Erst stechend, dann dumpf
AFB I–IINervenfasern leiten unterschiedlich schnell. Die Tabelle zeigt typische Werte für Fasern, die Meldungen aus der Hand zum Rückenmark bringen.
| Faser meldet … | Myelinscheide | Dicke | Geschwindigkeit |
|---|---|---|---|
| Berührung | dick | etwa 10 µm | 50 m/s |
| stechenden Schmerz | dünn | etwa 3 µm | 15 m/s |
| dumpfen Schmerz | keine | etwa 1 µm | 0,8 m/s |
Wer sich mit der Hand an einer Tischkante stößt, spürt oft zuerst einen hellen, stechenden Schmerz und kurz danach einen dumpfen, lang anhaltenden Schmerz. Der Weg von der Hand bis ins Rückenmark ist etwa 0,8 m lang.
- Gib die Bauteile einer Nervenzelle in der Reihenfolge an, in der die Erregung sie durchläuft.
- Werte die Tabelle aus.
- Berechne die Leitungszeiten von der Hand zum Rückenmark für stechenden und für dumpfen Schmerz.
- Untersuche mithilfe deiner Ergebnisse die Beobachtung, dass man nach einem Stoß zwei Schmerzen nacheinander spürt.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Dendriten → Zellkörper → Axon → Endknöpfchen.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Je dicker die Faser und je stärker ihre Myelinscheide, desto schneller leitet sie. Die dicke Berührungsfaser mit dicker Myelinscheide ist mit 50 m/s mehr als sechzigmal so schnell wie die dünne Faser ohne Myelinscheide mit 0,8 m/s.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Stechender Schmerz: t = 0,8 m : 15 m/s ≈ 0,053 s. Dumpfer Schmerz: t = 0,8 m : 0,8 m/s = 1 s. Der dumpfe Schmerz kommt also fast eine Sekunde später im Rückenmark an.
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Beide Schmerzmeldungen entstehen gleichzeitig, laufen aber über verschiedene Fasern. Die Faser für stechenden Schmerz hat eine Myelinscheide und leitet schnell — diese Meldung kommt nach etwa 0,05 s an. Die Faser für dumpfen Schmerz hat keine Myelinscheide; ihre Meldung braucht etwa 1 s. Deshalb spürt man zuerst den stechenden und danach den dumpfen Schmerz.
Wenn die Isolierung fehlt
AFB II–IIIBei der Krankheit Multiple Sklerose (MS) greift die körpereigene Abwehr die Myelinscheiden im Gehirn und Rückenmark an. An manchen Stellen werden sie zerstört; die Axone selbst bleiben oft zunächst erhalten.
Ärzte messen, wie lange eine Erregung vom Auge bis zum Sehfeld im Gehirn braucht, wenn die Person auf ein Schachbrettmuster schaut:
| Person | gemessene Zeit |
|---|---|
| gesunde Person | 0,10 s |
| Person mit MS, Sehnerv betroffen | 0,14 s |
In einem Schulbuch steht: „Ein Nerv funktioniert wie ein Stromkabel.“
- Erstelle eine beschriftete Skizze eines Axons mit Myelinscheide und Schnürringen.
- Erkläre die langsamere Leitung bei MS.
- Interpretiere die Messwerte der Tabelle.
- Nimm Stellung zu der Aussage aus dem Schulbuch.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Die Skizze zeigt einen langen Strang (Axon), der in Abständen von Hüllen (Myelinscheide) umgeben ist. Die Lücken zwischen den Hüllen sind als Schnürringe beschriftet. Am einen Ende sitzt der Zellkörper, am anderen Ende die Endknöpfchen.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Mit Myelinscheide springt die Erregung von Schnürring zu Schnürring und ist sehr schnell. Wird die Myelinscheide zerstört, kann sie an diesen Stellen nicht mehr springen. Sie muss Stück für Stück weiterlaufen wie auf einem Axon ohne Myelinscheide — das dauert viel länger.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Bei der Person mit MS braucht die Erregung 0,04 s länger, also 40 % mehr Zeit als bei der gesunden Person. Das passt dazu, dass im Sehnerv Myelinscheiden zerstört sind und die Erregung dort langsamer läuft. Die Erregung kommt aber noch an — die Axone sind also nicht durchtrennt.
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Die Aussage stimmt nur teilweise. Gemeinsam ist: Ein Nerv leitet elektrische Signale, und die Myelinscheide isoliert ähnlich wie die Kunststoffhülle eines Kabels. Aber: Die Erregung fließt nicht wie Strom durch einen Draht, sondern wird unterwegs immer wieder neu erzeugt; sie ist mit höchstens etwa 100 m/s viel langsamer. Außerdem besteht ein Nerv aus vielen einzelnen Axonen, die in verschiedene Richtungen leiten können. Der Vergleich ist daher nur ein grobes Bild.