somatisches Nervensystem (in bearbeitung)

Perikaryon = Soma = Zellkörper

• Dendrit:
• - beginnt am Axonhügel
• - Leitung der Impulse vom Perikaryon weg

• Bereich elektrotonischer Potentiale:
• - findet nur bei den Dendriten statt 
• - nachher Umwandlung in Aktionspotential für Weiterleitung über grosse Distanzen
• (Bsp. bei Grossen Tieren können Neuronen mehrere METER lang sein, das würde mit elektronischem Potential nicht gehen da es immer schwächer wird über die Distanz)

• Aktionspotentiale:
• - entstehen am dendritischen
• Neuriten oder am Axonhügel *
• - entstehen nur dort wo es schnelle Natriumkanäle gibt 
• (wird depolarisiert und dann umgepolt)

• - Intrazellulärraum mit hoher K+ -Konzentration und
• niedriger Na+ -Konzentration

• - Extrazellulärraum mit hoher Na+ -Konzentration und
• niedriger K+ -Konzentration

   - Aufbau des Gradienten durch Na/K-ATPase (Enzyme des Energiestoffwechsels, katalysieren den Auf-und Abbau von ATP wobei der Prozess mit dem Transport von Ionen gekoppelt ist. So werden Ionen von einer Seite der Zellmembran zur anderen Transportiert, entgegen dem Konzentrationsgefälle)

   - viel mehr Calcium (positiv) und Chlorid (negativ) im Extra- als im Intrazellulärraum

• - Links:
•    -Kalium fliesst entlang des chemischen Gradienten nach aussen => Nettoausstrom positiver Ladung
• (Ausgleich des Konzentrationsgefälles ist hier der Treiber da innen viel mehr Kalium als aussen)

• - Rechts:
•    -elektrisches Potential (aussen +, innen -) hemmt weiteren K-Ausstrom (Konzentration ist zwar noch nicht ausgeglichen aber die Aussenseite ist bereits so stark positiv geladen, das nicht mehr positives ausfliessen kann. gleiche Ladungen stossen sich ab und halten so dem chemischen Gradienten entgegen)

• => Gleichgewicht zwischen chemischem und elektrischem Gradient
• => Gleichgewichtspotential (Nettobewegung von K = 0) (bedeutet das sich zwar immer Kalium Ionen hin und her bewegen, sich aber rein von der Gesammtkonzentration innen und aussen nichts verändert. K=0 bedeutet also nicht das die Ionen still stehen und auch nicht das es auf beiden Seiten gleich viel hat)

• - Schwankungen im Membranpotenzial, welche aber nicht genügend gross ist um die Zelle zu depolarisieren und die schnellen Natriumkanäle zu öffnen
• (passive Eigenschaften der Membran bleiben konstant)
•    - räumlich begrenzt (kann sich nicht unendlich ausbreiten)
•    - Informationen werden aber trotzdem in der Schwankung weitergeleitet

• Abhängig von:
• - Membranwiderstand zw. innen und aussen
•    - Dichte der Ionenkanäle auf der Zelloberfläche (wie viele sind es)
•    -vorallem abhängig vom Öffnungszustand der Ionenkanäle
•       - weit geöffnet = kleiner Wiederstand
•       - wenig geöffnet = grosser Wiederstand

• - Membrankapazität
•    - bestimmt Höhe der Antwort auf einen "Reiz", also wie gross eine elektrotonische Membranschwankung ist
•    - Kapazität steigt mit der Grösse der Membranfläche
•       - Grosse Zelle = grosse Membrankapazität (es braucht also viele Ionen die hin und her fliessen um sie anzuregen) 

• - Längswiederstand
•    - bestimmt Zeitverlauf der Antwort, wie schnell sich ein Potential verändert bei Ionenverschiebungen
•    - Widerstand in Längsrichtung der Nerven 
•    - v.a. abhängig vom Durchmesser eines Nervs
•       - je grösser der Durchmesser desto geringer ist der Längswiderstand

wo Physiologischer Fall? :

