Aufgaben: Erregungsleitung und Schmerzlinderung

Beschreiben Sie die kontinuierliche Erregungsleitung an einem marklosen Axon, und erklären Sie, warum das Aktionspotenzial nur in eine Richtung weiterläuft.

Beschreiben Sie den Aufbau eines markhaltigen Axons (Myelinscheide, Ranvier-Schnürringe) und erläutern Sie das Prinzip der saltatorischen Erregungsleitung.

Nennen Sie zwei Beispiele für Substanzen, die zur Schmerzlinderung eingesetzt werden (z. B. Lokalanästhetika, Opioide), und geben Sie jeweils kurz an, an welcher Stelle der Signalweiterleitung sie wirken.

Ein markloses Riesenaxon des Tintenfisches (Durchmesser 500 µm) leitet mit etwa 25 m/s, ein markhaltiges Axon des Menschen (Durchmesser 10 µm) mit etwa 100 m/s.

1. a) Berechnen Sie die Zeit, die ein Signal jeweils für 1,0 m benötigt.

1. b) Erklären Sie, warum das dünne markhaltige Axon schneller leitet und welchen Vorteil dies in Bezug auf Platz und Energie hat.

Bei Multipler Sklerose werden die Myelinscheiden im Zentralnervensystem durch eine Autoimmunreaktion abgebaut.

1. a) Erklären Sie, warum sich die Leitungsgeschwindigkeit der betroffenen Axone verringert.

1. b) Leiten Sie mögliche Symptome ab, z. B. Sehstörungen oder Lähmungen.

Der Zahnarzt in Köln betäubt mit Lidocain, das spannungsgesteuerte Na⁺-Kanäle blockiert.

1. a) Erklären Sie, warum der Schmerz nicht mehr wahrgenommen wird.

1. b) Begründen Sie, warum Lidocain bei lokaler Injektion nur örtlich begrenzt wirkt.

Vergleichen Sie kontinuierliche und saltatorische Erregungsleitung hinsichtlich Leitungsgeschwindigkeit, Energiebedarf (Anzahl der Na⁺/K⁺-Pumpvorgänge), Ort der Ionenströme und Platzbedarf. Erläutern Sie anschließend, warum Wirbeltiere trotz ihrer begrenzten Körperdimensionen komplexe Nervensysteme mit schneller Reaktion entwickeln konnten, während Tintenfische dicke Riesenaxone benötigen.

Material: Bei einem Patienten mit Multipler Sklerose ist die Leitungsgeschwindigkeit eines Nervs von 70 m/s auf 20 m/s gesunken. Der Nerv ist 0,8 m lang. In einem Experiment wird ein Axon im Bereich der entmarkten Stelle mit 4-Aminopyridin (blockiert K⁺-Kanäle) behandelt, wodurch die Leitung teilweise wiederhergestellt wird.

1. a) Berechnen Sie die Leitungszeit vor und nach der Erkrankung.

1. b) Erklären Sie die Verlangsamung und das mögliche Leitungsversagen bei entmarkten Abschnitten.

1. c) Erklären Sie die Wirkung von 4-Aminopyridin.

Ein Ethikrat diskutiert den Einsatz von Opioiden (z. B. Morphin) und Lokalanästhetika zur Schmerzlinderung bei chronischen Schmerzen.

1. a) Beschreiben Sie je einen Wirkmechanismus von Opioiden (Bindung an Opioidrezeptoren, Hemmung der Transmitterfreisetzung) und Lokalanästhetika.

1. b) Nehmen Sie begründet Stellung zum Einsatz dieser Substanzen unter Abwägung von Nutzen, Nebenwirkungen (Toleranz, Abhängigkeit, Atemdepression) und Alternativen.