Tierphysiologie Flashcards
(46 cards)
Aktionspotential 1:
Warum ist die Weiterleitung mittels Aktionpotentialen notwendig?
Die Weiterleitung mit immer wieder erneuerten AP’s gewährleistet eine Signalweiterleitung ohne abnehmende Signalstärke über längere Strecken. Außerdem können so Signale eindeutig übermittelt werden (so ähnlich wie ein Binärcode).
Lambda entspricht der Strecke auf der die Spannung des Anfangssignals auf 37 % seines Anfangswertes abgefallen ist. Bei Axonen würde dies schon nach wenigen Millimetern auftreten (z.B. bei Tintenfischen schon nach 2,7 mm) das Signal würde auf einem langen Axon also versiegen, bevor es ankommt.
Zu begründen ist dies mit den spezifischen Widerständen, die sich in einem Axon ergeben- der Querwiederstand der Membran, der Längswiderstand des Axonplasmas. Mit dem Axonradius verrechnet ergibt sich Lambda. Je größer der Axonradius ist, desto größer ist Lambda –> das Signal kommt weiter. Man bräuchte also ohne eine aktive Erregungsleitung extrem dicke Axone. Um dies zu vermeiden wird das Signal mittels aktiver Erregungsleitung kontinuierlich bzw. saltatorisch weitergegeben.
Die passive Weiterleitung ist zwar grundsätzlich schneller, als die aktive Weiterleitung, jedoch geht bei jeder Erregung des benachbarten Abschnitts ein Teil der Signalstärke verloren. (Durch Leck- oder Kapazitative Ströme?)
Bei der aktiven Erregungsweiterleitung hingegen wird die Depolarisation durch das “Alles-oder-nichts”-Prinzip immer wieder genauso stark aufgebaut, wie an den Abschnitten zuvor. Dadurch bleibt das Signal immer gleich stark vorhanden.
Durch die Myelinisierung kann auch die aktive Reizweiterleitung sehr schnell erfolgen.
Aktionspotential 2 - Refraktärzeit:
Wie kommt es zur Refraktärzeit bei der kein weiteres Aktionspotential entstehen kann, und warum gibt es dieses Phänomen überhaupt?
Nachdem die Natriumkanäle sich aufgrund der Spannungsumlagerung geöffnet haben werden sie von einer Inaktivierungskugel automatisch nach kurzer Zeit wieder geschlossen. Diese Inaktivierungskugel bleibt solange in dem Na/K-Kanal eingeschlossen, biss sich wieder ein RP eingestellt hat. Durch diese Refraktärzeit wird eine einseitige Signalweiterleitung gewährleistet. (Wenn der Kanal wieder freigegeben wird ist in der direkten Nachbarschaft kein ausreichendes Potential mehr vorhanden)
Durch die Refraktärzeit ist die maximale Frequenz der AP’s begrenzt, was besonders beim Herzmuskel eine wichtige Rolle spielt.
Hier ist dir Refraktärzeit besonders lange, damit das Herz auf keinen Fall tetanisiert werden kann.
Unidirectional AP durch Refraktaerzeit
–> gewährleistet gerichtete Signalweiterleitung im Axon, aber auch richtig: definiert
die Häufigkeit, in der ein AP entstehen kann, siehe Herzmuskel!
Angenommen an einer “inaktiven” bzw. gerade nicht feuernden Nervenzelle wird zuerst irgendwo in der Mitte des Axons ein AP generiert (falls das in der Realität nicht passiert, dann nur mal theoretisch gedacht), dann könnte das AP von dort aus in beide Richtungen wandern, oder? –> Ja
Aktionspotential 3 - Weiterleitung:
Inwiefern ist die Weiterleitung eines AP mit dem Abbrennen einer Zündschnur vergleichbar?
Der Vorgang der AP-Weiterleitung ist vergleichbar mit dem Abbrennen einer Zündschnur. Das erste AP ist hier analog zum Streichholz, das die Zündschnur über den Schwellenwert erhitzt! Die angezündete Spitze erhitzt wiederum den unmittelbar benachbarten Abschnitt (über den Schwellenwert) und so wandert die Flamme kontinuierlich die Zündschnur entlang.
