Aufgaben zu Fremdstoffen und Erkrankungen des Nervensystems

Aufgaben
Lokalanästhesien (= örtliche Betäubung) finden gerade in der Zahnmedizin häufig Anwendung. Dabei ist der Patient bei Bewusstsein, verspürt während der Behandlung allerdings keine Schmerzen. Lidocain, das umgangssprachlich auch „Zahnarzt-Kokain“ genannt wird, ist eines dieser Lokalanästhetika. Nach circa drei Minuten Einwirkzeit kann die Betäubung je nach Dosis ein bis drei Stunden andauern.
A) Lidocain blockiert die spannungsgesteuerten Natrium-Kanäle in der Nervenzellenmembran. Erläutere kurz welche Folgen das hat.
B) Motorische Nervenfasern haben einen größeren Durchmesser als sensible. Erkläre kurz welche Auswirkungen diese Tatsache auf die Dosierung von Lidocain hat.
C) Botulinumtoxin - „Botox“ - ist ebenfalls ein aus der Medizin bekannter Wirkstoff und blockiert die Ausschüttung von Acetylcholin. Botulinumtoxin gilt als stärkstes Gift der Welt, denn bereits zehnmillionstel Gramm ist tödlich. Symptome sind Kopfschmerzen, Erbrechen, Magenbeschwerden, Pupillenerweiterung und Schlucklähmung.Nenne je eine Gemeinsamkeit und einen Unterschied zur Wirkungsweise von Lidocain!

Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Das Nervensystem

Narkotika

A) Wirkungsweise von Lidocain

Wenn die spannungsgesteuerten Natrium-Kanäle blockiert sind, kann es nicht zu einer Depolarisation kommen. Somit wird auch kein Aktionspotential ausgelöst und die Erregung kann nicht weitergeleitet werden. „Die Schmerzen kommen nicht an.“

B) Durchmesser

Nervenfasern mit größerem Durchmesser brauchen auch eine höhere Dosis, damit alle Natriumkanäle blockiert werden. Es ergibt sich folgende Reihenfolge: Erst wird der Schmerz betäubt (dann Temperatur, Berührung, Druck) und zuletzt fällt die Motorik aus.

C) Vergleich von Lidocain und Botulinumtoxin

Bei beiden Medikamenten handelt es sich um peripher (präsynaptisch) angreifende Muskelrelaxantien. Die Erregungsleitung wird aber an unterschiedlichen Stellen unterbunden.
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Curare ist ein indianisches Pfeilgift, welches aus Rinden- und Blätterextrakten bestimmter Lianenarten gewonnen werden kann. Die Halbwertszeit beträgt circa 3 Stunden. Seine Wirkung ist vergleichbar mit der von Nikotin und Coniin (aus Schierlingsextrakt). Currare führt zu Lähmung der Augen, dann der Gesichtsmuskulatur, Muskulatur der Extremitäten, Rumpf, Bauch und zuletzt der Atemmuskulatur.

A) Curare ähnelt Acetylcholin (ACh) und führt zu einer schlaffen Lähmung. Erkläre welche Vorgänge in der Synapse stattfinden, damit es zu einer solchen Lähmung kommt.

B) Prostigmin wirkt als Acetylcholinesteraseblocker, welcher die Wirkung von Curare rückgängig machen kann. Erläutere wie das geht und welches Problem auftreten könnte!

Wirkung von Fremdstoffen auf die chemische Synapse

A) Curare

Curare verdrängt ACh kompetitiv vom ACh-Rezeptor der subsynaptischen Membran, führt aber nicht zu einer Depolarisierung und somit zu keiner Erregung. Der Muskel kann unter Curareeinfluss folglich nicht mehr angespannt werden. Es handelt sich als um eine schlaffe Lähmung.

B) Prostigmin als Acetylcholinesteraseblocker

Prostigmin hemmt die Acetylcholinesterase, dies führt zu einem Anstieg der ACh-Konzentration. Nun konkurrieren ACh und Curare um die Besetzung der Rezeptormoleküle. Je höher die ACh-Konzentration, umso größer die Wahrscheinlichkeit, dass ACh an den Rezeptor andockt. Es kann wieder zur Erregung kommen.

Wenn Curare allerdings bereits abgebaut ist und das Prostigmin noch wirkt, kommt es zu einer Dauererregung des Rezeptors, da das ACh nicht mehr gespalten werden kann. Die führt zu einer starren Lähmung.

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Neben der Epilepsie ist die Multiple Sklerose eine der häufigsten Erkrankungen des Nervensystems. Die Krankheit kann zu unterschiedlichen Symptomen führen – von Sehstörungen bis hin zu Lähmungen – und ist bis heute nicht heilbar.
Recherchiere zwei Fakten zur Wirkung von Multipler Sklerose auf das Nervensystem. Halte diese Fakten als Stichpunkte fest.

Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Lerne, wie man im Internet recherchiert!

Musterlösung

Lösungsvorschlag
  • Immunzellen greifen die Myelinscheiden von Neuronen an
  • Multiple Sklerose führt zu Entzündungen, die auch als "Entmarkungsherde" bezeichnet werden
Diese Musterlösung ist nur ein Beispiel. Es gibt eine Vielzahl weiterer Fakten, die du bei deiner Recherche finden kannst.
Ergänzungen
Weitere Fakten, die du möglicherweise gefunden hast:
  • Die elektrische Isolierung der Nervenfasern sinkt
  • Die Errgegungsleitung betroffener Neuronen funktioniert schlechter
  • Die Myelinscheiden werden in Schüben angegriffen
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Die University of Nottingham erforscht eine neue Behandlungmethode für Multiple Sklerose: Hakenwürmer. Diese winzigen Würmer nisten sich neun Monate lang im Körper ein und senken die Wirkung des menschlichen Immunsystems. Die Hypothese der britischen Forscher ist, dass durch die Schwächung des Immunsystems auch die Immunangriffe der Multiplen Sklerose weniger gefährlich sind.
Plane ein Experiment, dass diese Hypothese überprüft!
Tipp: Die Würmer wirken über neun Monate hinweg. Das Experiment muss also eine längere Zeitspannung umfassen!

Hinweis

Dies ist nur ein möglicher Aufbau für ein solches Experiment!

Musterlösung

Ablauf
  • Als Testpersonen dienen Multiple-Sklerose-Patienten
  • Die Testpersonen werdemn in zwei Gruppen unterteilt.
  • Eine Gruppe bekommt Hakenwürmer verabreicht.
  • Die andere Gruppe bekommt keine Hakenwürmer und dient als Nullprobe.
  • Die Testpersonen werden regelmäßig medizinisch untersucht.
  • Der Test läuft idealerweise über ein Jahr.
Erwartungen - Wenn die Hypothese stimmt…
  • …zeigen die Hakenwürmer-Testpersonen schwächere Symptome als die Testpersonen der Nullprobe
  • …zeigen die Hakenwürmer-Testpersonen nach etwa neun Monaten wieder dieselben Symptome wie die Testpersonen der Nullgruppe
Probleme
  • Die Multiple Sklerose verläuft verschiedenen Patienten sehr unterschiedlich. Es ist nie sicher, ob die veränderten Symptome wirklich auf die Würmer zurückgehen!
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