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Der Kniesehnenreflex:
Ableitung eines diphasischen Aktionspotenzials

 

Versuchsaufbau
Ableitelektroden Differenzverstärker Optokoppler Oszillograph Reflexhammer

Abb. 1: Versuchsaufbau

 

Versuchsaufbau

Abb. 2: Anbringung der Elektroden (mittlere E. = Differenzelektrode) am Oberschenkel (Abstand zwischen Messelektroden = 19 cm)

Allgemeines:

Nicht in jeder Schule stehen die für diesen Versuch notwendigen Geräte zur Verfügung. Da aber Messungen solcher Art im täglichen Leben (EMG, EEG u. EKG) sehr viel häufiger sind als intrazelluläre Ableitungen, sollte auf die Darstellung dieser Ableitungsmethode nicht verzichtet werden. Sie benötigen lediglich einen grafikfähigen Computer, der das Abspielen von Filmen im AVI-, bzw. MPG-Format erlaubt. Auf dieser Seite werden Ihnen alle zur Darstellung des Versuchs notwendigen Materialien zur Verfügung gestellt:

    • Film: Ablauf des Kniesehnenreflexes sowie Ozillographenbild (für die Auswertung muss der Film heruntergeladen werden)
    • Fotos zum Versuchsaufbau
    • Schemazeichnung des diphasischen Aktionspotenzials. Von der Amplitude des Signals bei verschiedenen Reizstärken abgesehen, entsteht immer ein vergleichbares Potenzial

Diphasische Aktionspotenziale können im allgemeinen nur unter hohem experimentellem Aufwand direkt an Axonen abgeleitet werden. Mit zwei Oberflächenelektroden kann jedoch nach kurzzeitiger Dehnung des Oberschenkelmuskels ein einzelnes Aktionspotenzial abgeleitet werden (Kniesehnenreflex). Der Versuchsverlauf zeigt:

    • Zeitdauer zwischen Dehnung der Sehne (des Muskels) und Beginn der Muskelkontraktion (Messung der Reflexzeit)
    • Wanderung eines Aktionspotenzials entlang von Muskelzellen stellvertretend für die Wanderung entlang eines Axons
    • Messung der Wanderungsgeschwindigkeit, die mit ca. 30 m/s der eines marklosen Axons entspricht

 

Filmvorschau Mediaplayer
(Größe 1,2 MB)

Filmvorschau Realplayer
(Größe 370 KB)

Download (Größe 3,7 MB)

Der Versuch eignet als Demonstrationsversuch in Grund- und Leistungskursen nach der Besprechung des Neurons bei der Behandlung des Reflexbogens. Im Praktikum gibt der Lehrer nur Hilfestellung bei der Deutung der Ergebnisse.

Exemplarische Darstellung des diphasischen Aktionspotentials

Oszillographenbild

 















Abb. 3: Diphasisches Aktionspotenzial (Kurvenbild wurde nach Videobild schematisiert,
Abstände: 1 Karo = 1cm x 1cm)

Abkürzungen:

tR = Reflexzeit
tL = Laufzeit des AP

Beim ersten Maximum erreicht das Aktionspotenzial die erste, beim zweiten Maximum die zweite Elektrode. Durch Vertauschen der Messelektroden wird die Kurve um die x-Achse gedreht. Je stärker der Schlag auf die Kniesehne, desto höher die Amplitude der Maxima.

Versuchsdeutung:

Die kurzzeitige Dehnung der Sehne dehnt den Oberschenkelmuskel und somit auch die Muskelspindel. Über das zugehörige alpha-Motoneuron des Reflexbogens wird ein Aktionspotenzial über die motorischen Endplatten den Muskelfasern des Oberschenkelmuskels zugeleitet, wandert diesen entlang und bewirkt eine kurze Kontraktion. Die Wanderung der einzelnen Aktionspotenzials erfolgt synchron zueinander (polyphasisch). Weil die Elektroden aber nur die Summe aller synchronen Aktionspotenzials erfassen erscheint auf dem Bildschirm nur ein einziges Aktionspotenzial, dessen Amplitude mit zunehmender Zahl der erregten Muskelfasern zunimmt (Summenspannung:). Die Zahl der erregten Muskelfasern ist abhängig von der Stärke der zuvor erfolgten Dehnung des Muskels, also der Stärke des Schlages auf die Sehne.

 


Schülerblatt

Der Kniesehnenreflex: Ableitung eines diphasischen Aktionspotenzials

Versuch: Darstellung eines diphasischen Aktionspotenzials, abgeleitet vom Oberschenkelmuskel nach Schlag auf die Kniessehne (Kniesehnenreflex)

Versuchsaufbau
Ableitelektroden Differenzverstärker Optokoppler Oszillograph Reflexhammer

Abb. 1: Versuchsaufbau

Versuchsaufbau

Abb. 2: Anbringung der Elektroden am Oberschenkel (mittlere El. = Differenzelektrode) am Oberschenkel (Abstand zwischen Messelektroden = 19 cm)

 

Problemstellung: Ableitung eines einzelnen Aktionspotenzials, Messung der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Aktionspotenzials im Oberschenkelmuskel und Messung der Reflexzeit.

Einstellung des Oszillographen:

Versuchsaufbau

1
Amplitude

2
Timebase

3
Triggerung

Amplitude: ca. 100 mV/cm Timebase: 10 ms/cm Triggerung: Taste Trig. ext. drücken, Trigger Level Regler soweit aufdrehen, dass ein Schlag mit dem Reflexhammer einen horizontalen Strahldurchlauf auslöst!

Aufgaben:

1. Betrachten Sie den Film zum Kniesehnenreflex. Nutzen Sie dabei die Möglichkeiten des Vor- und Rücklaufs sowie das Standbild.

2. Skizzieren Sie den Versuchsaufbau.

3. Beschreiben Sie Ihre Filmbeobachtung: Trifft der Reflexhammer auf die Sehne, so wird .........

4. Übertragen Sie den Kurvenverlauf des Oszillographenbildes für die drei verschiedenen Reizstärken im Film verschiedenfarbig in das Oszillographenbild.

Oszillographenbild

Abb.: Oszillographenbild (1 Karo = 1 x 1 cm)

5. Werten Sie aus:

Reflexzeit (Abstand zwischen Strahlbeginn und 1.Maximum umgerechnet in Sekunden:
Weg (Abstand der Messelektroden in Meter): 0,19
Zeit (Abstand der Maxima in cm umgerechnet in Sekunden):
Berechnung der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Aktionspotenzials im Oberschenkelmuskel:

6. Deuten Sie das Kurvenbild, besonders die Beobachtung, dass die Amplitude der gemessenen Spannung mit zunehmender Stärke des Schlages auf die Sehne ebenfalls zunimmt.


Juni 2002: Bernhard Veith