Non-Hormone Signaling and Nerve Transmission

00:01 Es gibt weitere Möglichkeiten, wie Zellen miteinander kommunizieren können, die nicht mit Hormonen zu tun haben und ich möchte ein paar Worte über diese sagen.

00:07 Nun, wir alle kennen natürlich die Nervenübertragung.

00:10 Die Nervenübertragung ist eine Möglichkeit für einen Teil des des Körpers mit einem anderen Teil des Körpers zu kommunizieren.

00:15 Sie haben alle spezialisierte Nervenzellen, die Ionen- Gradienten und Neurotransmitter-Moleküle zur Übertragung von Informationen wie: "Hey Dummkopf, du hast deinen Finger in der Flamme, nimm den Finger aus der Flamme" nutzen.

00:25 Das geht vom Ende meines Fingers in mein Gehirn und geschieht fast augenblicklich.

00:31 Dieser Prozess kann blockiert werden durch Moleküle, die Ionenkanäle blockieren.

00:34 Und diese haben oft einen medizinischen Zweck, z.B. können bei Menschen mit Herzrhythmusstörungen Teile der Ionenkanäle im Herzen durch Proteine, die die Ionenkanäle blockieren, blockiert werden, um den Arrhythmieprozess zu verlangsamen. Eine andere Art von nicht-hormonellen Signalen, die im Körper vorkommen, sind die Prostanoide, oder allgemeiner Prostaglandine genannt. Diese Moleküle werden von Arachidonsäure abgeleitet und zwei davon sind in der Abbildung rechts zu sehen. Sie leiten sich von Arachidonsäure ab, einem 20-Kohlenstoff Molekül und sie üben ihre Wirkung in der Nähe des Ortes, an dem sie freigesetzt werden aus.

01:08 Sie reisen nicht sehr weit, weil sie ziemlich instabil sind.

01:11 Es gibt eine verwandte Gruppe von Prostaglandinmolekülen, die Prostacycline und eine weitere, entfernter verwandte Gruppe von Molekülen, die Thromboxane.

01:19 Und sie alle haben unterschiedliche Auswirkungen.

01:22 Die Synthese aller Prostanoide kann jedoch durch Steroide gehemmt werden.

01:26 Zu diesen Steroiden gehören Hormone wie Prednisolon und nicht-steroidale Antirheumatika wie Aspirin und Ibuprofen.

01:34 Was machen sie jetzt? Nun, die Prostaglandine sind neben anderen Wirkungen, die sie haben, zum Beispiel an der Schmerzreaktionen beteiligt.

01:42 Wenn Sie also an ein Schmerzmittel denken, dann hemmen diese die Produktion von Prostaglandinen.

01:47 Diese Prostaglandine wirken sehr lokal in dem Bereich, in dem sie freigesetzt wurden.

01:53 Wenn Sie also zum Beispiel von einer Biene gestochen werden, entsteht der Stich, den Sie fühlen, durch die Freisetzung von Arachidonsäure an der Einstichstelle.

02:02 Schmerztabletten helfen, die Wirkung der Prostaglandine zu unterdrücken.

02:07 Die Nervenübertragung ist, wie ich schon sagte, ein fast augenblicklich ablaufender Prozess.

02:12 Und ich möchte nur ein paar Minuten damit verbringen, darüber zu sprechen.

02:15 Eine Zelle im Ruhezustand hat eine hohe Konzentration von Natrium außerhalb und eine hohe Konzentration von Kalium im Inneren.

02:23 Dies geschieht durch die Wirkung eines Proteins namens Natrium-Kalium-ATPase.

02:29 Das ist ein Zellmembranprotein, das Natrium heraus und Kalium einfließen lässt, wodurch ein so genannter Ionengradient entsteht.

02:36 Wenn die Nervenzelle stimuliert wird, öffnen sich die Natriumtore der Nervenzelle.

02:42 Nun, wenn man die Tore öffnet, die Fluttore, kommt die Flut herein.

02:45 Und die Flut, die hier hereinkommt, ist Natrium.

02:48 Diese Änderung der Natriumkonzentration von außerhalb der Zelle zum Inneren der Zelle verursacht eine Spannungsänderung.

02:55 Warum ist das so? Nun, Natrium ist geladen.

02:57 Wenn man also den Ladungsunterschied in der Zelle verändert, ist damit eine Spannung verbunden.

03:02 Und wir können diesen Prozess im Diagramm auf der rechten Seite sehen.