Übertragen heißt das, dass das Eindringen der positiven Ladung während eines AP dazu führt, dass der unmittelbar davor liegende Membranabschnitt bis zum Erreichen des Schwellenwertes depolarisiert werden muss!
–> Die an einem Punkt erzeugte Depolarisierung führt im angrenzenden Bereich
dazu, dass hier der Schwellenwert überschritten wird.
Aktionspotential 4 – Herz:
Vergleichen Sie das Aktionspotential einer Schrittmacherzelle des Herzens mit einem “normalen” neuronalen Aktionspotential.
Wo sind die Gemeinsamkeiten, wo die Unterschiede?
Gemeinsamkeiten:
• beide AP’s werden durch das Erreichen eines Schwellenwerts generiert
• bei beiden depolarisiert die Membran durch das sich Öffnen von spannungsabhängigen Na+-Ionenkanälen bis zum Schwellenwert von -70mV
• bei beiden geschieht die Repolarisation durch K+-Kanäle
Unterschiede:
• Schrittmacherzellen generieren autonom im Herzen, ohne äußere Reize, das Schrittmacherpotential
• Beim Erreichen des Schwellenwerts beim Herzmuskel öffnen sich Ca2+-Kanäle, anstatt der sonstigen NA+-Kanäle
• dieser Zyklus wiederholt sich autonom, während ein neuronales AP nur dann entsteht, wenn ein Reiz das Membranpotential über den Schwellwert bringt.
Passive und aktive Weiterleitung:
Was sind die Vorteile der passiven-, und was die der aktiven Weiterleitung?
Passive:
Vorteile: Energiesparsam (nur ein Ruhepotential muss aufrecht gehalten
werden), auch schwächere Reize werden weitergeleitet und können am
Axonhügel bei der Integration mit weiteren Reizen verrechnet werden,
schnellere Reizweiterleitung
Nachteile: nur über kurze Distanzen, abnehmende Signalintensität
Aktive:
Vorteile: kein Signalverlust über längere Strecken, nur in eine Richtung
Nachteile: verbraucht mehr Energie, langsamere Reizweiterleitung
Die passive ist eigentlich die schnellere, verliert dafür aber an Intensität. Das Aktionspotential ist so schnell, weil die Schnelligkeit der passiven Weiterleitung ausgenutzt wird über die maximalen Abstände der Ionenkanäle und Myelinscheiden. Aber sie ist trotzdem noch einen Tick langsamer als nur passive Weiterleitung über dieselbe (kurze) Strecke.
Membranspannung:
Warum würde sich die Ruhemembranspannung nur unwesentlich ins weniger negative verschieben, wenn die Natrium-Kalium-Pumpe im Verhältnis 3 zu 3 anstatt 3 zu 2 arbeiten würde?
Das Chemische Potential für Natrium würde sich um 1/3 verändern. nach den Zahlen in der Vorlesung entspräche dies nun einem Verhältnis von 95 (außen) zu 70 (innen) (vorher 150/15). Setzte man dieses neue Verhältnis in die Goldmann-Gleichung ein, verschiebt sich die Spannung wegen des Faktors 40 vor dem Kalium insgesamt nur um etwa 3 Volt ins Negative.
Na/K Pumpen im 3 zu 2 Verhältnis transportieren mehr positive Ladungsträger nach außen (3 Na+) als nach innen (2 K+). Dies erzeugt wiederum eine Spannung über der Membran von ca. -10 mV. Hat man nun ein 3 zu 3 Verhältnis entfällt dieser Beitrag zum Ruhepotential und die Membranspannung ist etwas weniger negativ, jedoch immer noch um die -60 mV.
Ohne die Na/K -Pumpe gibt es überhaupt keine Membranspannung! denn die entsteht ja erst, nachdem die Pumpe ein chemisches Konzentrationsgefälle hergestellt hat!
Fazit: Durch die Na/Ka Pumpe wird ein Membranpotential erst ermöglicht, dabei ist die Auswirkung eines Austausches von 3/2 zu 3/3 relativ gering (wie richtig erklärt) und wirkt sich deshalb nur bedingt auf das Membranpotential aus.
Membranspannung 2:
Welche “Zustände” können bei schnellen spannungsabhängigen Natriumionenkanälen beobachtet werden? Welchen Einfluss haben diese Zustände auf die einzelnen Phasen des Aktionspotentials?
