ischiadicus des Frosches - Neurologische Regulierung humaner Lebensprozesse

Das kleine Diagramm unten links in Abbildung 10 zeigt die Versuchsanordnung. Die orange Linie stellt den Froschnerv (N. ischiadicus) und die drei senkrechten Linienpaare Platinelektroden dar. Das erste Paar dient zur Reizung und die anderen zwei Paare zur Ableitung der Summenaktionspotentiale. Nach Gabe des Rechteckreizes wird in einem Teil der Fasern (je nachdem wie stark der Reiz war) ein Aktionspotential

wir nach geeigneter Verstärkung und Filterung auf einem Mehrkanal-Speicheroszilloskop darstellen können.

Die roten und blauen Kurven stellen jeweils die von dem ersten und zweiten Ableitelektrodenpaar gewonnenen Signale dar. Die untere, schwarze Kurve zeigt den zeitlichen Verlauf des Reizstroms, wobei das Aktionspotential gleichzeitig mit der steigenden Flanke entsteht. Weil die Ausbreitung eine gewisse Zeit braucht, entsteht eine Verspätung zwischen den Gipfeln der abgeleiteten Summenaktionspotentiale, die man auf dem Oszilloskopschirm genau ablesen kann. Die Nervenleitungsgeschwindigkeit kann dann aus der Entfernung der Ableitelektrodenpaare dividiert durch den Zeitunterschied der beiden Gipfel berechnet werden.

Abbildung 11 zeigt die Messung der Nervenleitungsgeschwindigkeit in einer klinischen Situation. Die Elektroden werden an verschiedenen Punkten der Haut, unmittelbar über den N. medianus entlang seinem anatomischen Verlauf angebracht. Eine ähnliche Untersuchung lässt sich auch an der unteren Extremität durchführen. Um den Widerstand zwischen den Elektroden und der Haut zu minimieren, ist es noch wichtig ein elektrisch leitendes Gel oder eine Paste zu verwenden. Um sensorische Fasern zu aktivieren bringt man die Reizelektrode am distalen Ende des Nervs (L1) und die Ableitelektroden weiter proximal (L2-L4) an. Die Leitungsgeschwindigkeit wird hier ähnlich wie oben als der Quotient der Entfernung der Elektroden und der zeitlichen Unterschied der am Oszilloskopschirm beobachteten Erregungsgipfel berechnet. Bei gesunden Personen ergeben sich Werte im Bereich von 40-60 m/s. Motorische Fasern können durch orthodrome Aktivierung untersucht werden indem man die Stimulationselektroden auf die Position S4 und die Ableitelektroden auf Positionen S1-S3 anbringt. Motorische Fasern können leicht höhere Leitungsgeschwindigkeiten von 50-75 m/s aufweisen.

Abbildung 1.53. Abbildung 11.: Klinische Messung der Nervenleitungsgeschwindigkeit

Tabelle 1.9. Tabelle 2.: Nervenfasertypen

(m/s)

alpha A (alpha) 8-18 55-110 dick alpha-Motoneuron

gamma A (gamma) 2-7 15-50 mittlere

Dicke

Gamma-Efferenz

sensorisch

Ia A (alpha) 13-20 80-120 dick Muskelspindel

Ib A (alpha) 10-20 60-120 dick Sehnenorgan

II A (beta) 6-12 35-75 mittlere

Dicke

sekundäre Muskelspindelafferenz

III A (delta) 1-5 5-30 dünn freie Nervenendigungen;

Berührung, Druck, Nozizeption, Kälterezeptoren

IV C 0.2-1.5 0.2-0.5 keine Thermo-, Mechano-, Nozizeptoren

Hautafferenzen

A A (alpha) 5-22 5-120 dick Propriozeptoren

B A (beta) 1-3 3-15 mittlere

Dicke

Hautmechanorezeptoren

C A (delta) 0.3-1.3 0.7-2.3 dünn schneller (primärer) Schmerz

D C 0.4-1.2 0.2-0.5 keine langsamer (sekundärer) Schmerz

Vegetative Fasern

B B <3 3-15 dünn präganglionäre Fasern

C C 0.2-1.5 0.2-0.5 keine postganglionäre Fasern

Die Leitungsgeschwindigkeit der Nervenfasern wird von zahlreichen Faktoren beeinflusst. Im Folgenden geben wir eine Übersicht der wichtigsten Aspekte der Erregungsausbreitung in myelinisierten und marklosen Fasern.

