Kreisströme verfolgen, Leitungszeiten berechnen, Refraktärzeit und Axonlänge verknüpfen — und klären, was geschieht, wenn man ein Axon in der Mitte reizt.
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Übungsaufgaben
Zehn Übungen zum Klicken, Zuordnen, Rechnen und Knobeln — von AFB I bis AFB III, mit einer Mix-Aufgabe aus früheren Unterkapiteln und einer Trickaufgabe. Jede Übung gibt sofort Rückmeldung; bei Schwierigkeiten helfen die gestuften Tipps.
A1
Schnell geprüft
AFB I
Geben Sie an, ob die Aussagen zur Erregungsleitung zutreffen.
5 Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann starten Sie die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Aussage 1 von 5
Das AP wird nicht „weitergeschoben“, sondern immer wieder neu erzeugt; deshalb bleibt es gleich groß. Die Myelinscheide isoliert, die Schnürringe sind die Lücken dazwischen.
Denken Sie an die Alles-oder-nichts-Regel aus 6.1.3.
Zwei der fünf Aussagen sind falsch.
A2
Kontinuierlich, saltatorisch oder beides?
AFB I
Ordnen Sie jedes Merkmal der passenden Form der Erregungsleitung zu.
Ordnen Sie jedes Merkmal einem der drei Bereiche zu. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, dann 1–3 für den Bereich, 0 zurück.
1 nur kontinuierlich
2 beide
3 nur saltatorisch
Das Grundprinzip — Kreisströme, Schwellenwert, neues AP, Refraktärzeit — gilt für beide Formen. Verschieden ist, wo die APs entstehen: überall (marklos) oder nur an den Schnürringen (myelinisiert).
Überlegen Sie, was die Myelinscheide am Grundprinzip ändert — und was nicht.
Je drei Karten gehören in die äußeren Bereiche, zwei in die Mitte.
A3
Von Ring zu Ring
AFB I
Beschreiben Sie die saltatorische Erregungsleitung, indem Sie den Lückentext ergänzen. Zwei Wörter bleiben übrig.
Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.
Bei der saltatorischen Erregungsleitung isoliert die das Axon. Nur an den hat die Membran Kontakt zur Außenlösung, und nur dort liegen viele spannungsgesteuerte -Kanäle. Die fließen unter der Myelinscheide bis zum nächsten Schnürring und depolarisieren ihn über den . Dort entsteht ein neues .
Die Myelinscheide verhindert, dass die Ausgleichsströme unterwegs über die Membran abfließen. So reicht die Depolarisation bis zum nächsten Schnürring, wo die Na⁺-Kanäle ein neues AP erzeugen.
Beginnen Sie mit der Struktur, die das Axon umhüllt.
Ca²⁺ spielt erst an der Synapse eine Rolle.
A4
Von Stelle A zu Stelle B
AFB II
An einem marklosen Axon läuft an Stelle A gerade ein AP ab; die Nachbarstelle B ist noch unerregt. Erklären Sie Schritt für Schritt, wie die Erregung von A nach B gelangt.
Spielen Sie den Weg Schritt für Schritt durch: Was ist jetzt richtig? Nur die richtige Karte bringt Sie weiter.
Die Erregung breitet sich über Ausgleichsströme aus, das neue AP entsteht durch Na⁺-Kanäle am Schwellenwert, und die Refraktärzeit der gerade erregten Stelle verhindert den Rücklauf.
Erinnern Sie sich an die Ladungsverteilung beim AP aus 6.1.3.
Ausgleichsströme fließen immer von der erregten zur unerregten Stelle — in beide Richtungen.
A5
Vom Rückenmark zum Huf
AFB II
Bei einer Giraffe liegen zwischen Rückenmark und Beinmuskel rund 3,0 m Nervenfaser. Berechnen Sie die Leitungszeiten (Modellwerte).
Rechnen Sie die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
Zeit bei einem myelinisierten Axon mit 60 m/s:ms
Zeit bei einem marklosen Axon mit 1,5 m/s:ms
Um welchen Faktor ist das marklose Axon langsamer?
Weg durch Geschwindigkeit: 3 m : 60 m/s = 0,05 s = 50 ms; 3 m : 1,5 m/s = 2 s = 2000 ms; 2000 : 50 = 40. Mit marklosen Axonen könnte ein großes Tier kaum rechtzeitig auf einen Stolperer reagieren.
Rechnen Sie in Metern und Sekunden, dann in Millisekunden um.
Der Faktor ergibt sich auch direkt aus den Geschwindigkeiten: 60 : 1,5.
A6
Was die Leitung beeinflusst
AFB II
Ordnen Sie jede Veränderung danach ein, wie sie sich auf die Leitungsgeschwindigkeit eines Axons auswirkt.
