EEG misst Potentiale an der Oberfläche des Schädels im Bereich von einigen Mikrovolt
  • Signale mit solchen geringen Spannungen müssen verstärkt werden, um sie von Rauscheinflüssen trennen zu können 

Neurobiologie Praktikum

Kabeltherorie (passive Weiterleitung )
  • Zwischen den Ranvier‘schen Schürringen unter Myelinscheide und im dendritischen Bereich 
  • Vorgang, bei dem eine Potentialänderung nicht permanent durch Zuführung von neuen Ladungsträgern aufrechterhalten wird, sondern passiv wandert und währenddessen langsam abfällt 

Neurobiologie Praktikum

Extrazelluläre Bipolare Ableitung von Aktionspotentialen 
  • Die zweite Elektrode ist 0 
    • U= -x-0 -> negativ
  • Differentielle Ableitung 
    • U0= U1-U2
  • von Vorteil bei einer Störung S 
    • U0= (U1+S)-(U2+S)
  • Ein positiver Ausschlag symbolisiert genau das selbe Phänomen, wie der vorangegangene negative Ausschlag

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Gleitfilament Mechanismus
  • Je nach Aufbau und Funktion unterscheidet man Skelettmuskulatur, Herzmuskulatur und Eingeweidemuskulatur 
  • wegen des regelmäßigen Aufbaus erscheinen Skelett- und Herzmuskulatur  quergestreift, während die Eingeweide aus glatter Muskulatur bestehen 

Neurobiologie Praktikum

Charakteristische Bestandteile einer Muskelfaser
  • Charakteristische Bestandteile einer Muskelfaser sind die Myofibrillen, die von den Kontraktionen Proteinen Actin und Myosin 
  • jede Myofibrille ist unterteilt in seriell (hintereinander) angeordnete Sarkomere
  • jedes Sarkomere besteht aus den an den Sarkomer-Grenzen vernetzten Actinfilament 

Neurobiologie Praktikum

Kontraktion eines Muskels 
  • die Sarkomerlänge verkürzt sich, da die Actin und Myosinfilamente ineinander gleiten (Gleitfilament Mechanismus) und dabei bilden sich Querbrücken, die immer wieder gelöst und neu geknüpft werden 
  • entscheidend für die elektromechanische Kopplung ist 
    • das T-System 
    • die Einstülpungen (Tubuli) sind auf der Innenseite von einem Teil des sarkoplasmatischem Retikulum umgeben, aus denen Calcium Ionen freigesetzt und wieder zurückgepumpt werden können
  • wenn durch ein Aktionspotential  Calcium Ionen aus dem sarkoplasmatischen Reticulum freigesetzt werden, kann der Querbrückenzyklus beginnen  

Neurobiologie Praktikum

Bewegung der Heuschrecke 
  • Bei schnellen Gehbewegungen sind der Beuger- und Streckermuskel abwechselnd aktiv und im HInterbein sind nur wenige Muskelpotentiale verursacht von Fast-Motoneuronen 
  • das motorische Muster für den Sprung oder Verteidigungskick ist anders 
    • kommt zum Abbeugen der Tibia und dann zu einer gleichzeitigen Kontraktion der Beuger- und Streckermuskels 
    • in KontraktionPhase bewegt sich die Tibia im voll abgebeugten Zustand nicht, weil der schwache Beugermuskel den starken Streckermuskel wegen der für ihn günstigen Hebelverhältnisse halten kann 
  • dafür wird in der Kontraktiosnphase isometrische Spannungen erzeugt, die in einer Verformung des Gelenks gespeichert wird 

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