AbituraufgabenDie neuromuskuläre Synapse

Bis zu einer Reizstärke von 2 zeigt der Muskel keine Kraft; die Reize sind für alle Axone unterschwellig. Ab der Reizstärke 2 steigt die Kraft nicht gleichmäßig, sondern in Stufen: 12 %, 27 %, 41 %, 58 %, 72 %, 88 % und schließlich 100 % bei einer Reizstärke von etwa 7,3. Zwischen den Sprüngen bleibt die Kraft trotz steigender Reizstärke gleich. Oberhalb von 7,3 ändert eine weitere Erhöhung der Reizstärke nichts mehr, die Kraft bleibt bei 100 %.

Augenmuskel: 22 000 : 2 970 ≈ 7 Fasern je Einheit; Fingermuskel (M. lumbricalis): 10 300 : 96 ≈ 107; Schienbeinmuskel: 250 000 : 445 ≈ 560; Wadenmuskel: 1 120 000 : 580 ≈ 1 930. Je weniger Fasern eine motorische Einheit hat, desto kleiner ist der Kraftzuwachs, wenn eine weitere Einheit aktiv wird — die Kraft lässt sich sehr fein abstufen. Das passt zum Augenmuskel, der das Auge exakt ausrichten muss („sehr fein abstufbar“), mit Abstrichen auch zum Fingermuskel. Der Wadenmuskel mit sehr großen Einheiten wird beim Stehen, Gehen und Springen gebraucht; jede zusätzlich aktive Einheit liefert viel Kraft („grob, aber kräftig“).

Der Nerv enthält Axone mehrerer Motoneurone, die unterschiedliche Schwellen besitzen. Bei geringer Reizstärke wird kein Axon überschwellig erregt. Mit steigender Reizstärke erreicht zuerst das Axon mit der niedrigsten Schwelle den Schwellenwert und bildet ein AP; alle Fasern seiner motorischen Einheit zucken — die erste Stufe. Jede weitere Stufe entsteht, wenn ein weiteres Axon überschwellig wird und eine weitere motorische Einheit hinzukommt. Zwischen zwei Schwellen ändert sich nichts, weil die bereits erregten Axone nach dem Alles-oder-Nichts-Prinzip antworten. Sind alle Axone erregt, sind alle motorischen Einheiten aktiv, und die Kraft steigt nicht weiter.

Ein überschwelliger Reiz löst im Axon ein AP aus, dessen Höhe nach dem Alles-oder-Nichts-Prinzip nicht von der Reizstärke abhängt. Jedes AP setzt an der Endplatte etwa dieselbe ACh-Menge frei, das EPP ist daher unabhängig von der Reizstärke gleich groß. Außerdem ist das EPP an einer gesunden Endplatte stets überschwellig und löst ein Muskel-AP aus, das ebenfalls immer gleich groß ist. Die Muskelfaser zuckt deshalb nach jedem AP vollständig. Eine stärkere Zuckung einer einzelnen Faser durch ein größeres EPP ist somit nicht möglich; die Stufen können nur durch das Hinzukommen weiterer motorischer Einheiten entstehen.

Bei der gesunden Person ist das EPP beim ersten Reiz 42 mV hoch; es sinkt bis zum dritten Reiz auf 34 mV und bleibt dann bei 33 mV. Es liegt stets deutlich über der nötigen Depolarisation von 25 mV. Bei der Person mit Myasthenia gravis beginnt das EPP schon niedriger bei 30 mV und sinkt ebenfalls, auf 26, 24 und schließlich 23 mV. Ab dem dritten Reiz liegt es unter der nötigen Depolarisation. Der Sicherheitsfaktor beträgt bei der gesunden Person anfangs etwa 1,7, bei der erkrankten nur etwa 1,2.

Bei rasch aufeinanderfolgenden Impulsen stehen an der Membran der Axonendigung nicht sofort wieder gleich viele entleerbare Vesikel bereit; jeder Impuls setzt deshalb zunächst etwas weniger ACh frei, bis sich ein Gleichgewicht aus Verbrauch und Nachschub einstellt. Weniger ACh öffnet weniger Rezeptoren, das EPP wird kleiner. Bei Myasthenia gravis ist die ACh-Menge je Impuls zwar normal, doch Antikörper haben einen großen Teil der ACh-Rezeptoren beseitigt bzw. blockiert, und die abgeflachten Einfaltungen bieten weniger Membranfläche. Dieselbe ACh-Menge öffnet deshalb viel weniger Kanäle, es strömt weniger Na⁺ ein, und das EPP ist schon beim ersten Reiz kleiner. Der Sicherheitsfaktor ist so gering, dass schon die normale Abnahme während der Reizserie das EPP unter die nötige Depolarisation drückt.

Das Summenaktionspotenzial hängt davon ab, wie viele Muskelfasern ein AP bilden, denn jede Faser antwortet nach dem Alles-oder-Nichts-Prinzip mit einem gleich großen AP. Bei der gesunden Person bleibt es nahezu gleich: Alle Fasern werden bei jedem Reiz erregt, weil ihre EPP überschwellig bleiben. Bei Myasthenia gravis sinkt es auf 79 %: Bei etwa einem Fünftel der Fasern wird das EPP im Laufe der Serie unterschwellig, diese Fasern fallen aus. Weil die EPP der einzelnen Fasern unterschiedlich groß sind, fallen die Fasern nicht gleichzeitig aus, das Summenaktionspotenzial sinkt schrittweise. Das erklärt die Beschwerden: Bei wiederholter Belastung werden immer mehr Fasern nicht mehr erregt, der Muskel wird schwächer; die Lidheber-Muskeln ermüden über den Tag, die Augenlider hängen.

Wird die Acetylcholinesterase gehemmt, wird ACh langsamer gespalten, bleibt länger im Spalt und kann mehrfach an die verbliebenen Rezeptoren binden. Das EPP wird größer und länger, bei vielen Fasern wieder überschwellig; die Muskelschwäche nimmt ab. Der Vorschlag ist daher sinnvoll, um die Beschwerden zu lindern. Wichtig ist, dass die Hemmung leicht und vorübergehend (reversibel) ist: Eine zu starke Hemmung würde ACh im Spalt anhäufen, die Endplatte dauerhaft depolarisieren und zu Muskelzucken und schließlich Lähmung führen; auch andere cholinerge Synapsen im Körper wären betroffen. Die Dosis muss also genau eingestellt werden. Einschränkend ist zu sagen, dass die Ursache — die Bildung von Antikörpern gegen die Rezeptoren — nicht behandelt wird; es handelt sich um eine Behandlung der Symptome, die mit weiteren Maßnahmen gegen die Immunreaktion kombiniert werden sollte.