5.5.3. 5.3. Marklose Axone

Die Ausbreitung des Aktionspotentials wurde zuerst an marklosen Axonen von Invertebraten untersucht, obwohl solche auch in Wirbeltieren einschließlich des Menschen sowohl im peripheren als auch im zentralen Nervensystem vorkommen. Die Ausbreitung des Aktionspotentials wird am besten anhand der Abbildung 1 erklärt. Nehmen wir diesmal an, dass ein Axonsegment in der Mitte des Axons durch einen Rechteckimpuls erregt wird. Der Reizstrom erhöht das Membranpotential im stimulierten Segment, dieses breitet sich in Axialrichtung aus und erhöht somit das Membranpotential der benachbarten Segmente (Abbildung 2). Wir sollten uns daran erinnern, dass die Axonmembran zahlreiche spannungsgesteuerte Ionenkanäle enthält. Die Aktivierung der Natrium Ionenkanäle in den gereizten oder benachbarten Segmenten führt zu zusätzlichem, depolarisierend wirkendem Membranstrom durch die Natriumkanäle, der schließlich zum Aktionspotential führt. Dieser verstärkter Natriumstrom breitet sich in beiden Richtungen passiv aus, erhöht lokal das Membranpotential, aktiviert weitere Natriumkanäle und löst dort das Aktionspotential aus, und so weiter. Den genauen Verlauf der Ausbreitung kann man auf der Animation der Abbildung 12 beobachten.

Abbildung 1.54. Animation 5. (Abbildung 12.): Ausbreitung des Aktionspotentials in

einem marklosen Axon. Unten: Versuchsanordnung. Mitte: Membranpotential als

Funktion der Entfernung entlang des Axons. Jedes Einzelbild der Animation entspricht

einem Zeitintervall von 0.5 ms. Oben: ähnlich wie die mittlere Darstellung außer dass

hier das Membranpotential durch Farbe kodiert ist

Unter physiologischen Umständen breitet sich das Aktionspotential in einer Nervenzelle nur in eine Richtung aus, und zwar meistens von der Eingangsregion zur Ausgangsregion der Zelle. Die Aktivierung der Natriumkanäle führt zu Membranpotentialerhöhung, die die Kaliumkanäle aktiviert, und die Natriumkanäle inaktiviert. Weil diese Bereiche des Axons erst in die Refraktärphase übergehen, können sie vorübergehend keine weitere Erregung bilden. Es ist also wegen der Refraktärität, dass die hinter der “Spannungsfront”

liegende Axonmembran nicht, sondern nur der vor der Front liegende Abschnitt die Antwort weiterleiten kann.

Die wichtigsten Faktoren, die die Weiterleitungsgeschwindigkeit beeinflussen sind: 1) Dichte der spannungsgesteuerten schnellen Natriumkanäle, 2) passive elektrische Eigenschaften der Membran (Membrankapazität, Membranwiderstand, intrazellulärer Widerstand), 3) Temperatur. Die Dichte der Natriumkanäle bestimmt offensichtlich den maximalen Natriumstrom, und somit die Anstiegssteilheit des Membranpotentials. Wenn das Membranpotential schneller steigt, wird auch das benachbarte Segment früher das Schwellenpotential erreichen. Die Membrankapazität dagegen ist wichtig, weil sie die Rate der Spannungserhöhung verlangsamt. Zur Aufladung einer höheren Kapazität bis zur Schwellenpotential werden mehr Ladungen benötigt. Je mehr Ladungen dieser Vorgang benötigt, desto weniger ist er energetisch effizient, weil die Wiederherstellung des Ionengleichgewichts nachher umso mehr ATP verbraucht. Deshalb ist eine niedrige Membrankapazität für die Zelle energetisch viel günstiger, außerdem ermöglicht sie eine schnellere Aktionspotentialausbreitung. Die Weiterleitungsgeschwindigkeit steigt auch mit dem Axondurchmesser, weil dadurch der intrazelluläre Widerstand abnimmt. Die Leitungsgeschwindigkeit ist zum Quadratwurzel des Durchmessers proportional. Eine größere Raumkonstante, die selbst vom Membranwiderstand und dem intrazellulären Widerstand abhängig ist (Abbildung 1), erlaubt eine weitere passive Ausbreitung der Depolarisation. Diese bewirkt die Aktivierung von weiter entfernten Natriumkanälen, und somit eine schnellere Erregungsausbreitung.