- Zustand: Die spannungsabhängigen Natriumionenkanäle sind beim Ruhepotential geschlossen. Andere Ionenkanäle sorgen für die Aufrechterhaltung des Ruhepotentials.
- spannungsabhängige Öffnung der Ionenkanäle: Kommt ein AP an, so werden die Natriumkanäle geöffnet, dies führt zu einer starken Depolarisation der Membran, da die Natriumionen durch den durch das Ruhepotential entstandenen Konzentrationsgradienten nach außen fließen. Danach schließen sich die Ionenkanäle wieder selbstständig und eine Repolarisation muss durch einen K+-Einstrom erfolgen.
- Inaktivierte spannungsunabhängige Ionenkanäle: Nachdem die Ionenkanäle aktiviert worden sind, und eine Depolarisation hervorgerufen haben, schließen sie sich selbstständig und sind erst wieder aktivierbar, wenn das Membranpotential durch einen K+-Einstrom auf unter -50mV gesunken ist. Diese Zeit, in der nicht wieder aktiviert werden kann hat die Refraktärzeit zur Folge, in welcher kein weiteres Aktionspotential verrechnet werden kann.
Klar, durch den geschlossenen Zustand sorgen auch die spannungsabhängigen Natriumkanäle für die Aufrechterhaltung des Ruhepotentials, da ja sonst depolarisiert werden würde!
- geschlossene Na-Kanäle während des Ruhemembranpotentials –> Aufrechterhaltung des Ruhemembranpotentials
- spannungsabhängige Öffnung der Na-Kanäle –> Depolarisation der Zelle
- inaktivierte spannungsabhängige Na-Kanäle durch globulären Anhang geschlossen –> Refraktärzeit (Repolarisation & Hyperpolarisation)
Myelinisierung:
Wieso wird die AP Weiterleitung durch die Myelinisierung des Axons schneller?
Die Myelinscheide wirkt isolieren, wodurch der Membranwiderstand erhöht ist. Es fließen keine Leck- oder Kapazitativen Ströme, weswegen hier keine AP’s entstehen können. Nur an den Schnürringen werden AP’s generiert, was dazu führt, dass die Anzahl dieser pro Strecke verringert wird und das Signal damit schneller weitergeleitet wird.
Man kann behaupten, dass über die myelinesierte Strecke eine schnelle passive Weiterleitung stattfindet. Diese wäre durch die Isolierung optimiert, sodass die Spannung erst nach einer längeren Strecke auf den Schwellenwert, der gerade noch ein AP generiert, zurückfällt.
Genau, Zusammenspiel von (langsamen) AKTIVEM Erneuern des Signals (APs) und Optimierung der (schnellen) PASSIVEN Weiterleitung zwischen den Schnürringen! Dadurch wird die Entfernung zwischen den Stellen, an denen ein AP neu generiert werden muss (Erreichen den Schwellenwertes noch möglich!) maximal!
Calcium
Inwiefern kann ich durch kontinuierliches Messen der intrazellulären Calciumkonzentration Rückschlüsse ziehen auf die Aktivität eines Neurons?
Im Ruhepotential ist intrazelluläre Calciumkonzentration sehr gering.
Generiert die Zelle ein AP, öffnen sich die Ca2+-Kanäle und Ca2+ strömt in die Zelle ein, um Ruhepotential wiederherzustellen.
Je öfter also die Calciumkonzentration innerhalb der Zelle ansteigt, desto höher ist die Aktivität des Neurons.
Spannungsabhängige Ca2+-Kanäle finden sich an Präsynaptischer Membran. Das eintretende Ca2+ ist dafür zuständig, dass Neurotransmitter-gefüllte Vesikel an Membran anlagern und fusionieren und so Neurotransmitter in synaptischen Spalt entlassen können.
So erhöht sich die Ca2+-Konzentration jedes Mal, wenn ein AP an der Synapse ankommt.
Je höher die Frequenz, desto öfter/höher steigt die Ca2+- Konzentration an.
Verdauung 1:
Warum wir jemandem, der Unterzuckert ist, neben Zucker auch eine gewisse Menge an Salz verabreicht?
