Mir ist bewusst, dass diese Frage dem ersten Anschein nach in den Bereich der Physiologie gehört.
Da mein eigentliches Problem jedoch nur die Elektrizitätslehre betrifft, ist sie hier wohl doch gut aufgehoben.
Im ersten Abschnitt ist die Thematik der Biomembran kurz erklärt, dann folgt die Frage. Wer sich mit MPs/ APs also auskennt, kann getrost direkt zum Ende scrollen =).
Eine Biomembran besteht aus einer Doppelschicht von amphiphilen Lipiden und diversen Proteinen. Wichtig hier: Transmembranproteine können selektiv Ionen durch die Membran transportieren. Aufgrund dieser Eigenschaften ist eine Ladungstrennung möglich (Ionen können nicht durch die Doppellipidschicht diffundieren).
Die Membran hat ein Ruhepotential, dass je nach Zellart unterschiedlich ist, jedoch meist im negativen milliVolt-Bereich (typischerweise ca. -70mV). Das Potential kommt zustande (und kann ausgerechnet werden) durch einen elektrochemischen Gradienten (Fick'sches Diffusionsgesetz, Nerstgleichung, Goldman-Katz-Gleichung) -ist hier irrelevant. Die intrazelluläre Seite ist meist die "negative Platte".
Das Ruhemembranpotential ist z.B. die Voraussetzung für die Entstehung/Weiterleitung von Aktionspotentialen (vereinfacht: dort schnellt das Potential nach Erreichen eines Schwellenwertes bis in den positiven Bereich, um danach wieder zurück zu fallen -wie ist an dieser Stelle unwichtig).
Nun stehen in meinem Physiologiebuch die folgenden Gegebenheiten untereinander:
- Membranen haben einen hohen elektrischen Widerstand. Durch kleine Ionenströme können daher grosse Spannungsänderungen ausgelöst werden (...).
- Membranen haben eine hohe spezifische Kapazität (ca. 1mikroFarad/cm^2), d.h. jede elektrische Spannungsänderung erfordert die Verteilung von Ladungen auf der Membranoberfläche. Dieser Prozess benötigt Zeit und verbraucht viele geladene Teilchen. Daher schwächen sich elektrische Signale bei ihrer Weiterleitung entlang von Membranen ab.
(Quelle: "Physiologie", Hrsg. Klinke, Pape, Kurtz und Silbernagl, Thieme-Verlag, 6.Auflage, S.61)
Diese beiden Feststellungen bereiten mir echt Probleme. Recherchieren im Internet, in Fachforen und Lehrbüchern hat bislang nichts gebracht.
Und zwar stolpere ich über Folgendes: wenn a) gesagt wird, dass nur KLEINE Ionenströme gebraucht werden, wie können dann b) VIELE Ionen "verbraucht" (ich nehme an, damit ist der Wechsel von intra- zu extrazellulär oder umgekehrt gemeint) werden? Weshalb ist eine (relativ) grosse Kapazität gleichbedeutend mit mehr Zeitaufwand bei der Verteilung? Und warum bedeutet das alles, dass das Signal abgeschwächt wird?
Imaginäre Gleichheitszeichen (wo wahrscheinlich irgendwo der Wurm drin ist):
Grosser Widerstand = V/A = grosse Spannung ist nötig um wenig Coulomb/Sekunde fliessen zu lassen.
Umkehrschluss: wenig C/s beeinflussen die Spannung stark
Grosse Kapazität = grosser Speicher = viele Coulomb pro Volt müssen fliessen, um zu ihn laden.
Lösungsansätze
1. Wenig C/s fliessen. Dadurch ändert sich die Spannung bereits deutlich. Um sich auszubreiten muss die ("örtliche") Spannungsänderung andauern, bis genug Coulomb geflossen sind, um auch das umgebende Areal zu beeinflussen.
2. Vermutlich ist die ganze Sache logisch, wenn man die "Doppelrolle" der Membran -einmal als Widerstand, einmal als Kondensator- miteinbezieht. Und da happerts bei mir.
Falls jemandem von euch /Ihnen eine Erklärung einfällt (oder ein gutes Lehrbuch/ein guter Link) oder jemand mir einen Tipp geben kann -ich wäre echt froh.
MfG und einem grossen Danke schon im Vorraus
ohrenqualm