Von der motorischen Erregung der Haarzelle zur Synapse, aber wie?

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Moin,

der Vorgang läuft folgerndermaßen ab:

Der Schall trifft auf dein Trommelfell und bringt es zum Schwingen. Diese Schwingung überträgt sich auf die Gehörknöchelchen und dann weiter auf die Hörschnecke (=Chochlea), in der Cochlea gibt es eine Basilarmambran, die jetzt ebenfalls herumschwingt. Auf dieser Membran sitzen Haarsinneszellen. Diese Haarsinneszellen haben oben kleine Fortsätze, die Stereovilli. Diese sind oben an einer weiteren Membran befestigt, der Tektorialmembran. Schwingt nun, die Basilarmembran, bewegen sich die Haarsinneszellen mit. Da die Tektorialmembran aber relativ steif ist, werden die Stereovilli dadurch zur Seite bewegt. Um dir das ganze bildlich besser vorstellen zu können, kannst du ja mal "Cortisches Organ" bei Google-Bilder suchen.

Die Spitzen der Stereovilli sind mit kleinen Fäden verbunden (Tip-Links). Am Ende dieser Fäden sitzen Ionenkanäle. Geraten diese Fäden nun durch das Umknicken der Stereovilli unter Spannung, öffnen sich die Ionenkanäle und es findet eine Depolarisation der Membran statt. Hier entsteht zwar noch kein Aktionspotential, aber durch die Depolarisation wird am anderen Ende der Haarsinneszelle (im Grunde eine Synapse) ein Transmitter ausgeschüttet. Diese Transmitterausschüttung bewirkt dann eine Signalweiterleitung an den Hörnerv, welcher das Ganze ans Gehirn weiterleitet.

Ich hoffe, das war verständlich =)

Könnten Sie eventuell auch noch beschrieben wie sich die Ionenverteilung bei dem Vorgang, ab der Öffnung des Tip-Links, verhält :)?

Und evt. die Ladung des Ruhezustands nennen? Denn bei Wikipedia habe ich gelesen es seien -80mv, doch in anderen Quellen stieß ich auf -70mv :o.

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@NinoP

Du kannst gerne zum "Du" wechseln ;)

Bei der Ionenverteilung ist es hier ein wenig anders als bei den normalen Ionenverteilungen einer Nervenzelle, wie man es in der Schule lernt.

Beim Öffnen der Ionenkanäle an der Spitze der Stereovilli strömt Kalium ein und kein Natrium. Die Wirkung ist aber die gleiche.

Mit den Angaben zum Ruhepotential musst du immer etwas vorsichtig sein. Eine Abweichung von ~10mV ist da auch gut und gerne mal auf Messungenauigkeiten zurückzuführen. Die Angaben in verschiedenen Quellen unterscheiden sich da.

In unserem Fall hier haben wir drei verschiedene "Areale".

  1. Endolymphe (Wenig Natium, viel Kalium)
  2. Perilymphe (Viel Natrium, wenig Kalium)
  3. Haarsinneszelle

Die Haarsinneszelle sitzt mit ihrem unteren Bereich in der Perilymphe und mit dem oberen Bereich (Stereovilli) in der Endolymphe). Sie enthält ebenfalls wenig Kalium aber mehr Natrium als die Perilymphe. Dadurch, dass die Haarsinneszelle an zwei verschieden geladene Bereich grenzt, ergeben sich auch zwei verschiedene Membranpotentiale.

  • Im unteren Bereich (Haarsinneszelle - Perilymphe) herrscht ein Potential von etwa -70 mV.
  • Im oberen Bereich (Haarsinneszelle - Endolymphe) herrscht ein Potential von etwa -150 mV.
  • Zwischen der Endolymphe und der Perilymphe herrscht ein Potential von etwa -80mV
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@eisn89

Okay.

Die Depolarisation läuft also dann so ab:

Kaliumionen strömen nach öffnen der Kanäle der Haarzelle in die Zelle ein, weil die Haarzelle -150mv unterschied zur Endolymphe hat. Dies geschieht bis ein unterschied von 0mv besteht. Nun sind wieder die -150mv unterschied bestrebt also werden Calciumkanäle geöffnet wobei die Calciumionen in die Zelle strömen.

Depolarisation abgeschlossen?

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@NinoP

Im Prinzip richtig, ja.

Dies geschieht bis ein unterschied von 0mv besteht

Jein. Natürlich können die Känäle schon vorher wieder geschlossen werden. Je nachdem wie lange die Stereovilli umgelenkt werden (Siehe deine andere Frage dazu). Aber sobald die Kaliumkonzentration der Endolymphe und der Haarsinneszelle gleich ist, fließt natürlich auch kein Kalium mehr.

Nun sind wieder die -150mv unterschied bestrebt also werden Calciumkanäle geöffnet wobei die Calciumionen in die Zelle strömen.

Da bin ich mir nicht ganz sicher aber ich würde eher dazu tendieren, dass die Natrium/Kalium Pumpe hier wieder für einen Ausgangszustand sorgt, da Calcium in den Haarsinneszellen nochmal eine ganz spezielle Rolle übernimmt. Das ist für das Grundverständnis des Ablaufs aber erstmal nicht relevant.