• - elektrotonisches Potential als Rezeptor-Potential
•    - z.B. Liganden-gesteuerte Ionenkanäle (synaptische Übertragung)
•    - z.B. dehnungssensitive Ionenkanäle (Mechano-Rezeptoren -> roter Pfeil)
•       - dehnungs-bedingte Öffnung eines Kationen-Kanals (wen genügend Verschiebung in der afferenten Nervenfaser (Zwiebelartige Schale) öffnen sich mechanisch aktivierte Kanäle)
•       => vor allem Einstrom von Na+
•       => geringgradige, lokale Depolarisation = Elektrotonus !!
•       => elektrotonische Ausbreitung in Längsrichtung entlang der Nervenfaser (Längswiderstand führt dazu das Signal schwächer wird aber gewisse Distanz geht. Wen nun genügend Nahe ein schneller Na-Kanal ist und depolarisiert wird bis zur Erregungsschwelle dann entsteht dort ein Aktionspotential -> spannungsaktivierte Kanäle)
•    - ab dann Weiterleitung fast über unendliche Strecken möglich

• - an den Axonen 2 untersch. Bauprinzipien
•    - nicht myelinisierte Nervenfasern
•    - myelinisierte Nervenfaser
•       - der grösste Teil eines Axons durch ein "Isolierband" isoliert und dazwischen Ranvier-Schnürringe wo Membran exponiert
•       - Signal springt nun von einem Schnürring zum anderen (wandert also nicht kontinuierlich)
•          - springen macht Weiterleitung schneller und "unendlich"
•          - Lücke zw. Schnürringen so gross wie möglich so klein wie nötig 

• - je dicker desto schneller leiten sie
• - Marklose (nicht myelinisiert) Nervenfasern funktionieren sehr schnell um schlimme Verletzungen wie z.B Verbrennungen verhindern zu können

• - nicht erregbare Zellen (All die Zellen die keine Neuronen sind, also Hilfszellen der Neuronen)
• - ca. 50% des Nervengewebes
•    - Oligodendrocyten (entspr. Schwann Zellen und bilden Markscheide)
•    - Astrocyten
•    - Mikroglia
•       - Phagocyten [wahrscheinlich Monocyten-Abkömmlinge],
•       - immunologische Funktion;
•       - Aktivierung bei Traumen, Infektionen, Anfallsleiden (epilepsie)
• - Ependym mit Tanycyten (Auskleidung der Ventrikel)

• Oligodendrocyten:
• - bilden Myelinscheide aus Phosphatiden und Cholesterin
• - Isolierungsfunktion
• - Beschleunigung der Nervenleitung (saltatorisch)
•    - durch sprunghafte Weiterleitung wird der Prozess viel schneller
• - Zusammensetzung des Myelins im ZNS und periph. NS ähnlich
• --> Oligodendrozyt aussenherum Lipid-doppelschicht

• - defekte Myelinscheide bei der "Shivering Mouse"
• (da sieh man wie wichtig die Myelinscheiden und somit die Oligodendrozyten sind)

•    - natürliche Mutation
•    - Myelin-Basis Protein ist defekt
•    - massive Störung der motorischen und sensorischen Nervenfunktion
•    --> klinisch: Zittern, Konvulsionen, Fortbewegungsprobleme
• zittern da Kontrolle nicht mehr vorhanden ist, hemmende Kreisläufe gehen verloren und so ist ein Übermass an aktivierenden vorhanden --> Weiterleitung unkontrolliert
•    - „heilbar“ durch Gentransfer
•       - kaputtes Gen wird durch gesundes ausgetauscht und Myelinscheiden werden regeneriert (werden nicht wieder komplett normal aber trotzdem kann man den Symptomen entgegenwirken)

•    - beim Menschen:
•       - Multiple Sklerose (Autoimmunerkrankung --> Körper greift eigene Myelinscheide an)