Na+ wirkt unterstützend bei der Zuckeraufnahme als Co-Transporter. Da Glucose entgegen dem Konzentrationsgradienten transportiert werden muss wird Energie benötigt. Die Na+ Konzentration im Darmlumen ist dann hoch und wird entlang des Konzentrationsgradienten in die Zelle befördert. Der Konzentrationsgradient wird durch die Na+/K+ ATPase aufrechterhalten.
Energie aus der Na+ Diffusion: Glucose kann in die Zelle befördert werden; Glucose gelangt durch erleichterte Diffusion ins Blut; Zudem reagiert der Körper auf eine Unterzuckerung mit Stresssymptomen wie z.B. Schwitzen; Der Körper benötigt Salz also für den Stoffwechsel und die Verdauung.
Na/K-Pumpen befördern Na-Ionen nach basolateral, wodurch die Na-Konzentration in den Darmepithelzellen geringgehalten wird. Aus den Darmlumen folgen nun die Na-Ionen dem Konzentrationsgefälle nach innen, und nehmen durch Symport pro 2 Na-Ionen je ein Molekül Glucose mit. Man gibt also Salz dazu, damit der Na/Glukose-Symporter funktionieren kann.
Verdauung 2:
Definieren Sie die 4 grundlegenden Prozesse der Verdauung und gebe Sie für jeden ein Beispiel.
1) Verdauung: Aufschluss der Nahrung durch Verdauungsenzyme; Aufschluss von niedermolekularen Verbindungen durch chemische Spaltung
Bsp.: 1. Stufe (mechanisch) im Mundraum: Zerkleinerung, Oberflächenvergrößerung, Amylase
2) Sekretion: Ausschüttung von Verdauungssäften, z.B. Gallensaft aus Gallenblase
3) Absorption (Resorption): Stoffaufnahme ins biologische System
Bsp.: Dünndarm: Oberflächenvergrößerung durch Mikrovilli; aktiver/passiver Transport durch Epithelzellen
4) Bewegung: Peristaltik der Magenmuskulatur
Verdauung 3:
Wo werden die meisten Nährstoffe aufgenommen und wohin werden Sie in den Körper abgegeben?
Im Dünndarm (viele Darmzotten und Mikrovilli vergrößern die Oberfläche -> erhöhte Nahrungsresorption)
Aktiver/Passiver Transport in die Epithelzellen und von dort gelangen die Nährstoffe ins Blut. Ergänzung zum Blutabfluss: Nährstoffe werden zunächst über Blutkapillaren in die Pfortader und somit in die Leber geleitet, erst dann in Körperkreislauf.
Peptide, Amiosäuren und Monosaccharide werden entgegen dem Konzentrationsgefälle durch Epithelzellen in Blutkappilaren transportiert und durch das Blut verteilt.
Monosaccharide: Glukose wird sekundär aktiv transportiert (Na+-Cotransport);
Fructose passiv über erleichterte Diffusion (GLUT2 Transporter)
Fettsäuren, Monoglyceride und Glycerine werden in Epithelzellen mit Phospholipiden, Cholesterol und Proteinen vermischt und über ein Chylomikron transportiert. Dadurch findet ein passiver Transport in das zentrale Lymphsystem über die Lymphkappilare statt.
Verdauung 4:
Warum bekommen Menschen mit Gallensteinen oft Schmerzen, nachdem Sie eine fettreiche Nahrung zu sich genommen haben?
Galle dient als Emulgator der Fettverdauung.
Fettreiche Nahrung führt zur Ausschüttung von Cholecystokinin, welches die Kontraktion der Gallenblase auslöst. Somit gelangt Gallensaft über den Gallengang in den Darm. Wenn ein Gallenstein den Gallengang verstopft zieht sich die Gallenmuskulatur krampfhaft zusammen um das Hindernis zu beseitigen. Daher kommt der Schmerz.
Verdauung 5:
Erläutern Sie die Vorgänge, die im Magen zu der aktiven Protease Pepsin führen. Warum ist diese Art der Regulation notwendig?
Pepsinogen wird zusammen mit HCl in den Magenlumen sezerniert. Dort wird es durch den sauren pH in die aktive Form Pepsin gebracht. Aktives Pepsin kann, wie der saure pH, Pepsinogen aktivieren. (positiv feedback loop) Das Pepsin schneidet Proteine in kleine Peptidketten. Würde in den Zellen Pepsin gebildet anstelle von Pepsinogen würde sich die Zelle selber verdauen. Wobei Pepsin oberhalb eines pH-Wertes von 6 irreversibel deaktiviert ist. (pH Optimum bei 1-3)
Pepsinogen wird von Hauptzellen, HCl (bzw. H+ und Cl-) von den Belegzellen sezerniert.
