Neuronen, die spezialisierten Zellen unseres Nervensystems, sind für die Verarbeitung und Weiterleitung von Informationen unerlässlich. Diese Kommunikation erfolgt über elektrische Signale, Aktionspotentiale genannt. Ein grundlegendes Konzept im Zusammenhang mit Neuronen ist die Reizschwelle. Dieser Artikel beleuchtet die Definition der Reizschwelle eines Neurons, ihre physiologischen Grundlagen und ihre Bedeutung in der Medizin.
Einführung in die Neuronale Erregung
Der menschliche Körper ist ein Wunderwerk, das elektrische Signale nutzt, um Informationen zu verarbeiten und zu kommunizieren. Neuronen, auch Nervenzellen genannt, sind die Hauptakteure in diesem Prozess. Sie erzeugen und übertragen elektrische Signale mithilfe von Axonen und empfangen Signale von anderen Neuronen über ihre Dendriten. Aktionspotentiale spielen eine entscheidende Rolle bei der Informationsübertragung und Muskelkontraktion.
Was ist ein Aktionspotential?
Ein Aktionspotential ist eine vorübergehende Änderung des Membranpotentials einer Zelle, die für die Reizweiterleitung zwischen Nervenzellen verantwortlich ist. Es entsteht, wenn eine Nervenzelle durch einen Reiz ausreichend erregt wird. Dies führt zur Öffnung von Ionenkanälen, wodurch Ionen wie Natrium (Na+) in die Zelle einströmen und eine Depolarisation der Zellmembran verursachen.
Das Ruhepotential
Die Membran einer Nervenzelle ist elektrisch geladen, ein Zustand, der als Membranpotential bezeichnet wird. Solange kein Aktionspotential entsteht, spricht man vom Ruhepotential, das bei etwa -70 mV liegt. In diesem Zustand sind die spannungsgesteuerten Ionenkanäle der Membran geschlossen und es besteht keine Ladungsdifferenz zwischen dem Inneren und Äußeren der Membran. Das Ruhepotential wird durch die Natrium-Kalium-Pumpe aufrechterhalten, die Natrium-Ionen in den extrazellulären und Kaliumionen in den intrazellulären Raum pumpt.
Reizschwelle Definition
Die Reizschwelle ist das minimale Maß an Stimulation, das erforderlich ist, um eine sensorische Reaktion auszulösen. Sie beschreibt den Spannungswert des Membranpotentials, bei dem ein Aktionspotential ausgelöst wird. Ein Reiz, der diesen Wert überschreitet, wird als überschwellig bezeichnet. Die für das Aktionspotential verantwortlichen spannungsaktivierten Natrium-Kanäle haben eine Aktivierungsschwelle von ca. -40 mV. Sie öffnen sich nur, wenn die Membran zumindest bis zu diesem Wert depolarisiert wurde.
Lesen Sie auch: Wie Neuronen Signale übertragen
Merke: Schwellenwert = Membranpotentialwert, der überschritten werden muss, um ein Aktionspotential auszulösen!
Elektrotonische Weiterleitung
Die Weiterleitung von Informationen im Nervensystem erfolgt elektrotonisch bis zum Axonhügel. Hierbei addieren sich exzitatorische (erregende) und inhibitorische (hemmende) postsynaptische Potentiale (IPSPs und EPSPs). Das Rezeptorpotential, das als elektrische Antwort der Membranrezeptoren auf einen Reiz entsteht, wächst mit der Stärke des Reizes. Beim Erreichen des Schwellenwertes erfolgt dann ein Aktionspotential, welches dem Alles-oder-Nichts-Gesetz unterliegt.
Aktionspotential Phasen und Ablauf
Der Ablauf eines Aktionspotentials lässt sich in mehrere Phasen unterteilen:
- Ruhepotential: Die Membranspannung beträgt ca. -70 mV.
- Depolarisation: Ein ankommender Reiz stört das Ruhepotential. Wenn ein Schwellenwert von ca. -50 mV erreicht wird, öffnen sich spannungsgesteuerte Natrium- ($Na^+$) Ionenkanäle, und $Na^+$ gelangt in das Zellinnere.
- Repolarisation: Nach ca. 1-2 ms schließen sich die $Na^+$-Kanäle wieder, und die $K^+$-Kanäle öffnen sich. $K^+$ diffundiert aus dem Zellinneren, wodurch die Spannung wieder abnimmt.
