Innerhalb eines Neurons erfolgt die Weiterleitung von Signalen durch elektrische Impulse, die sich entweder passiv über die Zellmembran ausbreiten oder durch ein aktiv ausgelöstes Aktionspotenzial aktiv weitergeleitet werden. Die aktive Erregungsweiterleitung lässt sich weiterhin in eine kontinuierliche und eine saltatorische Erregungsweiterleitung unterteilen.
Passive Ausbreitung einer elektrischen Erregung:
- Erregender Impuls durch exzitatorische Synapse löst Depolarisation an Dendriten aus
- Depolarisation breitet sich konzentrisch (gleichmäßig und kreisförmig) über Membran aus
- Elektrotonische Ausbreitung erfolgt ohne Beteiligung spannungsabhängiger Ionenkanäle
- Die elektrotonische Ausbreitung bezieht sich auf die passive Übertragung eines elektrischen Impulses entlang einer Zellmembran ohne Aktionspotenzialbildung, basierend auf der elektrischen Leitfähigkeit der Membran
- Elektrotonische Ausbreitung ist sehr schnell, aber verlustreich
- Bereits in einer geringen Entfernung (einige hundertstel Millimeter) kommt es zu keiner nennenswerten Potenzialänderung mehr
Aktive Ausbreitung einer elektrischen Erregung:
- Um lange Wege verlustfrei zurücklegen zu können, benötigen Nervenimpulse einen Verstärkermechanismus, der die Depolarisation aktiv weitergibt
- Dieser Mechanismus wird durch spannungsabhängige Na+-Kanäle auf dem Axonhügel und entlang der Axonmembran gebildet, die sich bei Depolarisation öffnen und dadurch die Depolarisation verstärken. (siehe Alles-oder-Nichts-Prinzip)
- Dies führt schließlich zur Auslösung eines Aktionspotenzials
- Die Erregung kann entweder aktiv kontinuierlich oder saltatorisch weitergeleitet werden
| Eigenschaften | Kontinuierliche Erregungsweiterleitung | Saltatorische Erregungsweiterleitung |
|---|---|---|
| Art der Axone | Nicht-myelinisierte Axone | Myelinisierte Axone |
| Aktionspotenzialbildung | Über gesamtes Axon | An Ranvier-Schnürringen |
| Geschwindigkeit | Langsamer als saltatorische Erregungsweiterleitung | Schneller als kontinuierliche Erregungsweiterleitung |
| Energieverbrauch | Höherer Energieverbrauch pro Aktionspotenzial | Geringerer Energieverbrauch pro Aktionspotenzial |
| Anwendungsbereiche | Einfache Reflexe und niedrigere Organismen | Komplexe kognitive Prozesse und schnelle Reflexe |
- Das Aktionspotenzial wird elektrotonisch weitergeleitet
- Am benachbarten Membranabschnitt wird das Schwellenpotenzial überschritten und weitere Na+-Kanäle öffnen sich
- Der Einstrom von Na+-Ionen löst eine erneute Depolarisation aus und führt zu einem neuen Aktionspotenzial
- Die Ausbreitung erfolgt nur in eine Richtung, da sich das Axon in der Richtung, aus der das Aktionspotenzial kommt, in der Refraktärphase befindet
- Die Aktionspotenziallänge wird durch den repolarisierenden K+-Ausstrom begrenzt
- Dicke Nervenfasern leiten Erregungen schneller weiter, benötigen jedoch viel Platz und Energie zur Wiederherstellung des Ruhepotenzials
- Myelinisierte (markhaltige) Nervenfasern leiten viele Nervenimpulse, wie Bewegungsabläufe, saltatorisch (= sprunghaft) weiter
- Die saltatorische Erregungsleitung findet nur an myelinisierten Nervenfasern statt und erfolgt sprunghaft von einem nicht isolierten Schnürring zum nächsten
- Ranvier-Schnürringe sind die einzigen Stellen an myelinisierten Nervenfasern, an denen Aktionspotenzialegebildet werden
- Die schnelle Weiterleitung der Depolarisation zwischen den Ranvier-Schnürringen erfolgt elektrotonisch und erfordert wenig Energieaufwand
- Aktionspotenziale am Ranvier-Schnürring haben einen steilen Aufstrich und es gibt keine Hyperpolarisation am Ende des Aktionspotenzials
- Während der Repolarisation der Schnürringmembran bei der saltatorischen Erregungsleitung öffnen sich Kaliumkanäle, wodurch der Ausstrom von Kaliumionen ermöglicht wird und das ursprüngliche Ruhepotenzial wiederhergestellt wird
InfoElektrotonische Erregungsleitung
Die elektrotonische Erregungsleitung beschreibt die langsamen Veränderungen der elektrischen Signale durch den passiven Stromfluss entlang des Neurons ohne Aktionspotenzial.
