Die Nervenzelle und das Alles-oder-Nichts-Prinzip leicht erklärt
Eine Nervenzelle (auch Neuron genannt) ist darauf spezialisiert, elektrische Signale weiterzuleiten - zum Beispiel den Befehl vom Gehirn an einen Muskel, sich anzuspannen. Damit das funktioniert, hat sie eine ganz bestimmte Form.
Der elektrische Impuls läuft von den Dendriten über den Zellkörper und das Axon bis zu den Endknöpfchen - dort wird das Signal an den Muskel (oder die nächste Nervenzelle) weitergegeben.
💬 Mia fragt Opa Theo
Wie schickt ein Nerv eigentlich den Befehl "Muskel anspannen" vom Gehirn bis zum Muskel?
Als winziger elektrischer Stromstoß, das Aktionspotenzial genannt wird. Er entsteht im Zellkörper, rast über das Axon bis zu den Endknöpfchen und springt dort auf den Muskel über.
Kann der Nerv auch nur ein kleines bisschen feuern, wenn der Reiz schwach ist?
Nein, genau das ist das Alles-oder-Nichts-Prinzip. Erst wenn ein Reiz einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, öffnen sich schlagartig viele Kanäle in der Zellmembran, und es entsteht ein volles Aktionspotenzial - immer gleich groß. Bleibt der Reiz unter der Schwelle, passiert gar nichts.
Aber wie kann ich dann unterschiedlich fest zudrücken, wenn jeder Impuls doch gleich groß ist?
Über die Frequenz statt über die Größe: Ein starker Reiz löst nicht einen größeren, sondern mehr Impulse pro Sekunde aus. Und im Muskel werden dann zusätzlich mehr einzelne Muskelfasern gleichzeitig aktiviert - so entsteht insgesamt mehr Kraft, obwohl jeder einzelne Impuls und jede einzelne Faser für sich weiter dem Alles-oder-Nichts-Prinzip folgt.
Die Myelinscheide isoliert das Axon wie die Plastikhülle ein Stromkabel. Das Signal springt dadurch von Schnürring zu Schnürring, statt sich Stück für Stück fortzubewegen. Dadurch schaffen manche Nervenzellen bis zu 120 Meter pro Sekunde - schneller als ein Formel-1-Auto. Nervenzellen ohne Myelinscheide kommen dagegen nur auf etwa 1 Meter pro Sekunde, kaum schneller als Schritttempo.
Das Alles-oder-Nichts-Prinzip gilt für einzelne Nervenzellen und einzelne Muskelfasern - erst durch die Frequenz der Impulse und die Anzahl der gleichzeitig aktivierten Fasern entsteht die abgestufte Kraft, die wir im Alltag spüren.
Dendriten — nehmen Signale von anderen Zellen auf.
Soma — der Zellkörper, hier werden Signale verrechnet.
Axon — leitet das Signal weiter, beim Menschen bis zu einem Meter lang.
Myelinscheide — Isolierschicht, die das Axon abschnittsweise umhüllt.
Ranvier-Schnürring — Lücke in der Isolierung; das Signal springt von Ring zu Ring.
Synapse — die Kontaktstelle zur nächsten Zelle, überbrückt durch Botenstoffe.
Aktionspotential — der elektrische Impuls, immer gleich stark.
Alles oder nichts
Ein Aktionspotential ist entweder da oder nicht — es gibt keine halben Impulse. Die Stärke eines Reizes wird deshalb nicht über die Höhe des Signals codiert, sondern über die Frequenz: Ein leichter Druck löst wenige Impulse pro Sekunde aus, ein starker viele.
| Fasertyp | Geschwindigkeit | wofür |
|---|---|---|
| dick, myelinisiert | bis 120 m/s | Muskelsteuerung, schneller Schmerz |
| dünn, myelinisiert | 5–30 m/s | Berührung, Temperatur |
| ohne Myelin | 0,5–2 m/s | dumpfer Schmerz, innere Organe |
Der Unterschied erklärt eine Alltagserfahrung: Nach einem Stoß gegen den Zeh kommt zuerst der scharfe, dann Sekunden später der dumpfe Schmerz. Es sind zwei verschiedene Fasertypen mit sehr verschiedenem Tempo.
„Starke Reize erzeugen stärkere Impulse." Die Impulse sind immer gleich groß, nur häufiger.
Nerven leiten wie Kabel Strom. Es wandert kein Elektronenstrom, sondern eine Ladungsumkehr der Membran.
Myelin als Beschleuniger des Stroms. Es isoliert; das Signal springt zwischen den Schnürringen, das spart Zeit und Energie.
Synapse als direkte Verbindung. Zwischen den Zellen liegt ein Spalt, überbrückt durch Botenstoffe.
Bei Multipler Sklerose baut das Immunsystem die Myelinscheiden ab. Erkläre, welche Symptome daraus folgen und warum.
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Ohne Myelin kann das Signal nicht mehr von Schnürring zu Schnürring springen. Es
muss stattdessen kontinuierlich entlang der Membran weitergegeben werden — das ist
deutlich langsamer, energieaufwendiger und störanfällig. Teilweise erlischt der
Impuls ganz.
Daraus folgen verlangsamte oder ausfallende Reizleitungen: Sehstörungen, wenn der
Sehnerv betroffen ist, Taubheitsgefühle und Kribbeln bei sensiblen Fasern,
Muskelschwäche und Koordinationsstörungen bei motorischen Bahnen. Weil die
Entzündungsherde an unterschiedlichen Stellen des Nervensystems auftreten, ist das
Beschwerdebild von Person zu Person sehr verschieden — daher der Name „multiple".