Elektrische Reizung am isolierten Nervenbündel

[Enhancer]

Hallo!

Ich hab in ein paar Tagen Klausur und raff in Physio gar nichts. *hoffnungslos*
http://img130.imageshack.us/img130/5536/nerv12mh.th.jpg (http://img130.imageshack.us/my.php?image=nerv12mh.jpg)

Vielleicht kann mir jemand die Fragen beantworten.. worauf beruht die Reizwirkung des elektrischen Stromes? Beruht doch darauf, dass Kationen von der Elektrode so ausgerichtet werden, dass im Endeffekt eine Depolarisation eintritt, oder?
Wär nett wenn mir jemand diese Frage beantwortet könnte(s. Bild): Warum ist in Abb.1 die Buchse 1 mit der Anode und die Buchse 2 mit der Kathode verbunden? Ist es denn egal, wo ich was verbinde?
Wer Lust hat einem hoffnungslosen Fall die darunter liegende Frage zu beantworten.. wär toll..

Vielleicht kennt jemand ein paar Internet-Seiten, in den die Neurophysiologie ansschaulich erklärt ist

DAnke im voraus

[Moorhühnchen]

Ich glaube, Du hast Deinen Eintrag ins vollkommen falsche Forum reingestellt - hier geht's ausschließlich um Famulaturbrerichte! :-wow
Schreib einen der Moderatoren an, ob sie Deinen Beitrag verschieben oder schreib ihn nochmal z.B. unter Fachsimpelei oder einem anderen Forum hier auf medi-learn!! :-keks

[Tse Tse]

Huch, ich dachte ich hätte schon mal was dazu geschrieben – muss ein Déjà vu sein. ;-)

Es gibt verschiedene Möglichkeiten einen Nerven mit Strom zu reizen.
Gleichstrom, Wechselstrom, sowie über die Kathode oder die Anode.
In der Neurophysiologie kann man das im Experiment machen oder in der Therapie z.B. als Applikation von Reizstrom bei denervierten Muskeln.

Proximal auf den Nerven (bzw. auf die Haut darüber) legt man die Anode auf (mit + Ausgang verbunden)
Distal davon die Kathode (- Buchse)
Die Außenseite der Membran ist in Ruhe positiv geladen, die Innenseite negativ.
Eigentlich mag ich das Thema, aber ich bin im Folgenden selbst ins Schleudern gekommen, und hoffe dennoch, dass das einigermaßen stimmt.
Das Anlegen einer positiven Anode an die Zellmembran bewirkt eine Hyperpolarisation, d.h. das Membranpotential wird negativer und somit vom Schwellenpotential zur Auslösung eines Aktionspotentials weggeführt.
Unter der negativen Kathode werden der Membraninnenseite negative Ladungen entzogen, die positive Aufladung der Membranaußenseite nimmt auch dementsprechend ab.
Im Zuge dieses von außen veränderten Membranpotentials kommt es jetzt auch zu Ionenströmen.
K strömt aus der Zelle, Na in die Zelle – es entsteht eine Depolarisation.

Wenn man die Polaritäten vertauscht, kommt es bei höheren Stromstärken (als bei Reizung mittels Kathode) paradoxerweise auch zu einer Muskelkontraktion. Eigentlich dürfte dies nicht passieren, da ja zunächst einmal nur eine Hyperpolarisation über den Anodenstrom entsteht – ich weiß gar nicht, ob das genau bekannt ist, warum es dennoch zu einer Muskelkontraktion kommt – eine Erklärung dabei ist wohl, dass mit der Zeit Potentialschwankungen auftreten, die als depolarisierender Reiz wirken.

[THawk]

:-)) Ne, kein Deja vu. Enhancer hat das Thema in 2 Unterforen gepostet, du hast in dem anderen bereits geantwortet. Sorry, aber das war doppelte Arbeit...

[Tse Tse]

Oha und ich hab schon an meinem Verstand gezweifelt. :-nix

Das Thema ist nicht so ganz ohne wie mir gerade aufgefallen ist.
Aber ich werde mich nochmal schlau machen wie das genau funzt :-lesen find es wirklich interessant, aber Physiologie im Detail liegt leider schon etwas weiter zurück.