• Astrozyten (histologisch Sternförmig)
• -verbunden durch gap junctions (Astrozyten gehören nicht zu den elektrischen Zellen, sind aber trotzdem im Informationsfluss da >Weiterleitung über gab junctions abläuft)
• -Stützfunktion
• -Abgrenzungen gegenüber Blutgefässen
• -„Isolation“ von Synapsen (wen eine Synapse aktiviert verhindert sie, dass danebenliegende Synapsen auch aktiviert werden. Kann sich also verschieben um "Tore" zuzumachen, somit wird verhindert, dass sich eng benachbarte Synapsen beeinträchtigen)
• -Mitbeteiligung beim Aufbau der Blut-Hirn-Schranke
• (v.a. aber Endothelzellen verantwortlich)
• -metabolische Unterstützung der Neurone
•    - wichtige Ernährungsfunktion (z.B. Laktat; Ketonkörper)
•    - Vermittlung des Stofftransports
•    --> versorgen Nervenzellen mit versch. Nährstoffen und können auch die Konzentration dieser Messen um Ernährung zu "steuern"
• -Konstanthaltung des Ionenmilieus
• (Wenn sehr hohe Aktivität in gewissen Hirnbereichen kann extrazell. die K+ Konz ansteigen --> wird dadurch abgemildert das Astrozyten das überschüssige K+ aufnehmen können
• --> Epilepsie: Veränderung der extrazell. Elektrolyt konz. und Astrozyten können es nicht abpuffern)
• -Phagocytose, Detoxifikation (Fremdkörper aufnehmen)
• -Aufnahme und Abbau von Neurotransmittern (z.B. Glutamat-Aufnahme --> wichtigster erregender Neurotransmitter)
• -Wachstumsfaktoren (Entwicklung und Regeneration)
• -„Reparatur-Funktion“ (wen etwas kaputt ist, geben sie Richtung vor wo was gemacht werden muss. Darum so schlimm wen Astrozyten selbst kaputt sind, da dann auch sonstige Reparatur der Nerven gestört)
• -Neuronenwanderung bei Gehirnentwicklung (geben den Weg vor, wer wohin muss)

• Vermittlung Stoffwechseleffekten auf Nervenzellen:
• - Astrozyt kann ATP und andere Stoffe aus freien Fettsäuren produzieren welche dann, das Neuron "ernähren"

• Vermittlung von Hormoneffekten auf Nervenzellen
• - Gliazellen können direkt in Informationsübertragung eingreifen
• —> Verabreichung von Leptin an normalgewichtige Ratten
• —> Resultat: Ratten nehmen um etwa 10% ihres Körpergewichts ab

• —> Verabreichung von Leptin an dicke/übergewichtige Ratten
• —> Resultat: keine Gewichtsreduktion, da die Tiere eine Leptinresistenz entwickeltn haben

• —> man hat aber gemerkt, dass wenn man bei den dicken Ratten jetzt noch zusätzlich zum Leptin Amylin verabreicht, kann wieder eine Leptin-Sensitivität hergestellt werden
• —> Amylin wirkt auf Mikrogliazellen (Abwehrzellen)
• —> diese bilden Interleukin 6 (Entzündungsfaktor)
• —> Int. 6 wirkt dann auf die Zelle die den Leptinrezeptor tragen und bewirkt in der Zelle, dass die Zelle mehr Leptinrezeptoren exprimiert und somit wieder auf Leptin anspricht

- Transport von Proteinen bzw. Zellorganellen vom Zellkörper über die Länge des Axons oder umgekehrt (Axone zum Teil sehr lang, längste Zellen im Organismus; Blauwal bis zu 20 m lange Axone)

•    - schnell anterograd:
•       - vom Zellkörper weg
•       - 400 mm/Tag (geschw. hat also nichts mit Signalübertragung zu tun)
•       - Transportiert:
•          - Vesikel
•          - Vesikel-Membranen
•          - Mitochondrien
•       - ATP-abhängig unabhängig von Protein-Synthese
•       - Transport entlang Mikrotubuli und über Kinesine (ATPasen)
•    --> über ein- und ausklappen des Kinesin (Ärmchen) wird die Organelle weitergeleitet (ähnl. Muskelkontraktion-> Aktin & Myosin)

•    - langsam anterograd:
•       - vom Zellkörper weg
•        - 2 – 50 mm/Tag
•        - Transportiert:
•          - cytosolische Proteine
•          - Cytoskelett
•       - gebunden an Tubulin => Wachstum der Mikrotubuli
•           —> wenn die Mikrotubuli wachsen, werden diese Strukturen mitgenommen und somit „transportiert“
•           —> somit ist dieser Transport von der Protein- Synthese abhängig
•    - schneller retrograder Transport:
•       - zum Zellkörper hin
•       - ca. 200-300 mm/Tag
•       - Transportieren:
•          - Endosomen (Abbauprodukte)
•          - Wachstumsfaktoren
•             --> werden in der Peripherie der Nervenzelle produziert, gehen Nerven kaputt, können Wachstumsfaktoren nicht mehr transportiert werden und Zelle stirbt
•          - Mitochondrien (Abbauprodukte)
•          - Stoffwechsel-Endprodukte
•       - ATP-abhängig
•       - unabhängig von Protein-Synthese
•       - Transport entlang Mikrotubuli und über ähnliche Proteine wie Kinesine (ATPasen)