03:06 Das Diagramm auf der rechten Seite zeigt, dass am Ende des ersten Punktes, an dem der Stimulus auftritt, ein Spannungsanstieg zu verzeichnen ist und dieser Spannungsanstieg ist das einströmende Natrium Diese Änderung der Spannung wird Aktionspotential genannt.

03:19 Nun, dieses Aktionspotential ist ein Stimulus für alles andere, was in der Nervenzelle passiert.

03:24 Dieses Aktionspotenzial bewirkt, dass die Kaliumtore aufwachen und sagen: "Hey, es kommt zu viel Natrium rein, es kommen zu viele Plusladungen rein.

03:34 Lassen Sie uns einige dieser zusätzlichen Ladungen loswerden".

03:36 Und da Kalium positiv geladen ist, rast es aus der Zelle hinaus.

03:40 Nun, die Spannung fällt, also lassen wir mehr positiv geladene Moleküle heraus.

03:45 Das Aktionspotential, das gestiegen ist, fällt nun ab in dem Prozess, den wir Repolarisation nennen.

03:51 Letztendlich geht das Kalium zu weit und Führt zur Hyperpolarisation, das ist Teil der Erholung.

03:56 Wenn es zur Hyperpolarisation kommt sehen wir, dass zu viel Kalium ausgetreten ist.

03:59 Nun an diesem Punkt schließen sich die Tore.

04:01 Und dann übernimmt die Natrium-Kalium-ATPase und stellt die Gradienten wieder her.

04:06 Aber warum ist das wichtig? Nun, wir haben den Prozess an einem Ende einer Nervenzelle begonnen, und er breitet sich den ganzen Weg entlang der Nervenzelle aus, immer und immer wieder, bis er das Ende der Nervenzelle erreicht, wo ein Neurotransmitter das gleiche Signal von dieser ersten Nervenzelle an eine zweite weiterleitet.

04:25 Letztendlich führt dieser Weg zum Gehirn.

04:27 Das Bemerkenswerte daran ist, dass dies in der Größenordnung von weniger als einer Sekunde geschieht.

04:32 Das ist ein ziemlich phänomenaler Prozess.

04:34 Nachdem eine Nervenzelle die Refraktärzeit durchlaufen hat ist sie wieder zur Übertragung bereit.

04:40 In dieser Abbildung können wir nun schematisch sehen, was bei diesem Prozess passiert.

04:46 Wir sehen links unten, dass eine Nervenzelle einen Reiz erhalten hat.

04:50 Und wenn dieser Stimulus auftritt, werden Tore geöffnet, die die Bewegung von rot dargestellten Natriumionen in die Nervenzelle ermöglichen.

04:59 Wir sehen, dass das tatsächlich in der Sekunde des Überschaltens passiert.

05:03 Wir sehen, dass sich die Natriumtore geöffnet haben und wir sehen, wie die Natriumionen einströmen.

05:07 Wir sehen auch die Bewegung von Kalium-Ionen nach außen, weil Kalium diesem Effekt entgegenwirkt.

05:14 Nun, das Ergebnis dieser Kombination ist, dass wo dass wo wir mit einem Gefälle begonnen haben: Mehr Natrium draußen und mehr Kalium innen. Wir haben jetzt eine ziemlich gleichmäßige Mischung der beiden. Wenn wir diesen Gradienten nehmen, fangen diese Ionen tatsächlich an, sich durch die Nervenzelle zu bewegen. Und sie bewegen sich durch die Nervenzelle und wir können und wir können diesen Prozess im dritten Schritt tatsächlich sehen.

05:34 Wir sind jetzt in der Mitte der Nervenzelle und sehen eine gleichmäßigere Mischung aus grünen und blauen Punkten, den Kalium- und Natriumionen.

05:41 Dieses Potential hat sich vom einen Ende der Nervenzelle bis zum anderen Ende der Nervenzelle bewegt.

05:46 Und wenn es am Ende dieser Nervenzelle ankommt, wird ein Neurotransmitter freigesetzt, der nun die erste Zelle verlässt, zur zweiten Zelle geht und den ganzen Prozess von vorne beginnt.

05:57 Dieser sequentielle Prozess, bei dem Ionen in die Nervenzelle eindringen und sich durch sie hindurchbewegen, ist also die Art und Weise, wie Nervensignale durch unseren Körper fließen.

06:05 Ziemlich erstaunlich.