5.5.4. 5.4. Markhaltige Axone

Markhaltige Fasern werden von einer zusätzlichen, elektrisch isolierenden lipidhaltigen Schicht umhüllt, die man Myelinscheide nennt. Diese wird in der Peripherie von Schwann-Zellen, im ZNS von Oligodendrozyten gebildet. Die Myelinscheide ist in periodischen Abständen unterbrochen. Die Verdickung des Axons bei diesen Unterbrechungen ist der Ranvier`sche Schnürring, wo die Axonmembran mit dem Extrazellulärmilieu unmittelbar in Berührung kommt. In den mit Myelin bedeckten Internodien sind sie dagegen von der Extrazellulärumgebung gut isoliert. Der Abstand der Internodien liegt im Bereich von 0.1-1.5 mm. Die Dichte der Natriumkanäle in der Axonmembran der Schnürringe ist mit ca. 10³-10⁴ /microm^2 extrem hoch, aber dieselben Kanäle fehlen praktisch komplett in den Internodien. Die höchste Dichte findet man perinodal, direkt neben dem Ranvier`sche Schnürring unter dem Myelin (Abschnitt 1.4.1, Abbildung 1) Wegen dieser Verteilung der Ionenkanäle ist die Aktionspotentialbildung auf die Ranvier`sche Schnürringe begrenzt. In den Internodien breitet sich das elektrische Signal des Neurons passiv aus, weil dort die Natriumkanäle fehlen (Abbildung 2).

anderen Worten eine Ausbreitung über relativ große Distanzen ohne deutlichen Amplitudenverlust. Das in einem Ranvier'schen Schnürring gebildete Aktionspotential kann somit bis zu 2-3 Schnürringen weiter noch Aktionspotential generieren. Die Ausbreitung des Aktionspotentials in einem markhaltigen Axon können wir auf der Animation der Abbildung 13 beobachten.

Abbildung 1.55. Animation 6. (Abbildung 13.): Ausbreitung des Aktionspotentials in einem markhaltigen Axon . Unten: Versuchsanordnung. Mitte: Membranpotential als Funktion der Entfernung entlang des Axons. Jedes Einzelbild der Animation entspricht einem Zeitintervall von 0.5 ms. Oben: ähnlich wie die mittlere Darstellung außer dass hier das Membranpotential durch Farbe kodiert ist

In vielen Lehrbüchern wird die Aktionspotentialausbreitung in markhaltigen Fasern als "saltatorisch"

bezeichnet, ein Ausdruck der aus dem lateinischen “saltare” (springen) stammt. Die Animation der Abbildung 13 veranschaulicht gut die saltatorische Fortleitung. In den Internodien ist die Fortleitung nämlich sichtbar schneller, als in den Ranvier'schen Schnürringen. Die Amplitude verringert sich zwar während des Verlaufs in den Internodien, aber sie springt wieder auf die volle Höhe des Aktionspotentials in den Schnürringen. Die Fortbewegung der Depolarisation ist mit einem "Voranspringen" in der Tat anschaulich beschrieben. Insgesamt ist also die Weiterleitungsgeschwindigkeit schneller in markhaltigen als in marklosen Fasern.

Die Erregungsweiterleitung ist nicht nur schneller sondern auch effizienter in myelinisierten im Vergleich zu marklosen Axonen. Wegen des durch die Myelinscheide gesicherten hohen Membranwiderstandes fließen nennenswerte Ionenströme nur durch die Membran der Schnürringe. Weil weniger Ionen über die Membran ausgetauscht werden, verbraucht die Wiederherstellung der Ionenhomöostase letztendlich auch weniger Energie.