•       - Pathophysiologie:
•          - Transport von Tetanustoxin
•          - Transport von Viren:
•             - Polio (Starrkrampf, Krämpfe über die ganze Skeltettmuskulatur)--> Bakterien kommen in eine Wunde, produzieren Tetanustoxine, welche dann retrograd bis zum Rückenmark wandern und die Krampfanfälle auslösen
•             - Tollwut und Herpes --> gleich wie Polio nur das Toxine bei Tollwut ins Hirn und bei Herpes in die Ganglien wandern 

• Übertragungseinheit zur Kommunikation zwischen erregbaren Zellen
• - Neuron bildet bis zu 1000 Synapsen aus
• - Neuron empfängt bis zu 10‘000 Verbindungen

• - elektrische Synapse
•    - kennt man unter dem Begriff Gap junctions) --> driekte Verbindungen von der einen zur anderen Zelle 
•    - Bsp. Herzmuskelzelle als Synzytium (durch Verschmelzung mehrerer Zellen entstanden), glatte Muskulatur
•    - sehr schnelle Übertragung
•    - bidirectional 
•       - geht in beide Richtungen
•       - zb Herzmuskelzellen alle durch gap junctions verbunden damit alle Muskelzellen bei der kontraktion erfasst werden – Nachteil: nicht für gezielte Information 
•       - Distanz zw. pre-und postsynaptische Membran: 3.5nm
•       - übertragung durch Ionenstrom
•       - Synaptische Verzögerung nicht existent
•       - Modulation durch pH-Wert, Membranpotential, Ca2+
•          --> grundsätzlich weniger modulierbar wie eine chemische
•       - gewisse Abschwächung des Signals in postsynaptischer Zelle (aufgrund des Längenwiederstands)

• - chemische Synapse (mit Axon etc)
•    - im ZNS vor allem chemische, da sehr präzise Übertragung
•    - etwas langsamer
•    - unidirektional (Signalausbreitung nur in eine Richtung)
•    - Distanz zw. pre-und postsynaptische Membran: 20-40nm
•       --> somit keine direkte Verbindung
•    - übertragung durch presynaptische Vesikel und postsynaptische Rezeptoren
•    - Chemische Transmitter
•    - Diffusion des Transmitters durch synaptischen Spalt
•    - Synaptische Verzögerung mind. 0,3ms
•    - Aktionspotential (präsynaptisch) führt zur Ausschüttung von Transmitter
•    - AP => chemisches Signal => elektrisches Signal in Zielzelle          --> in postsynaptischer Zelle wird ein neues Signal ausgelöst: elektrisch in chemisch und wieder in elektrisch (dauert zwar länger aber sehr zielgerichtet)

• - Transmitter (TM) Ausschüttung
•    - Typischer Ablauf:
•       - Aktionspotential (erreicht die präsynaptische Endigung und es kommt deshalb zur Depolarisation--> deshalb Öffnung Kanäle)
•       -Öffnung potential-abhängiger Ca2+ -Kanäle
•       -Ca2+ Einstrom (in der Präsynapse)
•          --> Grösse des Ca2+ Einstroms direkt abhängig von AP-Entladungsfrequenz
•       -Ca2+ vermittelt weitere Reaktionen => Freisetzung der in Vesikel gespeicherten Transmitter
•          --> Protein-Interaktionen; Protein Konformationsänderungen; Exocytose der TM enthaltenden Vesikel