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@eisn89

Hm, okay.

Aber ein großes Dankeschön. Ich versuche mir das mit der Depolarisation noch einmal genauer anzuschauen.

Ist die Hyperpolarisation auch ein entscheidender Faktor dabei?

Tut mir leid, dass ich etwas stark unwissend über das Thema rüberkomme aber ich musste mir das bis jetzt alles selber beibringen, weil es ein freiwilliges Referat ist.

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@NinoP

Im Ruhezustand, also wenn die Haarsinneszellen nicht bewegt werden, sind die Ionenkanäle an den Stereovilli ein wenig geöffnet. Wenn sie zur einen Seite ausgelenkt werden, findet eine stärkere Depolarisation statt, wenn sie zur anderen Seite ausgelenkt werden, findet eine schwächere Depolarisation statt. Eine Hyperpolarisation findet in diesem Fall gar nicht statt.

Allerdings ist der Vorgang an den Stereovilli noch nicht zu 100% erforscht. Du wirst bei einer ausführlichen Internetrecherche immer mal auf verschiedene Hypothesen stoßen. Lass dich davon nicht verunsichern. Vor allem bei einem freiwilligen Referat wird niemand von dir erwarten, dass du dir plötzlich Zusammenhänge erschließt, die selbst renomierten Forschern noch nicht ganz klar sind. Solange du das Grundprinzip verstanden und wiedergeben kannst, sollten deine Lehrer damit mehr als zufrieden sein. =)

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@eisn89

Okay, danke. Du hast mir sehr weitergeholfen :).

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@NinoP

Ok, ich habe mich noch einmal mit der Depolarisation beschäftigt und mich bei Wikipedia informiert, auch wenn das bekanntlich nicht die beliebteste Quelle ist.

Depolarisation [Bearbeiten] Werden die Stereovilli der Haarzellen durch mechanische Schwingungen der Basilarmembran der Cochlea in Richtung des längsten Stereoziliums ausgelenkt, bewirkt dies (wie oben beschrieben) über Tip-Link-Verbindungen die Öffnung von Kaliumkanälen in den Haarzellen. Im oberen Bereich der Haarzelle (Endolymphflüssigkeit) kommt es zu K-Ioneneinstrom. Dieser Einstrom kommt dadurch zustande, dass das Zelleninnere −155 mV negativer geladen ist als die Endolymphe. Dies führt dazu, dass positive Ladungen in Form von K-Ionen einströmen. Das chemische Gleichgewichtspotential von Kalium beträgt 0 mV, da intrazellulär die gleiche Konzentration herrscht wie in der Endolymphe (Klinke, Silbernagl, Auflage 2005, S.664), ist aber durch das elektrische Potential von -155 mV „bestrebt“, die Spannungsdifferenz zwischen Zelläußerem und -innerem zu positivieren. Die Kaliumionen bewirken im Zellinneren die Öffnung von Calciumkanälen, wodurch Calcium einströmt. Dies führt wie in anderen Neuronen zur Depolarisation und damit zur verstärkten Ausschüttung von Neurotransmittern an nachgeschaltete Neurone.

Also ich habe das so verstanden, dass bei der Bewegung der Stereovilli nach Öffnung der Kaliumkanäle, also nach rechts, die Kaliumionen pos. Form einströmen, weil die Endolymphe pos. und das Zellinnere neg. ist. das geschieht dann bis ein gewisser ausgleich der beiden Ladungen von Endolymphe und Haarzelle entsteht. Die Kaliumionen sollen nun die Calciumkanäle öffnen und Calciumionen einströmen lassen, die dann zu einer Ausschüttung von Neurotransmittern an der Postsynapse sorgen und somit den Reiz zum Gehirn weiterleiten. Dazu habe ich auch ein Bild gefunden, bloß ist dort wieder die Hyperpolarisation erwähnt, was mich etwas verwirrt.

http://abgedichtet.org/files/img/242/abb05.png

Du sagtest:

"Nun sind wieder die -150mv unterschied bestrebt also werden Calciumkanäle geöffnet wobei die Calciumionen in die Zelle strömen. "

Da bin ich mir nicht ganz sicher aber ich würde eher dazu tendieren, dass die Natrium/Kalium Pumpe hier wieder für einen Ausgangszustand sorgt, da Calcium in den Haarsinneszellen nochmal eine ganz spezielle Rolle übernimmt. Das ist für das Grundverständnis des Ablaufs aber erstmal nicht relevant.

Denkst Du, es stimmt, was auf Wikipedia steht? Weil ich wollte zumindest in der Lage sein die Depolarisation genau zu beschreiben.

Ein paar Fragen haben sich leider auch wieder bei mir entwickelt:

• Ohne Einwirkung sind die Stereovilli ja auch ein Stück geöffnet, strömen dann keine Kaliumionen hinein oder wird durch diese kleine Öffnung der Unterschied von -150mv aufrecht erhalten, weil die Tip-Links evt. auch eine Laden aufweisen?

• Bei einer Auslenkung nach Links soll eine "kleine Depolarisation" stattfinden, wie muss man das genau verstehen?

