Experiment: Aktivier' den Sympathikus

Hintergrund

In unseren anderen Experimenten der Menschenphysiologie beschäftigen wir uns meistens mit dem willentlichen Nervensystem (u.a. neuromuskuläre Neurowissenschaften) oder Wahrnehmung (Sensorische Neurowissenschaften); hier jedoch werden wir uns mit dem "unwillentlichen" Teil unseres Nervensystems beschäftigen, dem autonomen Nervensystem nervous system. Das autonome Nervensystem kontrolliert Vorgänge, denen du bewusst und unbewusst zugleich bist. Genauso haben wir aber auch nicht viel Einfluss darauf - Verdauung, Homeostase, Schwitzen, Blutdruck, Herzschlagrate usw. Das autonome Nervensystem wird in Sympathikus (dieser aktiviert die "Kampf-oder-Flucht-Reaktion") und Parasympathikus (auch "Erholungsnerv" genannt) unterteilt.

Wir messen die Aktivierung des Sympathikus mittels unserer Herzrate. In einem anderen Herzexperiment sehen wir die elektrischen Impulse unseres Herzens und den Anstieg unserer Herzrate, wenn wir uns anstrengen. Lasst uns noch ein bisschen tiefer in die Herzphysiologie eintauchen indem wir versuchen spezifisch die Kampf-oder-Flucht-Reaktion auszulösen. Was passiert in diesem"fight or flight" Modus? Wie du dir wahrscheinlich schon vorstellen kannst: Wenn wir im Angesicht einer Gefahr stehen, sagen wir mal, wir sehen einen großen Schatten in der Nacht an uns vorbeihuschen, erhöht sich unsere Herzrate, wir fangen an zu schwitzen, wir atmen schneller, unsere Verdauung wird eingestellt, unsere Augen weiten sich usw...

Im Gegensatz dazu sendet der Parasympathikus die Signale: Ausruhen und Verdauen! Das führt so ziemlich genau zum Gegenteil des oben Genannten (geringere Herzrate, Verdauungsaktivierung, mehr Spucke wird produziert, etc). Viele dieser Reaktionen, sowohl des Sympathikus als auch des Parasympathikus, werden von Hormonen kontrolliert. Vereinfacht kann man sie als "Neurotransmitter" bezeichnen, nur, dass sie in unseren Blutkreislauf und nicht in den synaptischen Spalt ausgeschüttet werden. Es hat aber den gleichen Effekt. Stoffe finden ihren Zielpartner und führen zu einer Aktivitätsveränderung. Im Gehirn geschieht das innerhalb von 1 Millisekunde (Dauer eines Aktionspotentials). Hormone lassen sich da etwas mehr Zeit und führen zu einem Effekt innerhalb von Sekunden bis hin zu Minuten auf viele Strukturen und Funktionen des Körpers.

Zum Beispiel, sobald das vegetative Nervensystem aktiviert wurde, schüttet unsere Hypophyse (starke Verbindung zum Hypothalamus) das Hormon Corticotropin (ACTH) aus. Getragen durch unseren Blutstrom erhöht es den Cortisolspiegel, was wiederum zu mehreren physiologischen Veränderungen führt. Darunter auch die Erhöhung der Herzrate. Gleichzeitig schüttet die Adrenaldrüse (sitzt auf unseren Nieren) Norepinephrin aus, was den gleichen Effekt auf unser Herz hat.

Um den Sympathikus zu aktivieren benutzen wir Eiswasser. Im Englischen wird das der Cold Pressor Test gennant und vor allem in Schmerzstudien verwendet, da es ein tolerierbarer Reiz ist, der keinen Schaden anrichtet. Jeder von uns hatte schon einmal kalte Hände und dieser Test ist weder angsteinflößend noch führt er zu psychologischem Schaden. Somit ist das Eiswasser ein guter Modellstimulus und wird in vielen Laboren auf der ganzen Welt benutzt. Je länger du deine Hand im Eiswasser lässt, desto schmerzvoller wird die Situation, was in einer Erhöhung der Herzschlagfrequenz resultiert.

Jetzt lasst es uns endlich selber mal ausprobieren!

Downloads

Bevor's losgeht, schau' dass du den Backyard Brains Spike Recorder auf deinem PC installiert hast. Der Backyard Brains Spike Recorder zeigt dir deine Daten in Echtzeit auf dem Bildschirm und du kannst damit deine Daten speichern. Zum Download bereit gibt's auch noch ne simple Tabelle, mit der ihr eure Daten auswerten könnt!

Spike Recorder Computer Software

Handout zum Eintragen eurer Ergebnisse

Video

Ablauf

Falls dein Elektrokardiogramm komisch ausschaut (z.B. auf dem Kopf), dann wechsel die Positionen der beiden roten Alligatorclips deiner Unterarme.

Sobald du genug Daten gesammelt hast, kannst du einen Statistiktest durchführen.

Alternative Variante- Der Tauchreflex

Nachdem wir in diesem Experiment die Aktivierung des Sympathikus beobachtet haben, können wir uns noch einen Gegenexperiment anschauen, indem wir den Parasympathikus mit Hilfe des Tauchreflexes aktivieren. Sobald ein Seelöwe untertaucht verlangsamt sich sein Herzschlag. Seine Venen und Arterien in den dezentralen (peripheren) Geweben und Gliedmaßen kontrahieren, damit die Organe, die nicht am Tauchvorgang beteiligt sind, nicht den überlebenswichtigen Sauerstoff verbrauchen. Die Zufuhr zum Gehirn wird jedoch aufrechterhalten.

Aber wusstest du, dass dieser Reflex in allen lungenatmenden Lebewesen vorkommt? Also auch bei dir! Wenn kaltes Wasser dein Gesicht berührt und du deinen Atem anhälst, können wir den Tauchreflex durch eine Verringerung der Herzschlagrate beobachten. Wir können dies untersuchen und mit simplen über Wasser Luftanhalten vergleichen.

Das Untertauch-Herzfrequenzexperiment

Wichtig: Im Klassenzimmer soll dieses Experiment nur unter Aufsicht durchgeführt werden

Anmerkung