• - Transmitter-Freisetzung
•      - sehr gut kontrollierter exocytotischer Prozess:
•         - Verhinderung ungesteuerter Freisetzung (Bsp. Bei Epileptischen Anfällen)
•         - gezielte Orientierung der Vesikel zur „aktiven Zone“ in der präsynaptischen Membran
•            --> nur dann wenn Ca einströmt andocken der Vesikel an Membran => Exozytose
•         - Andocken der Vesikel an aktive Zone
•         - Vesikelfusion
•         - Transmitterfreisetzung
•         - Ca2+:
•            - Mobilisierung der Vesikel vom Cytoskelett:
•               - Bewegung der Vesikel Richtung aktive Zone
•               - Interaktion von Vesikelproteinen mit Plasmamembranproteinen
•               - Anlagerung an Plasmamembran vermittelt durch Ca2+ Bildung von Fusionsporen
•               - Erweiterung der Poren durch Ca2+
• --> Alle dies Prozesse sind Ca-abhängig
• --> Magnesium wirkt antagonistisch zum Calcium
• - Transmitter
•   - gibt Vielzahl von Substanze die als TM dienen können
•   - oft werden an einer Synapse mehrere TM Sekretiert
•        => Co-Transmitter
•   - typische Neurotransmitter sind AS oder AS-Derivate

•   - erregende Transmitter (E)
•     - Acetylcholin = ACh motorische Endplatte (E), vegetatives Nervensystem (E und I je nach Ort)
•     - Glutamat (häufigster excytatorischer Transmitter)
•     - Aspartat (E)
•     - Catecholamine (E und I)

•   - hemmende Transmitter (I)
•      - gamma-Amino-Buttersäure GABA 
•      - Glycin (Tetanustoxin hemmt Glycin Freisetzung, Glycin selbst kann also nicht mehr hemmen --> unkontrollierte Weiterleitung von Reizen => Krämpfe)
•      - Catecholamine (E und I)

•   - sonstige Wichtige TM
•      - Stickstoff Oxid (NO) für Vasodilatation
•      - Histamin, Serotonin sind auch Entzündungsmediatoren
•      - Catecholamine: Dopamin, Noradrenalin und Adrenalin
•         --> symp. NS aber auch Nebennierenrinden Hormon
•      - Oxytocin = Neuropeptid

• Ablauf:
• - Rezeptor-Protein (muss vorhanden sein)
• - Second messenger (kann beteiligt sein)
• - In der Zielzelle wird dann ein Signal ausgelöst: EPSP/IPSP
•    - PSP = postsynaptisches Potential (sind elektr. Signale)
•    - E = Exitatorisches
•    - I = Inhibitorisches
• - Codierung
• - Beendigung der Transmitterwirkung

• Rezeptor-Typen:
• - Rezeptor/Rezeptor-Subtyp bestimmt Wirkung der Neurotransmitter

• - Ionotrope Rezeptoren
•    - Rezeptorprotein enthält TM-Bindungsstelle und Ionenkanal
•       - das Rezeptorprotein hat eine Bindungsstelle für den Transmitter und ist gleichzeitig auch ein Ionenkanal
•    - liganden-gesteuerter Ionenkanal
•       - Bsp. nicotinerger ACh Rezeptor
•       - Bsp. GABA Rezeptor
•    - sehr schnelle, direkte Effekte

• - metabotrope Rezeptoren
• - Rezeptorprotein
• - Kopplung an Ionenkanal über second messenger Systeme
•    - analog zu Hormonen
• - oft längerfristige Modulationseffekte

• - second messenger System (G-Protein coupled receptor)
•    - Ablauf:
•       - TM bindet an Membran-Rezeptor
•       - Konformationsänderung Rezeptor
•       - Bindung des G-Proteins
•       - Aktivierung des G-Proteins
•       - Anlagerung von GTP
•          - Guanosin Triphosphat --> wie ATP ein Energiespeicher, der durch abspaltung eines Phosphatrestes Energie freisetzt
•       - Konformationsänderung des G-Proteins
•       - G-Protein bindet an Adenylat-Cyclase
•          - membrangebundenes Enzym, das nach entsprechender Aktivierung aus ATP cAMP bildet. Katalysiert allg. Bindungsspaltungen
•       - Umwandlung von ATP zu cAMP
•          - zyklisches Adenosinmonophosphat (cAMP), entsteht durch Veresterung zw. einer Phosphatgruppe und der OH-Gruppe der Ribose.
•            - Funktionen:
•             - Herz: Steigerung der Herzfrequenz und Kontraktionskraft
•             - Leber und Muskel: Hemmung der Glykogensynthase
•             - Muskel: Relaxation glatter Muskulatur
•             - Niere: gesteigerte Wasserresorption und Phosphatausscheidung 
•       - Aktivierung einer Protein-Kinase
•          - hängen unter ATP verbrauch  einen Phosphatrest an ein Protein, das eine OH-Gruppe besitzt
•       - Phosphorylierung von Proteinen (hier Ionenkanal)
•       - Auslösung der biologischen Antwort
•          - hier: Öffnen eines Ionenkanals
•       - Gi (hemmend) --> weniger cAMP Bildung

