Neurobiologie
Nervenzelle und Erregungsleitung
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Die Erregungsleitung ist die Weiterleitung elektrischer Signale in Nerven- und Muskelzellen. Welche zwei Arten du dabei unterscheiden kannst und wie sie jeweils ablaufen, erklären wir dir in diesem Artikel. Du möchtest das Thema möglichst schnell verstehen? Dann gibt es hier unser Video zur Erregungsleitung!

Erregungsleitung einfach erklärt

Hast du dich schon einmal gefragt, wie dein Gehirn zum Beispiel die Bewegung deines kleinen Zehs steuern kann, obwohl sie so weit voneinander entfernt liegen?

Dazu benötigt dein Körper die Erregungsweiterleitung. Darunter verstehst du die Weiterleitung eines elektrischen Signals entlang von Muskel- oder Nervenzellen  (Neuronen). Eine Erregung entsteht immer am Axonhügel eines Neuron. Sie wird in Form einer Änderung der Spannung an der Zellmembran weitergeleitet. Du nennst sie auch Aktionspotential

Das Aktionspotential einer Nervenzelle wird entlang des Nervenzellfortsatzes – dem Axon – weitergeleitet. Dieser Vorgang heißt Erregungsleitung. Je nachdem, wie die Erregung weitergeleitet wird, unterscheidest du zwischen der kontinuierlichen und der saltatorischen Erregungsleitung. 

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Erregungsleitung

Aufgepasst: Begriffe wie Reizleitung oder Reizweiterleitung werden oft anstelle der Erregungsleitung benutzt. Das ist eigentlich nicht ganz richtig. Denn der Reiz selbst wird nicht weitergeleitet, sondern nur eine Erregung, die er auslöst. 

Saltatorische Erregungsleitung

Die meisten Nervenzellen bei uns Menschen sind wie elektrische Kabel isoliert. Sie sind dazu von einer sogenannten Myelinscheide oder Markscheide umgeben. Die Myelinschicht bildet aber keine durchgehende Umhüllung, sondern ist im Abstand von etwa 0,5-2 mm immer wieder unterbrochen. So ein nicht-umhüllter Bereich des Axons heißt Ranvier’scher Schnürring

Das ermöglicht eine saltatorische Erregungsleitung. Dabei leitet das Neuron ein Aktionspotential entlang der Ranvier’schen Schnürringe „sprunghaft“ weiter. 

Ein Aktionspotential löst eine Depolarisation (Spannungsabnahme) am Anfang des Axons aus. Das führt zur Öffnung spannungsabhängiger Natriumionenkanäle. Die Kanäle findest du nur an den Ranvier’schen Schnürringen. Dort strömen dann die positiv geladenen Natriumionen ins Zellinnere. Dadurch wird ein erneutes Aktionspotential bzw. eine neue Depolarisierung ausgelöst. Sie reicht bis zum nächsten Schnürring. Es wird also immer nur an einem nicht-isolierten Bereich ein Aktionspotential gebildet. So wird die Erregung „springend“ weitergeleitet und die myelinisierten Bereiche ausgelassen. 

Durch die Isolation kann die Leitungsgeschwindigkeit deutlich erhöht werden. Außerdem können die Zellen Energie sparen. Denn nur an den Knotenpunkten findet eine Depolarisierung statt. Also muss die Natrium-Kalium-Pumpe nur dort die Na+-Ionen wieder aus der Zelle pumpen und spart daher Energie. 

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saltatorische Erregungsleitung

Natriumionenkanäle in Bereichen, die das Aktionspotential bereits passiert hat, werden danach inaktiviert. Die Zeit, die sie brauchen, bis sie wieder erregt werden können, nennst du Refraktärzeit. Dieser Effekt stellt sicher, dass die Zellen das Signal nur in eine Richtung weiterleiten können. 

Kontinuierliche Erregungsleitung

Wenn Nervenzellen nicht isoliert sind, müssen sie die elektrischen Signale kontinuierlich (fortlaufend) weiterleiten. Das bedeutet, an jeder Stelle der Axonmembran muss eine Depolarisierung stattfinden. 

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saltatorische Erregungsleitung

Diese Art der Weiterleitung ist deshalbvergleichsweise langsam. Die Geschwindigkeit kann aber erhöht werden, indem der Durchmesser der Leitungsbahn erhöht wird. Denn dadurch nimmt der Innenwiderstand ab. Das kannst du dir vorstellen wie bei einem Wasserschlauch: je dicker er ist, desto mehr Wasser kann in gleicher Zeit durchfließen. Das ist der Grund, warum zum Beispiel die Riesenaxone von Tintenfischen und Meeresschnecken einen Durchmesser von bis zu einem Millimeter haben. So erhöhen sie die Geschwindigkeit der Erregungsleitung im Axon.

Saltatorische und kontinuierliche Erregungsleitung

Du kannst also zwischen der saltatorischen und der kontinuierlichen Weiterleitung von Erregungen unterscheiden. Hier fassen wir die wichtigsten Unterschiede noch einmal für dich zusammen: 

  saltatorisch kontinuierlich
Weiterleitung sprunghaft fortschreitend
Membranumhüllung Myelinscheiden nicht isoliert
Leitungsgeschwindigkeit bis über 100 m/s max. 30 m/s
Axondurchmesser eher niedrig eher hoch (bis 1 mm)
Vorkommen in Wirbeltieren fast ausschließlich bei Wirbellosen, z.B. Tintenfisch

Schlussendlich ermöglicht die Erregungsleitung die Weiterleitung eines elektrischen Signals ans Ende einer Nervenzelle. Wenn das Signal am Ende des Neurons angelangt ist, findet an der Synapse (Kontaktstelle) die Erregungsübertragung auf die nächste Zelle statt. Solltest du dich jetzt fragen: Was ist eine Synapse und wie ist sie aufgebaut? Dann lern doch gleich mit diesem Video weiter!

Zum Video: Synapse
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