[Enhancer]

Proximal auf den Nerven (bzw. auf die Haut darüber) legt man die Anode auf (mit + Ausgang verbunden)
Distal davon die Kathode (- Buchse)
Die Außenseite der Membran ist in Ruhe positiv geladen, die Innenseite negativ.

Also würde es bei einer Umpolung der beiden Buchsen nicht zu einer Erregung kommen oder doch?
Ich kann aber nicht verstehen warum? Bei der Umpolung der Buchsen würde sich doch nur die Fortleitungsrichtung des Aktionspotenzials ändern, oder? Weil ja die Ströme von der Anode zur Kathode fließen.


Das Anlegen einer positiven Anode an die Zellmembran bewirkt eine Hyperpolarisation, d.h. das Membranpotential wird negativer und somit vom Schwellenpotential zur Auslösung eines Aktionspotentials weggeführt.
Unter der negativen Kathode werden der Membraninnenseite negative Ladungen entzogen, die positive Aufladung der Membranaußenseite nimmt auch dementsprechend ab.
Im Zuge dieses von außen veränderten Membranpotentials kommt es jetzt auch zu Ionenströmen.
K strömt aus der Zelle, Na in die Zelle – es entsteht eine Depolarisation

Die Depolarisation der Membran und somit die Entstehung der Aktionspotenzials ist also nur unter der Kathode zu finden? Wozu brauche ich dann noch eine Anode anlegen, wenn nur die Kathode für die Depolarisation verantwortlich ist?

Leider habe ich immer noch nicht verstanden, worauf die elektrische Reizwirkung beruht, warum in Abb.1 (s.o.) die Buchse 1 mit der Anode und die Buchse 2 mit der Kathode verbunden ist und ob eine Reizung auch bei umgekehrter Polung möglich wäre(Alles bezogen auf Abb.1, siehe bitte oben).

Aber trotzdem danke Tse Tse.
:(

[Tse Tse]

Ja die Depolarisation der Membran und die Entstehung des Aktionspotentials erfolgt unter der Kathode.
Genauso wie zwischen dem Inneren und dem Äußeren einer Zelle eine Potentialdifferenz besteht, gibt's auch zwischen Kathode und Anode eine Potentialdifferenz. Du brauchst beide (Kathode und Anode) für die Ausbildung einer Spannung. Wenn du den Pluspol erdest, herrscht am Minuspol ein Potential von -irgendwas. Wenn du den Minuspol erdest, herrscht am Pluspol ein Potential von +etwas.
Der "Stromstoß" ist sozusagen eine Spannung, die du von außen anlegst.

Also würde es bei einer Umpolung der beiden Buchsen nicht zu einer Erregung kommen oder doch? Ich kann aber nicht verstehen warum? Bei der Umpolung der Buchsen würde sich doch nur die Fortleitungsrichtung des Aktionspotenzials ändern, oder? Weil ja die Ströme von der Anode zur Kathode fließen.
Du kannst gut recht damit haben, dass sich die Erregung auch in die andere Richtung fortpflanzt (oder hauptsächlich). Im Experiment dürfte es dem Nerven relativ egal sein von welcher Seite er erregt wird.
--> Zeichnung (der Muskel soll am linken Bildrand gedacht sein; Mm.)
Wir hatten in unserem Physiologiepraktikum leider keine Ableitelektroden muskelfern angebracht, um die Erregung auch in die andere Richtung (hier im 2.Bild, nach rechts) registrieren zu können.
Wir haben nur bei höheren Stromstärken bei differenter Anode eine Muskelkontraktion beobachten können.
(Die Richtung der Erregungsausbreitung haben wir uns später angeguckt in dem wir den Nerven dann umgedreht haben).
Das ist das was ich im 1.Post meinte, es müsste auch eine Kontraktion entstehen, wenn du versuchst den Muskel über die Anode zu stimulieren – es gibt dafür wohl Erklärungsmodelle, wie die erwähnten Potentialschwankungen, die nach der anfänglichen Hyperpolarisation (also zuerst keine Bildung eines AP's möglich) dann doch noch als depolarisierender Reiz wirken mit Ausbildung eines AP's.
Neben diesen Potentialschwankungen, gibt's noch Erklärungen über verschiede Schließungs- und Öffnungszuckungen, wenn du den Anodenstrom kurz unterbrichst - aber das übersteigt ehrlich gesagt meinen Horizont das zu verstehen, das muss jemand anderes oder ein Physiker tun.