Verdauung 6:
Welche beiden Vorteile hat ein längerer Verdauungskanal bei der Verarbeitung schwer verdaulicher pflanzlicher Kost?
1) Die Nahrung braucht länger um verdaut zu werden: Enzyme können länger auf die Nahrung einwirken; längerer Blinddarm: viele Bakterien werden benötigt um den hohen Faseranteil zu verdauen
2) Pflanzenfresser müssen eine höhere Menge an Nahrung zu sich nehmen, da ihr Energiegewinn/kg geringer ist als der von Fleischfressern.
3) Verlängerter Dünndarm: mehr Oberfläche für Nahrungsresorption
4) Verlängerter Dickdarm: größere Wasserrückgewinnung –> da Pflanzenfresser, die ja dann auch mehr Darmvolumen haben, mehr Flüssigkeit benötigen,die wieder resorbiert werden muss!
Ernährung 1:
Wieso führt eine Nahrung, die hauptsächlich aus Mais besteht zu einer Fehlernährung?
Mais deckt nicht alle notwendigen essentiellen Nahrungsbestandteile ab, die der Körper benötigt. Es würde zu einer Fehlernährung kommen, da beispielsweise essentielle Fettsäuren und Vitamin B12 nicht zur Genüge aufgenommen werden.
Wichtig ist vor allem die Abdeckung von allen essentiellen Aminosäuren mit der Nahrung. Diese können nur im Zusammenspiel von Mais/Getreide UND Hülsenfrüchten abgedeckt werden. Bei einseitiger, maislastiger Ernährung, kann ein Mangel der AS Tryptophan und Lysin entstehen.
Allerdings werden die essentiellen AS durch Fleisch und Milchproduktverzehr komplett abgedeckt, man geht bei dieser Fragestellung von einer rein pflanzlichen Ernährung aus.
–> Beim Mais stehe die AS im Vordergrund, wobei Vitamin B12 natürlich auch stimmt! Aber es gibt Regionen auf der Welt, da ernähren sich die Menschen
wochenlang von Maisfladen, da sie nichts anderes haben! Worauf beruht die
Vielzahl der Erblindungen durch Vitamin A -Mangel in den sogenannten
Entwicklungsländern! Auf genauso einer Fehlernährung - allerdings nicht mit
Maisfladen (viel Carotin), dort sind es Reisfladen (ohne Carotin!)
Ernährung 2:
Wie gelangt bei Astronauten, die nicht der Gravitationskraft unterliegen, die Nahrung in den Magen?
Schlucken: Bollus gelangt in den Ösophagusmuskel, wandert weiter durch Ösophagusperistaltik, landet im Magen. Dank Schluckreflex und Ösophagusperistaltik kann die Nahrung unabhängig der Gravitation aufgenommen werden.
Schluck-Reflex: Beim Schlucken entspannt sich der Ösophagus-Muskel und der Kehlkopf bewegt sich nach oben, der Kehldeckel verschließt die Stimmritze und verhindert, dass die Nahrung in die Luftröhre gelangt.
Ösophagus-Peristaltik: Durch abwechselndes Kontrahieren der Speiseröhre-Muskulatur gelangt Nahrung in den Magen.
Ernährung 3:
Zur Herstellung der Proteine brauchen Tiere 20 proteinogene Aminosäuren. Warum sind nicht alle in der Ernährung der Tiere essentiell?
Da Tiere in der Lage sind, 12 Aminosäuren dank körpereigener Synthese selbst herzustellen. Deshalb müssen Sie nur 8 der 20 benötigten Aminosäuren über Nahrungsbestandteile aufnehmen. (aber: Arginin und Histidin -> semiessentiell).
Somit sind sie auch in der Lage, in Notzeiten Aminosäuren selbst zu synthetisieren.