•       - Gs (aktivierend) --> mehr cAMP Bildung

• - Wirkung des Transmitters an der postsynaptischen Membran
•    (Postsynaptische Zelle kann Nervenzelle sein muss aber nicht)

•    - Transmitter-Bindung führt zu Modulation der Ionenleitfähigkeit in der postsynaptischen Membran
•    - Entstehung des postsynaptischen Potentials (PSP)
•       => elektronische Potentiale in der Zielzelle

•    - elektrotonische Ausbreitung des PSP zum Axonhügel
•       => AP wird ausgelöst falls Signal überschwellig (elektrotonisches Potential)
•       => PSP: muss stark genug sein um Erregungsschwelle zu überschreiten und so AP auszulösen
•       - Einstrom von Na = Depolarisation (EPSP)
•       - Einstrom von Cl oder Ausstrom von K = Hyperpolarisation (IPSP)

• - Postsynaptische Potentiale (PSP):
• EPSP:
•    - Glutamat als erregender Transmitter - Wirkung am sog. AMPA-Rezeptor (ionotrop)
•    - Ablauf:
•      - Glutamat bindet an Rezeptor-Molekül
•      - Öffnung eines Kationen-Kanals
•      - Einstrom von Na+ (geringgradig Ausstrom von K+)
•      - Depolarisation der Zielzelle

   - ein einzelnes EPSP => nur eine leichte Depolarisation, meist allerdings unterschwellig --> es entsteht also kein AP

•    - damit wirklich ein AP ausgelöst wird, braucht es:
•       - zeitliche Summation (Neurotransmitter wird immer wieder kurz nacheinander ausgeschüttet --> viele kleine APs summieren sich zu grossem AP)
•       - räumliche Summation (versch. Rezeptoren die gleichzeitig an der gleichen Stelle aktiviert werden)

• --> elektrotonische Ausbreitung des EPSP bis zum Axonhügel
• --> Depolarisation

• IPSP:
•    - Glycin or GABA als hemmende Transmitter (ionotrop)
•       - Ablauf
•          - GABA bindet an Rezeptor-Molekül
•          - Öffnung eines Chlorid-Kanals
•          - Einstrom von Cl-
•          - Hyperpolarisation der Zielzelle durch negative Ladung
• (—> GABA-Rezeptor ist pharmakologisch relevant weil z.B. Narkosemittel (Barbiturate) die gleiche Wirkung wie GABA haben (wirken stark inhibitorisch und schränken so die neuronale Aktivität stark ein)
• —> genauso Benzodiazepine und Anästhetika)
• --> Hyperpolarisation

• !!! WICHTIG !!
• - ob zum Schluss ein AP ausgelöst wird oder nicht, hängt von allen IPSP und EPSP ab, die räumlich und zeitlich "zeitgleich" auftreten. --> alles wird miteinander verrechnet (summiert), nicht nur jene der gleichen Sorte
• allgemein:
• => Summation (Addierung) der Effekte an einzelnen Synapsen zu einer Gesamtantwort des nachgeschalteten Neurons

• Grafik:
• C) Räumliche Summation:
• - 1. E1 + E2 --> zu weit auseinander für eine Summation = KEIN AP
• - 2. E3 + E4 --> räumlich genug nahe und beide Signale sind aktivierend = AP entsteht
• - 3. E4 + H1 --> räumlich genügend nahe zusammen jedoch ein aktivierendes und ein hemmendes Signal, hebt sich gegenseitig nahezu auf = KEIN AP

• D) Zeitliche Summation:
• 1. E5 + E5 --> zu spät für Summation = KEIN AP
• 2. E3 + E3 --> zeitlich genügend nahe = AP entsteht