Aufgabe Chili neurobiologisch betrachtet · Abitur NRW Biologie GK · Chili 2025

1 Beschreiben Sie die Erregungsleitung an den Axonen von C-Fasern und Aδ-Fasern (M 1). Erläutern Sie anhand von Material 1 das Phänomen der zeitversetzten Schmerzwahrnehmung (M 2).

Lösung: Beschreiben: - Kontinuierliche Erregungsleitung an nicht myelinisierten C-Fasern: Durch Spannungsumkehr beim Aktionspotenzial (AP) wird am benachbarten Axonabschnitt ein weiteres AP ausgelöst; vom erregten Axonabschnitt wird wiederum ein AP am angrenzenden Axonabschnitt generiert $\rightarrow$ gerichtete Fortleitung von AP entlang des Axons; aufgrund der Refraktärzeit erregter Axonabschnitte erfolgt die Erregungsleitung unidirektional. - Saltatorische Erregungsleitung an myelinisierten Aδ-Fasern: Depolarisierung eines nicht myelinisierten Axonabschnittes breitet sich über den isolierten Membranabschnitt direkt auf den angrenzenden Ranvier’schen Schnürring aus; Aktionspotenziale „springen“ von Schnürring zu Schnürring; aufgrund der Refraktärzeit erregter Axonabschnitte erfolgt die Erregungsleitung unidirektional. Erläutern: Die unterschiedlichen Zeitpunkte der Wahrnehmung eines einzigen Reizereignisses werden auf die jeweilige Erregungsgeschwindigkeit zurückgeführt: - Die nach einem Schmerzreiz zunächst eintretende Schmerzwahrnehmung wird durch die schnellere, saltatorische Erregungsleitung über die Aδ-Fasern verursacht. - Die versetzte, zweite Schmerzempfindung wird über die langsamere, kontinuierliche Erregungsleitung über die C-Fasern verursacht.

2 Erläutern Sie die Erregungsauslösung an einem Nozizeptor (M 3).

Lösung: Öffnung der TRPV-Kanäle an freien Nervenendigungen durch Umgebungstemperatur ab 45 °C oder Bindung von Capsaicin an die Bindestelle des TRPV-Kanals $\rightarrow$ Einstrom von Natrium- und Calcium-Ionen in das Zellinnere $\rightarrow$ Depolarisation $\rightarrow$ Öffnung von spannungsgesteuerten Natrium-Ionenkanälen am Axonhügel $\rightarrow$ Depolarisierung und Auslösung von Aktionspotenzialen (AP).

3 Interpretieren Sie die in Material 4 dargestellten Messergebnisse im Hinblick auf die Intensität des Schmerzempfindens.

Lösung: - Ein Temperaturreiz (45 °C) führt zu einer Potenzialänderung an TRPV-Nozizeptoren mit anschließender Erregungsausbildung $\rightarrow$ Wahrnehmung von Hitzeschmerz. Der gleiche Reiz führt nach zusätzlicher Capsaicin-Gabe zu einer erhöhten AP-Frequenz am Axon, was mit einer verstärkten Empfindung von Hitzeschmerz einhergeht. - Die Daten legen nahe, dass die gesteigerte Schmerzwahrnehmung auf gleichzeitiger Reizung der TRPV-Nozizeptoren durch Capsaicin und Temperaturen von 45 °C basiert, wodurch eine stärkere Depolarisierung der Nozizeptoren erfolgt.

4 Formulieren Sie mit Hilfe von Material 6 ein ablehnendes und ein befürwortendes Argument zur Verwendung von Capsaicin beim Springreiten (M 4, M 5).

Lösung: Ablehnendes Argument: - Normative Aussage: Tieren soll kein Leid (Schmerz) zugefügt werden. - Deskriptive Aussage: Die leistungssteigernde Behandlung mit Capsaicin verursacht bei Springpferden Schmerzen. - Schlussfolgerung: Capsaicin sollte nicht zur Leistungssteigerung beim Springpferd angewendet werden. Befürwortendes Argument: - Normative Aussage: Maßnahmen zur Leistungssteigerung bringen sportliche Erfolge und somit soziale Anerkennung. - Deskriptive Aussage: Nach einer Capsaicin-Behandlung springt das Pferd höher. - Schlussfolgerung: Die Anwendung von Capsaicin zur Leistungssteigerung beim Springpferd ist zu befürworten.