Ein Vorteil, dass manche Aminosäuren wiederum essentiell sind, ist schlichtweg die Wirtschaftlichkeit: Der Körper kann Aminosäuren auch mit der Nahrung aufnehmen und spart sich die Energie für die AS-Synthese. Sinn würde es wahrscheinlich machen, wenn gerade die Aminosäuren essentiell wären, welche sowieso gehäuft in der Nahrung vorkommen würden.
Warum sind gerade bestimmte Aminosäuren essentiell? Eigentlich können wir doch alle AS über die Nahrung aufnehmen!
Ich denke, dass gerade diejenigen Aminosäuren essentiell sind, welche 1.)sowieso schon in pflanzlicher Nahrung zu Genüge vorhanden sind, warum sollte der Körper dann Energie aufbringen und diese synthetisieren? 2.), diejenigen, welche gerade sehr schwer (also für den Körper kräftezehrend, energieraubend) zu bilden sind und man diese bequem mit der Nahrung zu sich nehmen kann.
Ernährung 4:
Angenommen bei einem Tier im Zoo sind Zeichen für Fehlernährung zu erkennen. Wie könnte man feststellen, welcher Nährstoff fehlt?
Je nachdem, welcher essentieller Nahrungsbestandteil fehlt, treten verschiedene Symptome auf. Man kann die Symptomatik beobachten und dann vermuten, welcher Nährstoff fehlt. Dementsprechend wird die Nahrung umgestellt. Sollte es zu einer Besserung kommen, lag man richtig. Ist dies nicht der Fall, überdenkt man die Symptomatik neu.
Außerdem könnte man Blut, Urin, Stuhl untersuchen und mittels Vergleich der Werte mit den Normwerten des Tieres feststellen, wo ein Mangel (oder ein Überschuss) vorliegt.
Ernährung 5:
Angenommen, sie würden ihre Nahrung mit Magensaft mischen. Wie weit würde der Verdaungsprozess extrakorporal ablaufen?
Proteine würden zu kleinen Polypeptiden denaturiert werden und 30 Prozent der Fette würden bereits verdaut (=abgebaut) werden.
Der Proteinverdau findet durch das aktivierte Pepsin statt, der Fettverdau durch die Speichellipase, die durch Magensäfte aktiviert wird.
Es gibt zudem auch Magenlipasen, die beim Erwachsenen jedoch eine untergeordnete Rolle beim Fettverdau spielen.
Muskel 1:
Herz- und Skelettmuskeln besitzen eine unterschiedliche Austattung von Ryanodinrezeptorsubtypen. Warum?
Skelettmuskulatur: Kopplung des Ryanodinrezeptors mit DHP (Dihydropyridinrezeptor). Bei elektrischer Erregung kommt es zum Ca2+ Einstrom ins Cytoplasma über die aktivierten DHP= Ca2+-Kanäle sowie Einstrom von Ca2+ aus dem sarkoplasmatischen Retikulum mittels Ryanodinrezeptoren–> Ansteigende Ca2+ Konzentration im Cytoplasma löst eine Muskelkontraktion aus.
Herzmuskel: Keine Kopplung der Rezeptoren. Ca2+ Einstrom ins Cytoplasma öffnet die Ryanodinrezeptoren (Rückkopplungsmechanismus der Ryanodinrezeptoren)–> selbstverstärkend –> führt zu stärkeren Muskelkontraktion.
Die direkte mechanische Kopplung der Ryanodinrezeptoren bei Skelettmuskeln, führt zu einer schnellen Kontraktionsantwort.
Die Ionengesteuerten Ryanodinrezeptoren im Herzmuskel führen zu einer langsameren, dafür stärkeren (positive Rückkopplung) Antwort.
Muskel 2:
Erkläre die beiden Abbildungen. Was sieht man? Warum gibt es diese Unterschiede?
y-Achse: mV; x-Achse: ms
rote Kurve: Potential; grüne Kurve: Muskelspannung
1. Grafik:
rot: bei Null steil nach oben bis 20 mV, fällt in Bogen ab bis -80mV und 250ms, dann gerade bei -80mV bis 400ms
grüne: Parabel förmig, anfang abei -90mV und 0ms, HP bei 20mV und 200ms, bei 400ms -100mV
bis 200ms: absolut refraktär, ab 300ms: relativ refraktär
- Grafik:
rot: steil nach oben bis 50mV, steil nach unten bis 0mV –> bei 0ms, ab -10 mV sinkt in Bogen bis 10 ms zu -60mV, ab 10ms bis 30ms gerade bei -65mV
Spannungsverlauf und Muskelspannung
Hier sieht man den Verlauf der Aktionspotentiale eines Herzmuskels (oben) und eines Skelettmuskels (unten).