5.5.5. 5.5. Demyelinisierte Axone

Demyelinisierung bedeutet die progrediente Zerstörung der Myelinscheide, die je nach Krankheitsform entweder schnell oder langsam verlaufen kann. Sie tritt in degenerativen Erkrankungen von unterschiedlichem Hintergrund (so wie autoimmun, infektiös oder unbekannt) auf (z.B. Multiple Sklerose, Tabes dorsalis, Devic-Syndrom, Guillain-Barré-Syndrom). Ein demyelinisiertes Axon ist nicht dasselbe wie ein markloses Axon.

Ersteres zeichnet sich vor allem durch eine abnormale Verteilung der Ionenkanäle, aber auch durch veränderte passive elektrische Eigenschaften, so wie niedrigere Raumkonstante und erhöhte Membrankapazität aus. In einem gesunden markhaltigen Axon sichert die hohe Raumkonstante, dass das in einem Ranvier'schen

Demyelinisierung die Axonen an zufälligen Stellen und kann bei langsamer Progression anfangs unbemerkt bleiben, weil die Redundanz beim Ausfall einiger Myelinscheidenabschnitte die normale Funktion noch garantiert. Wenn die Degeneration fortschreitet kommt es immer häufiger zum Ausfall mehrerer benachbarten Abschnitte und damit zur Blockade der Weiterleitung. In diesem Zustand kommen oft vorübergehende Überleitungsstörungen vor. Leichte Erhöhung der Körpertemperatur oder eine wegen intensiverer neuralen Aktivität auftretende erhöhte Aktivität der Na/K-ATPase kann z.B. die Wahrscheinlichkeit einer Blockade erhöhen. Diese führt dann zu motorischer oder sensorischer Lähmung je nachdem welche Fasern betroffen sind.

In chronischen Fällen können Mechanismen zur Wiederherstellung der Überleitung einsetzen, obwohl diese die fehlerfreie Funktion meistens nicht mehr garantieren können. Ein Kompensationsmechanismus ist die gleichmäßigere Verteilung der Nav1.6-Kanäle entlang des Axons, die normalerweise in den Schnürringen konzentriert sind. Es können auch andere Kanaltypen erscheinen wie z.B. der Nav1.2-Typ Natriumkanal, der normalerweise postnatal, vor der Myelinisierung vorkommt. Eine Remyelinisierung ist auch möglich - diese ist Teil der Fehlerkorrekturfunktionen des gesunden Körpers. In seltenen Fällen kann der Demyelinisierungsprozess selbst bei einer früh auftretenden multiplen Sklerose aus noch unbekannter Ursache umkehren und die Axone können remyelinisieren. In demyelinisierten Axonen kommt es oft zu ektopischer Erregungsbildung, die zu Parästhesien, Muskelkrämpfen oder Schmerzen führen kann.

5.6. 6. Kanal-Blocker und Neurotoxine

In der Natur bilden zahlreiche Spezies auf Ionenkanäle wirkende Neurotoxine um ihre Beute zu lähmen oder sich vor größeren Raubtieren zu schützen. Die Ionenkanalprotein Gene sind zwischen den Arten weit verbreitet und haben sich in der Evolution offenbar früh entwickelt. Die Sequenzen sind von Bakterien bis zum Menschen stark konserviert. Die von niederen Tieren, wie z.B. Meeresplankton oder Insekten gebildete Toxine können sich aus diesem Grund auch an menschliche Ionenkanäle binden und diese außer Funktion setzen. Die Toxine können entweder über die Nahrung durch das Magen-Darm-System oder parenteral über Bisse oder Stiche den Organismus gefährden. Die Folgen können von leicht bis lebensgefährlich bis zu letal sein, je nach Typ und Menge des aufgenommenen Toxins. Die Liste der natürlich vorkommenden Kanal-Neurotoxine ist sehr lang. Zu den gefährlichsten zählen das Saxitoxin, das Tetrodotoxin (TTX) und das Conotoxin. Diese Giftstoffe sind auch hitzebeständig und somit werden sie beim normalen Kochen nicht inaktiviert. Sie können bereits in Mengen von wenigen Mikrogramm letal sein. Die Vergiftung tritt zum Beispiel nach dem Verzehr von bestimmten Fischen oder anderen Meeresfrüchten auf. Der häufigste Auslöser von Vergiftungen durch Tetrodotoxin ist der Kugelfisch (englisch "pufferfish"). Der Kugelfisch ist eine hochgeschätzte Köstlichkeit in Japan (dort als "Fugu"