(es ist zwar interessant, warum trotz anfänglicher Hyperpolarisation ein AP ausgelöst werden kann, aber für eine Klausur ist das sicherlich erstmal nicht so notwendig zu wissen (gottseidank), da sind Sachen wie du im anderen Thread gepostet hast wichtiger!! Das ist nicht böse gemeint!)

Und worauf nun die Reizwirkung beruht?
Ich würde das wirklich über die angelegte Spannung erklären. Die Depolarisation unter der Kathode und die Ausbildung eines Aktionspotentials.
Was nun diese Spannung an der Zellmembran bewirkt - stell ich mir so vor, dass unter der Anode der Membran Ladungen zugeführt werden und unter der Kathode der Membran wieder entzogen werden. Was letztendlich auch Ionenströme entstehen lässt mit Hyperpolarisation und Depolarisation.

Aber vielleicht weiß noch jemand eine genauere Erklärung :-nix
Ich find's nicht so ganz einfach.

[Enhancer]

Und worauf nun die Reizwirkung beruht?
Ich würde das wirklich über die angelegte Spannung erklären. Die Depolarisation unter der Kathode und die Ausbildung eines Aktionspotentials.
Was nun diese Spannung an der Zellmembran bewirkt - stell ich mir so vor, dass unter der Anode der Membran Ladungen zugeführt werden und unter der Kathode der Membran wieder entzogen werden. Was letztendlich auch Ionenströme entstehen lässt mit Hyperpolarisation und Depolarisation.

Danke erstmal für deine Bemühungen. So langsam versteh ich das auch, glaube ich.
Was ich aber trotzdem nicht so ganz verstehe ist:
Bei der elektrischen Reizung unter der Kathode werden ja wie du erwähnt hattest positive Ladungen, die sich an der Außenseite der Membran befanden, "weggenommen". So, und was passiert jetzt? Ändert sich jetzt schon das Membranpotential oder müssen erst noch die Ströme von innen nach außen fließen damit das Membranpotential positiver wird? Das hab ich in keinem Buch verstanden. Also was ist früher da? Die Depolarisation oder der Stromfluss, der eine Depolarisation hervorruft?

Und was passiert genau wenn die Kathode an die Membran andockt? Was passiert mit den positiven Ladungen die auf der Außenseite des Membranabschnittes waren, wo jetzt die Kathode ist? Fusionieren diese etwa mit Anionen oder wie soll man sich jetzt das "Verschwinden" von Ladungen vorstellen? Werden diese abgestoßen von der Kathode oder ist da eine Fusion?
Was stellt überhaupt eine Kathode dar? Sind das negativ geladene Anionen oder Elektronen? Sorry, aber ich hab das Gefühl dass ich nicht mal die Basics kann.
Das gleiche könnt ich natürlich analog für die Anode fragen aber Kathode scheint ja für die Depolarisation und Reizbildung wichtiger zu sein.

[Tse Tse]

Verdammt, wir sollten jemanden hinzuziehen, der sich mit so was auskennt??!
Im Zweifelsfall würde ich behaupten, dass der Strom aus der Steckdose kommt, dann rein in ein Gerät mit dem Bing geht und über 2 Kabel wieder rauskommt. Kathode und Anode. Irgendwas ist in der Zwischenzeit passiert, sodass an der Kathode ein Elektronenüberschuss und an der Anode ein relativer Elektronenmangel herrscht. :-nix

Ich denke, das Anlegen der Elektroden und das Schließen eines Stromkreises wirkt schon als depolarisierender Reiz, aber die Depolarisation wird letztendlich durch die Ionenströme getragen.