Beim Skelettmuskel liegt das “Standard” AP vor. Es gibt eine nur kurze Refraktärzeit, nach der bald wieder ein AP entstehen kann. -> Skelettmuskeln können tetanisiert werden.
Beim Herzmuskel ist die Refraktärzeit sehr lang. Sie wechselt erst in die relative Refraktärzeit ab, wenn die Muskelspannung bereits ihren Höhepunkt erreicht hat und auch diese ist noch einmal länger als die gesamte Refraktärzeit des Skelettmuskels. Dieser Eigenschaft ist für den Menschen überlebenswichtig, da sie verhindert, dass das Herz tetanisiert werden kann, was lebensbedrohlich wäre.
Des Weiteren ist zu erkennen, dass der Herzmuskel zwar langsamer, aber dafür eine größere Muskelspannung aufbaut, als der Skelettmuskel. (Durch verschiedene Ryanodinrezeptorsubtypen erklärbar).
Man sieht den Verlauf der Aktionspotentiale und der Muskelspannung eines Herzmuskels (oben) und eines Skelettmuskels (unten)
Der Herzmuskel reagiert auf Grund seiner Liganden-aktivierten Ryanoidrezeptoren langsamer, dafür ist die Kontraktion (=Muskelspannung) aber stärker, da mehr Ryanoidrezeptoren beteiligt sind.
Die Zwischenschaltung von Ca(2+)-Kanälen des L-Typs wirken ein Plateau während der Depolarisation des Herzmuskels. Durch diese Verlängerung der Refraktärzeit wird eine Tetanisierung des Herzens verhindert. -> im Gegensatz zum Skelettmuskel, der tetanisiert werden kann (kurze Refraktärzeit). Diese Unterschiede sind notwendig, da ein Skelettmuskel schneller reagieren muss. Beim Herzmuskel ist dafür die Stärke der Muskelkontraktion „wichtiger“ und das Verhindern der Tetanisierung.
Sind die Graphen wirklich korrekt und fehlt denen nicht was?
Und der Skelettmuskel: kann der tetanisieren, oder muss der tetanisieren?
Handelt es sich hierbei um einen physiologischen Tetanus? Normalerweise müssten dafür ja mehrer APs auf der motorischen Endplatte eintreffen, sodass es bei der Muskelspannung durch unterschreiten der Verschmelzungsfrequenz zu einem dauerhaft hohen Potential kommt und die Muskelspannung hochbleibt. Hier sieht es doch eher so aus, als ob das Signal es verhindert wurde, dass der Muskel wieder sein RMP einnimmt, vielleicht durch ein Medikament oder Kanalblocker?
–> Es müssten hier eigentlich eine Vielzahl von zeitlich kurz aufeinanderfolgenden AP´s abgebildet werden, um die angegebene Muskelspannung zu erreichen! Ein Skelettmuskel MUSS tetanisierbar sein! Aber das nicht Vorhandensein einer Hyperpolarisation kann durchaus physiologisch sein. Das ist es nicht.
Es fehlt die Achse für die Muskelspannung! Oder messen Sie ihre Muskelkontrakton in mV - oder doch in kg·m·s-2 = Kraft?
Muskel 3:
Werden in einem Muskel die neuronalen Signale passiv oder aktiv weitergeleitet? Warum ist diese Art der Signalweiterleitung notwendig?
Die neuronalen Signale in einem Muskel werden aktiv weitergeleitet.
Dies ist notwendig, da die ankommenden Signale ohne Informationsverlust bis ins Innere des Muskels weitergeleitet werden müssen.
Geschieht dies nicht oder mit Informationsverlust, würde der Muskel nur teilweise kontrahieren.
Die neuronalen Signale werden in der Regel aktiv weitergeleitet. Dies garantiert eine schnelle Signalübertragung ohne Informationsverluste (Dank AP).
Muskel 4:
A) Bei einer Operation am Herzen wird das Herz mit einer hochmolaren Kaliumlösung perfundiert. Es hört auf zu schlagen. Warum?