bekannt), zwar teuer aber relativ weit verbreitet. Weil Fugu nur von lizenzierten Köchen zubereitet werden darf, sind in Restaurants verzehrte Fugu-Gerichte meist sicher und die selten vorkommenden Vergiftungen sind meist nicht lebensgefährlich. Tödliche Unfälle kommen wegen selbsternannten Fugu-Köchen oder versehentlichem Verzehrs vor. Die ersten Symptome sind ähnlich zum Lidocain Lokalanästhesie mit Parästhesie der Lippen und der Zunge. Schwere Vergiftungen zeigen sich zusätzlich zur Dysästhesie durch Speichelfluss, Schwitzen, Bronchorrhö, Bronchospasmus und Kopfschmerzen. In der Skelettmuskulatur treten Muskelschwäche, Tremor, Paralyse, Aphonie, Dysphagie, Dyspnoe, Ateminsuffizienz auf. Im ZNS sind Lethargie, Koordinationsstörungen, Epilepsie bis Koma, im kardiovaskulären System Bradycardie, Hypotonie und Zyanose zu beobachten. Die mittlere Mortalität bei TTX-Vergiftung liegt um 6-7%.

Das Saxitoxin, das ebenfalls in Meeresorganismen vorkommt kann sogar in noch kleinerer Dosis tödlich werden. Das Gift wird von Algen, Planktonorganismen und Bakteriengebildet, aber mit der Nahrungskette kann es praktisch in beliebige Fischarten gelangen. Die häufigste Ursache von Saxitoxin-Vergiftungen ist der Verzehr von bestimmten Muscheln, daher wird das Syndrom auch Muschelvergiftung (Mytilismus, paralytic shellfish poisoning, PSP) genannt. Die Symptome sind ähnlich wie bei der TTX-Vergiftung. Saxitoxin wurde auch als Chemiewaffe in Erwägung gezogen, weil es beim Einatmen etwa 1000-fach stärker als das bekannteste Nervengas, der Cholinesterase-Antagonist Sarin wirkt.

Tabelle 1.10. Tabelle 3.: Neurotoxine mit Natriumkanal blockierender Wirkung

Saxitoxin (STX),

Kugelfischen, Igelfischen, Mondfischen, Drückerfischen; hitzebeständig;

Vergiftungsgefahr: Verzehr von Fischen Mu-Conotoxin Kegelschnecken; Peptid; Vergiftungsgefahr:

Stich der Schnecke

Skelettmuskel-spezifische spannungsgesteuerte Na Kanäle Skorpion Alpha-Toxin giftige Skorpione; Peptid; Vergiftungsgefahr:

Skorpionsstich

moduliert die Spannungssteuerung, verlangsamt das Inaktivierungstor von spannungsgesteuerten Na Kanälen

Raventoxin Gift der Spinne Macrothele raveni; Peptid;

Vergiftungsgefahr: Spinnenstich

verschiebt Aktivierung und

Inaktivierung von

spannungsgesteuerten Na Kanälen

in Richtung stärkerer

Hyperpolarisation; LD50: 1 mg/kg i.p. bei Mäusen

Lokalanästhetika, die in der Medizin angewendet werden (z.B. Procain, Kokain, Amethocain, Lidocain, Prilocain, Mepivacain, Bupivacain, Levobupivacain, Dibucain) wirken ebenfalls auf spannungsgesteuerte Natriumkanäle. Durch Blockierung der Natriumkanäle wird die Erregungsleitung des afferenten Nervs vorübergehend ausgesetzt, die somatosensorische Information kann das Zentralnervensystem nicht erreichen und eine Schmerzempfindung auslösen. Die Nervenfasertypen unterscheiden sich in ihre Empfindlichkeit gegenüber Lokalanästhetika. Die Empfindlichkeit ändert sich meist umgekehrt mit dem Faserdurchmesser. Die dünnsten, marklosen C-Fasern, die das brennende Schmerzgefühl vermitteln, sind am meisten, während die dicken, markhaltigen Fasern, die oft motorisch sind, sind am wenigsten empfindlich. Die Differenzen erklären sich wahrscheinlich durch unterschiedliche Diffusion zu den Fasern. Lokalanästhetika können auf verschiedene Weise verabreicht werden, wie z.B. über Schleimhäute, durch Infiltration oder im Rahmen der Leitungsanästhesie.

