Aufgabe 1 – Nervenzelle: Membranpotenziale und Er… · Abitur NRW Biologie LK · Hornisse-EN 2025

1 Aufgabe: Der schmerzhafte Stich einer Hornisse

Hornissenstiche sind sehr schmerzhaft. Die Schmerzwahrnehmung basiert auf einem komplexen neuronalen Vorgang.

Der schmerzhafte Stich einer Hornisse

Hornissenstiche sind sehr schmerzhaft. Die Schmerzwahrnehmung basiert auf einem komplexen neuronalen Vorgang.

Material 1: Wahrnehmung eines Schmerzreizes

In der Haut des Menschen befinden sich primäre Sinneszellen, sogenannte Nozizeptoren, die der Wahrnehmung schmerzhafter Reize dienen. Nozizeptoren nehmen sowohl mechanische als auch chemische Reize auf. In den freien Nervenendigungen der Nozizeptoren löst ein Reiz eine elektrische Erregung aus. Über das Axon der Nozizeptoren wird die Erregung mittels erregender chemischer Synapsen auf die Folgezellen übertragen. Als Neurotransmitter fungiert Glutamat (Abb. 1).

Material 2: Untersuchung des Einflusses von Histamin auf Nozizeptoren

In der Membran der freien Nervenendigungen eines Nozizeptors gibt es verschiedene Rezeptoren z. B. für Acetylcholin, Glutamat, aber auch für Histamin. Das Gift der Hornisse enthält neben Adrenalin, Acetylcholin und Serotonin unter anderem auch Histamin. Abbildung 2 zeigt schematisch einen möglichen Wirkmechanismus von Histamin.

Um den Einfluss des Histamins auf die Schmerzhaftigkeit von Reizen zu untersuchen, wurde mit Nozizeptoren ohne bzw. mit Einwirkung von Histamin experimentiert. Dabei wurden unterschiedlich starke Reize gesetzt und die Aktionspotenziale am Axon des Nozizeptors gemessen (Abb. 3).

Material 3: Schmerzwahrnehmung bei einem Hornissenstich

Verschaltungen zwischen Hirn und Rückenmark (Abb. 4) haben Einfluss auf entsprechende postsynaptische Potenziale (Abb. 5) und damit auf die Schmerzwahrnehmung. Das Rückenmark ist Teil des zentralen Nervensystems. Dort sind aufsteigende und absteigende Nervenbahnen zu finden. Über aufsteigende Nervenbahnen werden sensorische Informationen zur Auswertung zum Gehirn weitergeleitet, über absteigende Nervenbahnen erfolgt die Erregungsleitung in umgekehrter Richtung. Hirnstamm und Thalamus sind Bereiche des Gehirns.

Material 4: Bienen- und Hornissengift im Vergleich

In der Bevölkerung ist die Angst vor Hornissenstichen häufig größer als die Angst vor Bienenstichen, da Hornissenstiche als schmerzhafter und gefährlicher gelten. In Tabelle 1 sind Faktoren aufgeführt, die bei Bienen- bzw. Hornissenstichen Einfluss auf die Schmerzhaftigkeit bzw. die Einstufung von deren Gefährlichkeit haben.

Tabelle 1: Faktoren beim Stich einer Honigbiene und einer Hornisse · Honigbiene · Hornisse

Auszug aus den Inhaltsstoffen der Gifte · Histamin

Serotonin

Adrenalin

· Histamin

Serotonin

Adrenalin

Acetylcholin

LD50-Werte der Gifte bei Mäusen* · 2,8 mg Gift/kg · 10 mg Gift/kg

Übertragene Giftmenge pro Stich · 0,1 mg · 0,01 mg

*LD50-Wert: Giftmenge pro kg Körpergewicht, bei der die Hälfte der Versuchstiere getötet wird.

(in Anlehnung an: Chemie.de Lexikon; vespa-cabro.de; hornissenschutz.de)

Information zu den Inhaltsstoffen:

Histamin: Gewebshormon und Neurotransmitter, führt zur Erweiterung der Blutgefäße

Serotonin: Gewebshormon und Neurotransmitter, fördert die Blutgerinnung, erzeugt eine gelassene Stimmung

Adrenalin: Hormon, erhöht die Herzfrequenz und den Blutdruck

Acetylcholin: Neurotransmitter, öffnet ligandengesteuerte Ionenkanäle zum Beispiel für Natrium-Ionen

2

Beschreiben Sie den in Abbildung 2 dargestellten Wirkmechanismus von Histamin bei der Signaltransduktion (M 2).

Beurteilen Sie, ob dieser Wirkmechanismus mit den experimentellen Befunden aus Abbildung 3 in Einklang steht (M 2). [14 BE]

4

Beurteilen Sie einen Bienen- und Hornissenstich hinsichtlich der Kriterien Gefährlichkeit und Schmerzhaftigkeit anhand der Materialien 2 und 4 (M 2, M 4). [9 BE]