B) Nach der Operation wird es wieder mit einer physiologischen Kaliumkonzentration perfundiert und fängt von alleine wieder an zu schlagen. Warum?
A) Eine erhöhte Kaliumkonzentration führt zu einem Einstrom von K+ in die Zelle und so zu einer Depolarisation. Die Zelle kann nicht mehr unter -40 mV repolarisieren und nur unterhalb dieser Schwelle öffnen sich spannungsabhängige Na+-Kanäle. Der Herzmuskel reagiert nicht mehr auf Reize und hört auf zu schlagen -> “arretiert”.
Normalerweise ist die K+ -Konzentration außerhalb der Herzmuskelzelle niedriger als im Inneren -> der K+-Ausstrom bewirkt die Repolaristaion des AP auf der Zellmembran. Ist durch die hochmolare Kaliumlösung die Kaliumkonzentration außerhalb der Zelle nun höher als innerhalb, strömen keine Kaliumionen mehr nach außen-> keine Repolarisation also keine Generierung neuer APs -> Stillstand.
Das Herz bleibt durch die hohe Kaliumkonzentration permanent depolarisiert. Kalium aus dem Zellinneren hat kein Bestreben mehr auszuströmen, da es keine Konzentrationen mehr ausgleichen muss.
–> Stilllegung des Herzens durch Arretierung der Membranspannung. Und wie bs196 ja schreibt, ist es eigentlich egal, ob man die Natrium- oder die Kaliumkonzentration der extra- und interzellulären Medien angleicht!
B) Es schlägt wieder von alleine weiter. –>Kalium wieder seinem natürlichen Gradienten nach Außen folgend. Es kommt zur Repolarisierung. „Funny channels“ in AV und Sinus-Knoten erzeugen Natrium-Einstrom, der die Zellen dort depolarisiert.
Sobald auf Grund der physiologischen Kaliumlösung die Kaliumkonz. Ausserhalb der Herzmuskelzellen wieder niedriger ist als innerhalb, strömen Kaliumionen nach außen und es findet eine Repolarisation statt. -> neue APs können generiert werden und durch das Schrittmacherpotential am Sinus und AV Knoten kann das Herz von selbst einfach weiterschlagen ohne neuronalen Stimulus.
–> richtig! funny channels der Schrittmacherzellen führen zu Schrittmacherpotentialen
Intrazellulärer Typ:
Extrazellulärer Natriumgehalt wird auf intrazellulären Natriumgehalt gesenkt, dadurch keine Erregungsleitung
Extrazellulärer Typ:
Durch Erhöhung der Kaliumkonzentration permanente Depolarisierung der Zellmembran.
Riechen 1:
Warum ist der Mukus des Riechepithels essentiell? Mehrere Faktoren! Warum sollen wir bei einer Erkältung die Nase mit physiologischer Kochsalzlösung spülen und nicht mit Leitungswasser?
• verhindert Austrocknung der Riechzellen
• bringt Duftstoffe in Lösung, welche anschließend von Rezeptoren erkannt werden können (Bindungsproteine)
• enthält Antikörper, womit er vor Viren und Bakterien schützt. -> Nase ist Eintritt zum Gehirn, welches besonders geschützt werden muss.
• Salze in Mukus ermöglichen die Aufrechterhaltung der Membranspannung
Wegen der Membranspannung sollten wir unsere Nase auch mit physiologischer Kochsalzlösung spülen. Leitungswasser hat eine niedrigere Salzkonzentration als der Mukus, wodurch dieser durch den Konzentrationsausgleich Salz verlieren würde.
• mit Leitungswasser: die Schleimhaut würde noch mehr anschwellen, da Wasser in das Gewebe der Nasenschleimhaut hineindiffundieren würde, aufgrund der unterschiedlichen Ionenkonzentrationen im Leitungswasser (geringere Salzkonzentration) und den Zellen des Riechepithels (höhere Salzkonzentration)–> osmotischer Gradient; stärkere Beeinträchtigung der Geruchswahrnehmung und Atmung möglich
• mit physiologischer Kochsalzlösung (0,9%NaCl): Nasenschleimhaut wird befeuchtet und gespült, ohne zusätzliche Anschwellung, aufgrund der angepassten Ionenkonzentration der physiologischen Kochsalzlösung