5.7. 7. Temperatur

Temperatur beeinflusst alle im Körper stattfindenden chemischen Reaktionen, so ist es nicht überraschend, dass sie auch die neuralen Funktionen betrifft. Die Kerntemperatur des Menschen ist zwar selbst bei Extrembedingungen konstant, die Temperatur der Gliedmaßen, vor allem der oberen Hautschichten kann davon signifikant abweichen. Fieber oder eine Hyperthermie wegen ungenügender Wärmeabgabe kann die Erregbarkeit des Nervensystems beeinflussen. Im Kindesalter zwischen 6 Monaten und 6 Jahren kommt oft der sog. Fieberkrampf vor, der meist von tonisch-klonischer Grand-Mal-Epilepsie gekennzeichnet ist. Diese verläuft in den meisten Fällen harmlos und benötigt keine weitere Behandlung. Der genaue Mechanismus ist jedoch nicht bekannt. Der Auslöser ist jedenfalls viel mehr ein rascher Temperaturanstieg als eine seit längerer Zeit bestehende erhöhte Kerntemperatur.

Temperatur erhöht vor allem die Reaktions- und Diffusionsgeschwindigkeit. Aus der Nernst-Gleichung ist es auch offensichtlich, dass ein Temperaturanstieg den Absolutwert der Ionen-Gleichgewichtspotentiale erhöht.

Eine weitere Wirkung auf Natriumkanäle ist die Beschleunigung der Aktivierungs- und Inaktivierungstore. Die maximale (sog. Gleichgewichts-) Permeabilität der Kanäle ist jedoch weitgehend Temperatur unabhängig. Die Dauer der Aktionspotentiale verkürzt sich linear mit zunehmender Temperatur.

5.7.1. 7.1. Wirkung von niedriger Temperatur auf die Erregungsleitung

Die Weiterleitungsgeschwindigkeit von peripheren Nerven folgt der Abnahme der Hauttemperatur nicht linear.

Die prozentuale Abnahme der Weiterleitungsgeschwindigkeit ist nämlich größer in der niedrigen Temperaturzone. Die Weiterleitungsgeschwindigkeit von schnellen afferenten Fasern verringert sich z.B. von 58 auf 40 m/s während die Hauttemperatur von 36 auf 17 Grad Celsius fällt. Im Bereich von 32-37 Grad Celsius nimmt die Geschwindigkeit jedoch nur höchstens um 0.5 m/s pro Grad ab. Im niedrigen Temperaturbereich gegen 20 Grad Celsius ist die Abnahme aber bereits 1.8-2.2 m/s pro Grad. Die Amplitude der Aktionspotentiale

5.8. 8. Ionenhaushalt und Erregbarkeit

Die Wichtigkeit der extrazellulären Ionenkonzentrationen wurde bereits in frühen physiologischen Untersuchungen an isolierten Froschherzen und -Muskeln erkannt. Sidney Ringer entdeckte in 1880, dass das isolierte Herz nur dann längerfristig funktionsfähig bleibt, wenn die ursprünglich gegen die Austrocknung auf das Präparat geträufelte Lösung Ionen, wie Natrium, Chlorid, Kalium und Kalzium in bestimmten Konzentrationen enthält. Später entwickelte Alexis Hartman mit der Zugabe von Lactat die Ringer'sche Rezeptur weiter um den pH-Wert zu stabilisieren.

Aus der Nernst-Gleichung ist es ersichtlich, dass das Gleichgewichtspotential eines Ions mit dem extrazellulär / intrazellulären Konzentrationsverhältnis größer wird. Bei Kationen hängt das Vorzeichen des Gleichgewichtspotentials davon ab, ob dieser Quotient größer oder kleiner als Eins ist. Wenn die intrazelluläre Konzentration eines Ions höher wird, führt das zur selben Wirkung als hätte die extrazelluläre Konzentration desselben Ions abgenommen. Diese Regelmäßigkeit rührt einfach daher, dass beide Veränderungen das Konzentrationsverhältnis in dieselbe Richtung verschieben. Die intrazellulären Ionenkonzentrationen sind direkt schwer messbar, deshalb bleiben sie für die klinische Praxis unsichtbar. Im Folgenden besprechen wir aus diesem Grund die Auswirkungen des extrazellulären Ionenmilieus.

