Um zu verstehen, wie ein Neuron funktioniert, müssen wir uns zwei Konzepte ansehen. Das erste bezieht sich auf das, was im Inneren des Neurons passiert, wenn die Information weitergegeben wird - das Aktionspotential -, das zweite ist, wie eine Information von einer Zelle zur anderen springt - die Synapse. Mit diesen beiden Prozessen sind die Zellen des Nervensystems in der Lage, die komplexesten Informationen durch den ganzen Körper zu transportieren, indem sie sie von Neuron zu Neuron weiterleiten, bis sie schließlich die Zielzelle erreichen. In diesem Artikel werden wir uns mit dem ersten Konzept, der Aktionspotenzial.
Der Nervenimpuls ist ein elektrochemisches Signal; er ist der wichtigste Mechanismus, um Informationen innerhalb eines Neurons zu übertragen. Die Dendriten eines Neurons erkennen und empfangen den Impuls von einer vorherigen Zelle, der Nervenimpuls wandert von der Dendriten zum Nukleus als zum Axonund schließlich an die Axonendigung wenn der Impuls an das nächste Neuron weitergegeben wird. Dieser Prozess geht weiter wiederholt, bis sie die Zielzelle erreicht.
Das elektrochemische Signal wird durch die Bewegung von Ionen zwischen dem inneren und dem äußeren Teil der Plasmamembran des Neurons erzeugt. Die Ionen wandern von außen nach innen und erzeugen dabei eine Potenzialdifferenz in der Membran. Die "Brücke", über die diese Ionen ins Innere der Zellen gelangen, ist ein Transmembranprotein namens spannungsgesteuerte Ionenkanäle.
Diese Spannungskanäle werden durch elektrische Spannungen gesteuert, als eine Form der Reaktion auf elektrische Reize, mit anderen Worten, diese Kanäle sind nicht immer offen für den Durchgang von Ionen, sie öffnen und schließen sich nur bei bestimmten elektrischen Spannungsreizen.
Wenn die Zelle keinen Reizen ausgesetzt ist, wenn die Membran in Ruhe ist, wird ein Potenzialunterschied zwischen dem inneren und dem äußeren Teil eines Neurons aufrechterhalten. Im Ruhezustand hat die Membran ein Potenzial von -70 mV, ein negatives Potenzial, während die Außenseite ein positives Potenzial hat. Diese Potenzialdifferenz wird als ruhendes Membranpotenzial, und wird hauptsächlich durch Natrium- und Kalium-Ionen über die Natrium-Kalium-Pumpe aufrechterhalten.
Unter elektrischen Spannungsreizen beginnt sich die Membranpotentialdifferenz umzukehren, Natriumkanäle öffnen sich, so dass viele Natriumionen in die Zelle eindringen können, wodurch sich die Membran kurzzeitig dreht. depolarisiertoder besser gesagt, die Natriumionen verwandeln den inneren Bereich der Membran in ein positives Netz. Diese Bewegung der Depolarisation ist die berühmte AktionspotenzialDas Membranpotenzial steigt und fällt schnell. Das Potenzial steigt in etwas mehr als 2 Millisekunden auf +40mV an und fällt in weniger als 3 Millisekunden wieder in den Ruhezustand zurück.
Das Aktionspotenzial entsteht nicht im gesamten Neuron auf einmal, sondern die Depolarisierung der Membran beginnt in den Dendriten und geht dann Stück für Stück zum Kern, wo sie sich depolarisiert und kurz darauf zum Ruhepotenzial zurückkehrt.
Um das Ruhemembranpotenzial wiederherzustellen, schließen sich die Natriumkanäle und die spannungsgesteuerten Kaliumkanäle öffnen sich, so dass Kaliumionen in die Zelle eindringen können und die Membran repolarisieren, d. h. der innere Bereich der Membran wird wieder negativ und der äußere Bereich positiv geladen. Die Natrium-Kalium-Pumpe hilft dabei, die richtige Menge jedes Ions in der Zelle wiederherzustellen, indem sie drei Natriumionen auf zwei Kaliumionen austreten lässt.
Wir können uns das wie eine synchronisierte Bewegung vorstellen, vom Moment der Reaktion auf das Aktionspotenzial bis zum Moment der Wiederherstellung des Ruhezustands.
Interessanterweise gibt es im Axon die spannungsgesteuerten Ionenkanäle, die den Nervenimpuls erzeugen und weiterleiten, während es in den Dendriten keine solchen Kanäle gibt. In diesen Neuronenregionen wird das Signal nicht durch das Aktionspotenzial, sondern durch eine abgestuftes Potenzial, a eine andere Form der Signalausbreitung, bei der die Signalskala entlang des Weges ansteigt, bis sie sich am Axon in ein Aktionspotential verwandelt.
Man beachte, dass das Natrium-Ion für die Ausbreitung des Aktionspotenzials und das Kalium-Ion für die Wiederherstellung des Ruhezustands verantwortlich ist. Ein Mangel an diesen Ionen im Organismus kann zu Problemen bei der Qualität und der Effizienz des Aktionspotenzials führen, d. h. zu Problemen an den Synapsen und bei der Weiterleitung von Informationen durch das Nervensystem. All diese Probleme können psychische Komplikationen und Krankheiten auslösen.
Der nächste Schritt wäre dann die Weiterleitung des Nervenimpulses zum nächsten Neuron. Im Raum zwischen den beiden Neuronen, im synaptischen Spalt, geschieht etwas anderes. Der synaptische Spalt ist ein sehr wichtiger Ort, den es zu betrachten und zu erforschen gilt, denn hier treten viele verschiedene Neurotransmitter in Aktion und aktivieren einen neuen Signalweg unter Verwendung von Rezeptoren, anderen Proteinen und Ionen außer Natrium und Kalium. Aber das überlassen wir der nächsten Diskussion in diesem Artikel Nervenimpuls TEIL 2 - Der synaptische Spalt.
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