Wie erhöhen die Ranvier-Schnürringe die Leitungsgeschwindigkeit?

Weiterleitung eines elektrischen Reizes am Axon

1. Bei einem Aktionspotential kommt es zum Einströmen von Na⁺-Ionen und einer erst einmal in Relation zum Zellaußenraum positiven Ladung an dieser Stelle
2. Um den Punkt, an welchem das Aktionspotential ausgelöst wurde herum befindet sich das Axon im Ruhezustand (negativ geladen)
3. Es kommt zu einem seitlichen Stromfluss, dem lokalen Strömchen
4. Hierdurch werden nach und nach immer mehr Aktionspotentiale ausgelöst (sobald der Schwellenwert an einer Stelle überschritten wird) und der Reiz wird weitergeleitet

Hierbei breitet sich das Aktionspotential bei Nervenzellen vom Axonhügel in Richtung des synaptischen Spalts aus. Durch die Refraktärzeit verläuft der Reiz nicht gegenläufig, sondern in eine Richtung.

Einfluss auf die Geschwindigkeit der Übertragung

Eine höhere Leitungsgeschwindigkeit bedeutet einen Selektionsvorteil. Es gilt:

• Je dünner das Axon, desto höher der Innenwiderstand → geringere Ausbreitung eines Aktionspotentials → verminderte Übertragungsgeschwindigkeit
• Großer Durchmesser → geringerer Innenwiderstand → schnellere Depolarisation in größeren Abständen → höhere Übertragungsgeschwindigkeit
  • Problem: viel Raum nötig

Eine schnelle und dennoch raumsparende Weiterleitung geling durch die Myelinscheide und die Ranvier-Schnürringe. Das Axon ist von elektrisch isolierender Myelinscheide umgeben, welche alle 0,2 bis 2 Millimeter von Ranvier-Schürringen unterbrochen ist.

Vorteile der Myelinscheide

• Durch Isolierung weniger Außeneinwirkungen (der Außenraum ist geladen) → erhöhte Reichweite der lokalen Strömchen

Nur an den freiliegenden Stellen bei den Schnürringen befinden sich spannungsgesteuerte Natriumionenkanäle, hier werden Aktionspotentiale ausgelöst. Hierdurch springt das Aktionspotential von Schnürring zu Schnürring. Dies nennt sich saltatorische Erregungsleitung und bietet folgende Vorteile:

• Erheblich höhere Geschwindigkeit als bei der kontinuierlichen Weiterleitung bei nicht myelinisierten Fasern
• Es braucht insgesamt weniger Ionenpumpen, sodass weniger Energie gebraucht wird

Bei der Multiple Sklerose wird beispielsweise die Myelinscheide abgebaut.