Grundlagen der Reizphysiologie und des Nervensystems

Die Reizphysiologie ist ein wichtiges Teilgebiet der Biologie, das sich mit der Funktionsweise des Nervensystems von Tieren beschäftigt. Sie untersucht, wie Organismen auf äußere und innere Reize reagieren. Ein Reiz ist dabei eine Änderung einer physikalischen oder chemischen Größe, die eine Reaktion in einer Zelle auslösen kann.

Vocabulary: Reizphysiologie - Teilgebiet der Biologie, das die Funktionsweise des Nervensystems und die Reaktion auf Reize untersucht.

Das Nervensystem Wirbeltiere und Wirbellose weist einige grundlegende Gemeinsamkeiten auf, unterscheidet sich aber auch in wichtigen Aspekten. Zentrale Elemente sind Neuronen (Nervenzellen) mit ihren Zellfortsätzen (Axonen) sowie die Myelinscheide, die bei vielen Wirbeltieren die Axone umhüllt.

Definition: Neuron - Eine spezialisierte Nervenzelle, die für die Verarbeitung und Weiterleitung von elektrischen Signalen im Nervensystem verantwortlich ist.

Ein wichtiges Konzept in der Reizphysiologie ist das Membranpotenzial, also die elektrische Spannung an der Zellmembran. Im Ruhezustand spricht man vom Ruhepotenzial, das typischerweise bei etwa -70 mV liegt. Die Messung dieser Potenziale erfolgt mit speziellen Geräten wie dem Oszilloskop.

Highlight: Das Ruhepotenzial einer Nervenzelle liegt bei etwa -70 mV und ist entscheidend für ihre Funktionsfähigkeit.

Für die Aufrechterhaltung des Ruhepotenzials und die Signalübertragung spielen Ionen eine zentrale Rolle. Die Natrium-Kalium-Pumpe ist dabei ein wichtiger aktiver Transportmechanismus, der Natrium- und Kaliumionen gegen ihre Konzentrationsgradienten transportiert.

Reizauslösung und Sensorpotenziale

Die Auslösung von Erregungen durch Reize ist ein fundamentaler Prozess im Nervensystem. Reize lösen zunächst Sensorpotenziale aus, die sich von Aktionspotenzialen unterscheiden. Ein typisches Beispiel ist die Dehnung von Muskelfasern.

Der Ablauf der Reizauslösung lässt sich wie folgt beschreiben:

1. Ein Reiz wird ausgelöst
2. Natriumkanäle öffnen sich
3. Natriumionen diffundieren in die Zelle
4. Es kommt zur Depolarisation (verändertes Sensorpotenzial)
5. Das elektrische Feld breitet sich elektrotonisch über die Membran aus
6. Wenn der Schwellenwert an der Generatorregion (Axonhügel) erreicht ist, öffnen sich alle spannungsabhängigen Natriumkanäle
7. Natriumionen diffundieren in das Axon
8. Ein Aktionspotenzial wird ausgelöst

Definition: Sensorpotenzial - Eine Änderung des Ruhepotenzials an der Membran des Zellkörpers, ähnlich dem Aktionspotenzial, aber am Zellkörper statt am Axon.

Im Gegensatz zu Aktionspotenzialen folgen Sensorpotenziale nicht dem Alles-oder-Nichts-Prinzip. Ihre Stärke wächst mit der Intensität des Reizes. Zudem besitzen Sensorpotenziale keine Refraktärzeit.

Highlight: Die Stärke eines Sensorpotenzials ist proportional zur Intensität des auslösenden Reizes, was eine differenzierte Reizverarbeitung ermöglicht.

Die Umwandlung von Sensorpotenzialen in Aktionspotenziale erfolgt an der Generatorregion, wenn der Schwellenwert überschritten wird. Dies zeigt die enge Verknüpfung zwischen Reizaufnahme und Signalweiterleitung im Nervensystem.