- Hyperpolarisation: Die $K^+$-Kanäle schließen sich langsamer als die $Na^+$-Kanäle, was zu einer kurzzeitigen Unterschreitung des Ruhepotentials führt.
- Refraktärzeit: In dieser Phase sind die $Na^+$- und $K^+$-Kanäle inaktiv, sodass kein weiteres Aktionspotential ausgelöst werden kann.
Das Alles-oder-Nichts-Gesetz
Ein Aktionspotential unterliegt dem Alles-oder-Nichts-Gesetz. Dies bedeutet, dass ein Aktionspotential entweder in voller Größe oder gar nicht auftritt. Die Reizstärke beeinflusst nicht die Stärke des Aktionspotentials, sondern lediglich die Frequenz der Aktionspotentiale.
Einflussfaktoren auf die Reizschwelle
Verschiedene Faktoren können die Reizschwelle beeinflussen:
Lesen Sie auch: Was macht ein Neurologe wirklich?
- Umweltbedingungen: Temperatur, Lichtverhältnisse und Feuchtigkeit können die Empfindlichkeit gegenüber Reizen verändern.
- Individueller Zustand: Der Gesundheitszustand und die genetische Ausstattung eines Organismus können eine Rolle spielen.
- Vorherige Stimulation: Wird eine Zelle bereits durch andere Reize beeinflusst, kann dies die Schwelle für neue Reize ändern.
- Alter: Die Reizschwelle kann sich im Laufe des Lebens verändern und oft mit zunehmendem Alter steigen.
Absolute Reizschwelle
Die absolute Reizschwelle ist die geringste Intensität eines Reizes, die zuverlässig in mindestens 50% der Fälle erkannt wird. Sie ist entscheidend für das Verständnis sensorischer Grenzen. Ein anschauliches Beispiel ist das Sehen eines einzelnen Kerzenscheins in der Dunkelheit aus mehreren Kilometern Entfernung.
Reizschwelle in der Physiologie
In der Physiologie beschreibt die Reizschwelle die minimale Intensität eines Reizes, der nötig ist, um eine physiologische Reaktion auszulösen, wie das Auslösen eines Muskelzuckens oder eines neuronalen Impulses. Dies wird in verschiedenen Bereichen untersucht:
- Nervenphysiologie: Die Reizschwelle bestimmt, wann ein Neuron ein Aktionspotenzial auslöst.
- Sinneswahrnehmung: Verschiedene Sinne haben unterschiedliche Schwellen.
- Muskelphysiologie: Die Schwelle beeinflusst, wann ein Muskel auf Reize reagiert und sich kontrahiert.
Reizschwelle Medizinische Anwendungen
In der Medizin wird die Reizschwelle in verschiedenen Diagnose- und Behandlungsmethoden genutzt. Ärzte verwenden das Konzept, um die Empfindlichkeit von Nerven, Muskeln und Sinnen zu bewerten.
Diagnostische Verfahren
- Elektroneurographie: Misst die Geschwindigkeit der Nervenleitfähigkeit, indem elektrische Reize verwendet werden, um die Reizschwelle zu bestimmen.
- Schwellenwert-Audiometrie: Bestimmt die Hörschwelle eines Patienten, um Hörverluste zu diagnostizieren.
- Visuelle Evokationspotentiale (VEP): Untersuchen die visuelle Reizschwelle und die Reaktion des Gehirns auf visuelle Stimuli.
Schmerztherapie
Die Reizschwelle wird in der Schmerztherapie häufig analysiert, um zu verstehen, wie verschiedene Patienten auf Schmerz reagieren. Das Wissen um diese Schwellen hilft dabei, personalisierte Behandlungsstrategien zu entwickeln.
Funktionelle Elektrostimulation (FES)
Die funktionelle Elektrostimulation (FES) nutzt Aktionspotentiale, um gezielt Muskeln oder Nerven zu stimulieren. Externe elektrische Impulse imitieren die natürlichen elektrischen Signale, um Bewegungen auszulösen, wenn die körpereigene Steuerung nicht ausreichend funktioniert.
Lesen Sie auch: ICD-10 I69: Schlaganfallfolgen detailliert
Adäquater und Inadäquater Reiz
Ein adäquater Reiz ist ein Impuls, für den ein Rezeptor die größte Empfindlichkeit besitzt, wie z.B. Licht für Photorezeptoren im Auge. Im Gegensatz dazu steht der inadäquate Reiz, der entweder nicht oder nur bei sehr hoher Intensität erregungsauslösend wirkt.
tags: #reizschwelle #eines #neurons