5.8.1. 8.1. Kalium

Hypokaliämie, d.h. zu niedrige extrazelluläre Kaliumionkonzentration (<2.5-3 mM) hat eine hyperpolarisierende Wirkung auf das Ruhemembranpotential. Gleichzeitig erhöht sie auch das Schwellenpotential, so dass letztendlich die Erregbarkeit verringert wird. Die Folgen von leichter Hypokaliämie sind deswegen vor allem Muskelschmerzen, Muskelschwäche, schwache Darmfunktion und eventuell Muskelkrämpfe. In schweren Fällen können Hyporeflexie oder eine schlaffe Lähmung, wegen der Schwäche der Atemmuskulatur auch Ateminsuffizienz auftreten. Die Nervenleitungsgeschwindigkeit nimmt auch ab, weil die hyperpolarisierte Membran nur langsamer die Schwelle erreichen kann. EKG-Zeichen sind verlängertes PQ-Intervall, ST-Depression, flache oder invertierte T-Welle und das Auftreten einer U-Welle.

Hyperkaliämie, d.h. zu hohe extrazelluläre Kaliumionkonzentration (>5.2 mM) verschiebt das Ruhemembranpotential in Richtung Depolarisation und sie verringert das Schwellenpotential. Insgesamt wird also die Erregbarkeit erhöht. Eine leichte Hyperkaliämie führt kaum zu merkbaren Symptomen, es können höchstens Herzrhythmusstörungen oder Muskelkrämpfe vorkommen. Eine schwere Hyperkaliämie bedeutet dagegen einen medizinischen Notfall. Grund dafür ist die langsame Depolarisation, die über einen gewissen Pegel die Natriumkanäle inaktiviert und somit alle Neuronen und Muskelzellen in absolute Refraktärität versetzt. In diesem Zustand setzten all jene Funktionen aus, wo die spannungssensitiven Natriumkanäle eine tragende Rolle spielen. Die Nerven und Nervenbahnen leiten keine Aktionspotentiale weiter, das Herz kommt nach einem Kammerflimmern zum Stillstand und der Tod tritt schnell ein. Wann der kritische Zustand erreicht wird, also wann der hohe Kaliumspiegel eine irreparable kardiale Rhythmusstörung verursacht ist schwer einzuschätzen. Deshalb ist jede Hyperkaliämie ernst zu nehmen und über einen Kaliumspiegel von 6.5 mM muss man die Behandlung unverzüglich beginnen. Bis 6.1 mM gilt die Hyperkaliämie als leicht, darüber mittelschwer und ab 7 mM schwer. Vor dem Beginn der Behandlung muss man die sog. Pseudohyperkaliämie (ein wegen der Hämolyse der Blutprobe gemessene erhöhte Kaliumspiegel) anhand einer EKG-Untersuchung ausschließen. Bei echter Hyperkaliämie sind nämlich charakteristische EKG-Zeichen wie niedrige P-Welle, verkleinerte QRS-Amplitude, verlängerte QRS-Zeit und hohe, spitze T-Welle zu beobachten.

Eine lokale Gewebehyperkaliämie verbirgt sich wahrscheinlich oft im Hintergrund von vorübergehenden Funktionsstörungen, obwohl sie praktisch schwer nachweisbar ist. Diese kommt zum Beispiel dann vor, wenn die Kaliumionen schneller aus funktionierenden oder verletzten Zellen ausströmen als die von den extrazellulären homöostatischen Mechanismen (Diffusion, Blut- und Lymphkreislauf) aus der betroffenen Region entfernt werden können. Im Hintergrund des lokalen Kaliumionanstiegs kann erhöhte Belastung (z.B.

In document Neurologische Regulierung humaner Lebensprozesse – vom Neuron zum Verhalten. Interdisziplinärer Lernstoff zum Thema Aufbau, Funktion und Klinik des Nervensystems für Studierende der Medizin, Gesundheits- und Biowissenschaften in Ungarn (Pldal 184-200)