Warum sind Nervenimpulse im Vergleich zur Geschwindigkeit der Elektrizität extrem langsam?
Weil es physikalisch völlig unterschiedliche Mechanismen sind.
Physikalisch gesehen besteht das Axon einer Nervenfaser aus einer Zellmembran als der isolierenden Hülle, dem Axolemm, und einer Salzlösung als dem leitenden Inhalt, dem Axoplasma. Eine angelegte Spannung wird daher – wie auch bei jedem elektrischen Kabel – nach elektrodynamischen Gesetzen fortgeleitet. Bei einem metallischen Leiter können Impulse so über lange Strecken mit der Geschwindigkeit elektrischer Felder nahe der Lichtgeschwindigkeit übertragen werden.
Da jedoch die Nervenzellmembran ein nur unvollständiger Isolator ist und der Elektrolyt einen relativ hohen elektrischen Widerstand hat, verglichen beispielsweise mit einer Kupferader, kommt es entlang der Nervenfaser hierbei zu einem erheblichen Spannungsabfall. Daher können Nervenimpulse nur über eine sehr kurze Strecke rasch elektrotonisch weitergeleitet werden.
Zur Fortleitung von Aktionspotentialen entlang eines längeren Nervenzellfortsatzes ist deshalb ein zusätzlicher Prozess nötig – die Veränderung der Ionenpermeabilität über spannungsabhängige Ionenkanäle der Membran –, womit ein Aktionspotential wiederaufgebaut werden kann. Dies aber ist ein relativ langsamer, aktiver und Stoffwechselenergie beanspruchender Vorgang.
Bei wirbellosen Tieren und auch bei Säugern gibt es sogenannte marklose Nerven, die die Impulse kontinuierlich fortschreitend, damit aber auch relativ langsam weiterleiten.
Bei Säugetieren liegt um die Axone schnell leitender Nerven eine zusätzliche Isolierung durch Begleitzellen (Schwannsche Zellen). Daher nennt man sie markhaltige Nerven.Über sie wird die Erregung abschnittsweise, von jeder Unterbrechung der Isolation zu der nächsten, weitergeleitet.
Die sich daraus ergebenden Geschwindigkeiten einer Impulsleitung liegen zwischen 0,2 und 120 m/s, wobei hohe Leitungsgeschwindigkeiten nur bei saltatorischer, springender Erregungsleitung erreicht werden.
Aufgrund der beteiligten molekularen Strukturen besteht auch eine deutliche Temperaturabhängigkeit. Im physiologischen Bereich nimmt so die Nervenleitgeschwindigkeit um etwa 1–2 m/s pro Grad Celsius zu.
(unter Zuhilfenahme von Wikipedia)