Saltatorische Erregungsleitung und Leitungsgeschwindigkeit
Wie Aktionspotentiale entlang des Axons laufen und warum Myelin und Faserdicke die Leitungsgeschwindigkeit bestimmen.
Das Wichtigste in Kürze
- Die saltatorische Erregungsleitung ist die sprunghafte Fortleitung des Aktionspotentials von Schnürring zu Schnürring in markhaltigen Axonen.
- Elektrotonische Ausbreitung ist schnell, nimmt aber mit der Entfernung ab. Marklose Fasern leiten kontinuierlich.
- Unter der Markscheide ist der Membranwiderstand hoch, an den Schnürringen sind \(\ce{Na+}\)-Kanäle dicht gepackt.
- Myelinisierte Axone verbrauchen weniger Energie für die Weiterleitung.
- Myelin und großer Durchmesser erhöhen die Geschwindigkeit: etwa 1 m/s dünn marklos, etwa 50 m/s markhaltig, um 100 m/s dick myelinisiert.
Worum es geht
Ein Aktionspotential entsteht am Axonhügel und muss bis zur Synapse gelangen, manchmal über mehr als einen Meter. Wie schnell das geht, hängt vom Bau der Nervenfaser ab. Das erklärt etwa, warum ein Stoß sofort wehtut, der dumpfe Schmerz aber verzögert nachkommt.
Fortleitung im Axon
Fließt an einer Stelle des Axons Strom in die Zelle, breitet er sich passiv nach beiden Seiten aus. Diese elektrotonische Erregungsleitung ist sehr schnell. Ein Teil des Stroms entweicht aber durch die Membran, deshalb wird das Potential mit der Entfernung immer kleiner.
Über weite Strecken trägt deshalb nur das Aktionspotential. Es wird an jeder erregten Stelle in voller Höhe neu gebildet. In marklosen Fasern depolarisiert jeder Membranabschnitt den nächsten bis zur Schwelle. Diese kontinuierliche Leitung ist zuverlässig, aber langsam.
Saltatorische Leitung
Markhaltige Axone sind von einer Myelinscheide umhüllt, die von Ranvier-Schnürringen unterbrochen wird. Unter dem Myelin ist der Membranwiderstand hoch, kaum Strom geht verloren. Der Strom läuft daher elektrotonisch rasch bis zum nächsten Schnürring. Dort liegen die spannungsgesteuerten \(\ce{Na+}\)-Kanäle besonders dicht, und ein neues Aktionspotential entsteht.
Die Erregung springt so von Schnürring zu Schnürring. Das ist die saltatorische Erregungsleitung. Myelin und Schnürringe sind beide Voraussetzung dafür.
Der Sprung findet innerhalb eines einzigen Axons statt, von Schnürring zu Schnürring. Zwischen zwei Nervenzellen vermittelt dagegen die Synapse.
Weil nur an den Schnürringen \(\ce{Na+}\) einströmt, muss die \(\ce{Na+}\)/\(\ce{K+}\)-ATPase weniger Ionen zurückpumpen. Myelinisierte Axone sparen so Energie. Saltatorisch leiten zum Beispiel die motorischen Fasern zu den motorischen Endplatten.
Leitungsgeschwindigkeit
Die Leitungsgeschwindigkeit gibt an, wie viele Meter ein Aktionspotential pro Sekunde zurücklegt. Zwei Faktoren erhöhen sie. Die Myelinisierung erlaubt die saltatorische Leitung mit ihren schnellen Sprüngen. Ein größerer Axondurchmesser senkt den Längswiderstand im Inneren, ähnlich wie ein dickes Kabel. Der Strom reicht dann weiter.
| Fasertyp | Geschwindigkeit |
|---|---|
| dünn, marklos | etwa 1 m/s |
| markhaltig | etwa 50 m/s |
| dick, myelinisiert | um 100 m/s |
Wird im Examen gerne gefragt: Etwa 1 m/s passt zu dünnen marklosen Fasern, 50 m/s setzt eine Markscheide voraus. Um 100 m/s erreichen nur dicke myelinisierte Fasern.
Vegetative Fasern leiten überwiegend langsam, ebenso die C-Fasern der Schmerzleitung. Schnell leitende Fasern finden sich dagegen in beiden Richtungen. Sie können afferent (sensibel) sein wie Fasern aus Muskelspindeln oder efferent (motorisch) wie die Axone der α-Motoneurone.
Quiz
Aussage 1
Schnell leitende, markhaltige Fasern kommen sowohl bei afferenten als auch bei efferenten Nervenfasern vor.
Beispiele sind sensible Fasern aus Muskelspindeln und motorische Axone der α-Motoneurone.
Aussage 2
Eine Leitungsgeschwindigkeit von etwa 100 m/s ist typisch für dünne, marklose Nervenfasern.
Dünne marklose Fasern leiten mit etwa 1 m/s. Um 100 m/s erreichen nur dicke myelinisierte Fasern.
Aussage 3
Spannungsgesteuerte \(\ce{Na+}\)-Kanäle sind an den Ranvier-Schnürringen dichter angeordnet als im myelinisierten Bereich.
Nur an den Schnürringen entsteht das Aktionspotential neu, deshalb sind die Kanäle dort konzentriert.
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