Setzen Sie in jeder Zeile das passende Kreuz — hier ist es genau eins pro Zeile. Enter setzt und löscht.
Veränderung
erhöht
verringert
ändert nicht
größerer Axondurchmesser
Umhüllung mit einer Myelinscheide
Abbau der Myelinscheide (Entmarkung)
Abkühlung des Nervs, z. B. mit Eisspray
stärkerer Reiz am Axonhügel
längeres Axon
Durchmesser und Myelinscheide erhöhen die Geschwindigkeit, Entmarkung und Kälte (Kanäle öffnen langsamer) verringern sie. Ein stärkerer Reiz löst nur überhaupt ein AP aus, und ein längeres Axon verlängert die Leitungszeit, nicht die Geschwindigkeit.
Unterscheiden Sie Leitungsgeschwindigkeit und Leitungszeit.
Zwei Veränderungen haben keinen Einfluss auf die Geschwindigkeit.
A7
Refraktärzeit trifft Leitung
MixAFB II
Ein myelinisiertes Axon leitet mit 30 m/s; seine absolute Refraktärzeit beträgt 2 ms (Modellwert). Bestimmen Sie die gesuchten Größen.
Füllen Sie alle Felder aus und prüfen Sie dann. Enter in einem Feld prüft ebenfalls. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
Gesucht
Wert
höchstmögliche AP-Frequenz in Hz (APs je Sekunde)
Abstand zweier direkt aufeinanderfolgender APs auf dem Axon in mm
Anzahl der APs, die dann gleichzeitig auf einem 1,2 m langen Axon unterwegs sind
Frühestens alle 2 ms kann ein neues AP entstehen: 1 s : 2 ms = 500 Hz. In 2 ms legt die Erregung 30 mm/ms · 2 ms = 60 mm zurück. Auf 1200 mm passen 1200 : 60 = 20 APs.
Die absolute Refraktärzeit kennen Sie aus 6.1.3: Wie oft kann eine Stelle höchstens feuern?
30 m/s sind 30 mm je Millisekunde.
A8
Trickaufgabe: Reiz in der Mitte
TrickAFB III
Im Labor wird ein isoliertes Axon nicht am Axonhügel, sondern genau in der Mitte elektrisch gereizt. Legen Sie sich bei jeder Frage auf die zutreffende Antwort fest.
Wählen Sie in jedem Menü den passenden Eintrag. Alle Felder müssen stimmen.
Frage
Antwort
In welche Richtung läuft die Erregung von der Reizstelle aus?
Warum läuft sie im Körper trotzdem nur in eine Richtung?
Zwei Reize laufen von beiden Enden aufeinander zu. Was passiert beim Zusammentreffen?
Die Falle: Die Richtung ist keine Eigenschaft des Axons. Jede Stelle kann in beide Richtungen weiterleiten; nur die refraktäre Membran hinter dem AP verhindert den Rücklauf. Im Körper beginnt die Erregung am Axonhügel, deshalb läuft sie nur zum Endknöpfchen.
Vor und hinter der Mitte liegt zunächst unerregte Membran.
Wo beide Erregungen zusammenstoßen, finden sie nur noch refraktäre Membran vor.
A9
Ein Referat über Multiple Sklerose
AFB III
Ein Schüler hat für ein Referat Notizen zur Multiplen Sklerose geschrieben. Überprüfen Sie seine Aussagen.
In diesem Text stecken Fehler. Klicken Sie genau die falschen Zeilen an — die richtigen müssen stehen bleiben.
Drei Fehler: Entmarkung schwächt die Depolarisation am nächsten Schnürring, statt stärkere APs zu erzeugen; mehr Ionenströme bedeuten mehr, nicht weniger Pumparbeit; und die Symptome gehen auf die gestörte Leitung zurück.
Prüfen Sie jede Aussage: Was bewirkt die fehlende Isolation für die Ausgleichsströme?
Drei Aussagen sind falsch.
A10
Was taugt das Dominomodell?
AFB III
Eine Reihe umfallender Dominosteine soll die Erregungsleitung veranschaulichen. Beurteilen Sie das Modell, indem Sie jede Aussage einordnen.
Ziehen Sie jede Karte in den passenden Korb — oder wählen Sie sie mit Enter aus und drücken Sie dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1Möglichkeit des Modells
2Grenze des Modells
Das Modell bildet Schwellenwert, Alles-oder-nichts, Weiterleitung ohne Abschwächung und die feste Richtung ab. Es versagt bei der Wiederherstellung der Erregbarkeit, bei den Ionenströmen als Ursache und beim Energieumsatz.
Vergleichen Sie Eigenschaft für Eigenschaft: Stein ↔ Membranstelle.