Die Physiker in Gießen schlagen bestimmt die Hände überm Kopf zusammen wenn sie das lesen. Und würden mir am liebsten den hart umkämpften Physikschein wieder abnehmen wollen, aber ich versuche es trotzdem.
Der Stromfluss muss jedenfalls als erstes da sein.
Die Nervenzelle befindet sich ja zunächst in Ruhe, hat ein Potential von z.B. +20mV an der Außenseite der Membran, -70 an der Innenseite und ein Ruhemembranpotential bzw. eine Potentialdifferenz von -90.

Jetzt leg ich die Anode an, diese gibt Elektronen ab. An hier herrscht ein Elektronenmangel. Der erforderliche Ladungsausgleich entsteht durch den dann folgenden Ionenstrom – ausströmende Anionen (weiß nicht durch was der getragen wird, vielleicht zunächst Chloridionen??).
Ich bin mir nicht ganz im Klaren über die Ladungsverschiebungen die an der Membran erfolgen. Wenn man die Vorzeichen der Ionen mal außer Acht lässt, würden zu der extrazellulär hohen Konzentration an Cl- noch weitere Cl-Ionen hinzukommen.
Und zusätzlich könnten K-Ionen in die Zelle strömen, die ja sonst den Cls mitunter entgegengesetzt zwischen IZR und EZR sind. Das Membranpotential wird dadurch insgesamt negativer und vom Schwellenpotential zur Auslösung eines Aktionspotentials weggeführt. Es entsteht eine Hyperpolarisation.

Die Elektronen fließen zur Kathode, dort herrscht ein Überschuss, der Ladungsausgleich erfolgt hier durch Kationen (Kaliumionen? die von IZR nach EZR strömen?).
Was dort im Zuge der Veränderungen bereits die Depolarisation auslösen könnte, wenn in dessen Folge Ladungen von der Außenseite ins Zellinnere strömen (das könnte dann schon Na sein, das dem K entgegengesetzt in die Zelle strömt) und somit die Innenseite der Membran positiver wird und zusätzlich an der Außenseite das Potential durch "weggenommenes" Na weniger positiv wird, wird das Membranpotential insgesamt verringert und hin zum Schwellenpotential für die Auslösung eines AP's verschoben.

Vielleicht ist es in Wirklichkeit auch ganz anders… :-oopss
Ich weiß es ja auch nicht wirklich, das steht so ja nirgends. Entweder ist es zu banal oder es ist tatsächlich ein Mysterium - aber ich werde noch mal paar Nächte drüber schlafen.
Über eine Aufklärung wäre ich aber auch dankbar – ich krieg in den Nächten ja schon kein Auge mehr zu. :-D

[Tse Tse]

So, zurück von einem kleinen Nickerchen – finde ich die Theorie immer noch ganz plausibel.
Das vorher geschriebene scheint gar nicht mal so verkehrt zu sein, selbst das mit den Chloridionen müsste passen.
Was da noch irgendwie unter zu bekommen sein muss, sind diverse H+ und OH- Moleküle.

Enhancer, nebenbei, deine Fragen sind absolut berechtigt!
Wir werden's doch noch rauskriegen und wenn es das letzte ist was ich tun werde!! *mitderfaustaufdentischhau* :-)


------------------------
anderer Versuch:
An der Anode werden dem Wasserstoff wohl Elektronen entzogen. H+ bleibt zurück (aus OH- geht Sauerstoff hervor und entweicht).
Cl- strömt nun passiv zur Anode (bzw. zum H+)
An der Kathode werden überschüssige Elektronen auf Wasserstoff übertragen, OH- bleibt zurück (H2 entweicht).
Hier strömt dann wohl Na+ aus der Zelle zur Kathode bzw. zum OH-.

De- und Hyperpolarisation krieg ich jetzt aber nicht mehr richtig da mit rein
es ist tricky und ich bin...
(das stammt etwas verändert von Pratzel, Ionophorese)