Ich habe mein Lehrer gefragt, ob ich es "so" genau darstellen soll und er antwortete damit, dass ich es auf neurophysiologischer Ebene darstellen soll, wie der mechanische Reiz in ein elektrisches Signel umgewandelt wird, dennoch nicht zu ausführlich und verständlich. Aus dieser Antwort schließe ich, dass die Depolarisation dabei der entscheidende Punkt ist.

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@NinoP

Moin,

zu der Sache mit der Hyperpolaristation:

Ich hab mich da vielleicht etwas unklar ausgedrückt. Theoretisch kann man bei einer Auslenkung der Stereovilli nach links schon von einer Hyperpolarisation sprechen. Durch die Auslenkung nach links verringert sich der Kaliumeinstrom und damit auch das Membranpotential. Da es in diesem Fall aber quasi kein Ruhepotential gibt sondern ein ständiges hin und her, habe ich gezögert, den Begriff Hyperpolarisation zu verwenden. Wenn man es nicht so eng sieht, kann man also auch hier von einer Hyperpolarisation sprechen. Falsch wäre das nicht. Bei deiner zweiten Frage mit der "kleinen Depolarisation" ist genau das gemeint, was ich beschrieben habe. Die Auswirkung einer Auslenkung nach Links kann man entweder als Hyperpolarisation oder auch als "kleinere Depolarisation" beschreiben. Beides wäre richtig.

Ohne Einwirkung sind die Stereovilli ja auch ein Stück geöffnet, strömen dann keine Kaliumionen hinein oder wird durch diese kleine Öffnung der Unterschied von -150mv aufrecht erhalten, weil die Tip-Links evt. auch eine Laden aufweisen?

Doch, auch ohne Auslenkung der Stereovilli strömen Kaliumionen ein. Allerdings nicht sehr viele. Bei einer Auslenkung nach linsk noch weniger, bei einer Auslenkung nach rechts mehr. Die Spannung von 150 mV wird aufrecht erhalten indem durchgehend Kalium aus dem umliegenden Bereich in die Endolymphe gepumpt wird.

Ich habe mein Lehrer gefragt, ob ich es "so" genau darstellen soll und er antwortete damit, dass ich es auf neurophysiologischer Ebene darstellen soll, wie der mechanische Reiz in ein elektrisches Signel umgewandelt wird

Na wunderbar =) Das erspart dir einiges. Auf neurophysiologiescher Ebene bedeutet, dass du erklären sollst, welche Gewebe und Zellstrukturen eine Rolle spielen. Also musst du dich nicht so sehr auf irgendwelche Proteine (z.B die Tip-Links oder Ionenkanäle) konzentrieren sondern vielmehr eine Größenordnung höher. Das wäre dann der Aufbau der Hörschnecke, des Cortischen Organs und der Haarsinneszellen und wie das ganze im groben funktioniert.

Welche Membranspannungen herrschen, woher das Kalium kommt, welche Transmitter ausgeschüttet werden, welche Proteine beteiligt sind etc. kannst du also bis zu einem gewissen Teil vernachlässigen.

Die Umwandlung von einem mechanischen Reiz in einen elektrischen hast du ja auch schon verstanden.

  • Schallwellen erreichen Cortisches Organ
  • Dadurch werden Stereovilli umgelenkt
  • Es entsteht Spannung auf den Bändern mit denen die Stereovilli verbunden sind.
  • Durch die Spannung öffnen sich Kanäle.
  • Der Kaliumeinstrom bewirkt einen Calciumeinstrom
  • Calciumeinstrom bewirkt eine Transmitterausschüttung
  • Transmitter lösen im Hörnerv Aktionspotentiale aus (--> elektrisches Signal)

Fertig =)

Ich hoffe, das konnte helfen.

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@eisn89

Ja, das hat mir geholfen, danke :D.

Noch ein paar Kleinigkeiten hätte ich, aus reinem Interesse zu diesem Thema.

  1. Wenn man sozusagen nichts hört, wenn man also in einem Raum ist und keine besonderen Geräusche wahrnimmt, dann hört man ja trotzdem ein leises Geräusch/Rauschen im Ohr. Zuerst dachte ich, dass es auf die Auslenkung der Stereovilli in keine der beiden Richtungen (rechts oder links) erzeugt wird aber das kann ja nicht sein, weil nur Kaliumionen hineinströmen und keine direkte Depolarisation stattfindet oder irgendwelche Signale gesendet werden an die Postsynapse. Hast du eine Ahnung oder sind meine Ohren einfach in irgendeiner Form angeschlagen?^^ Und wenn das damit nichts zutun hat, was für ein Ereignis bewirkt die Ausrichtung in keine der beiden Richtungen?

2.Die Haarzellen selber haben, wie ich meine gelesen zu haben, keine Refräkterzeit. Aber die Weiterleitung der Aktionspotenziale hat eine Refräkterzeit, die etwas länger dauert als die Weiterleitung selbst (!?). Die Haarzelle kann also ganz viele Signale zur Synapse senden, die die Synapse selbst aber nicht in dieser Zeit verarbeiten kann?

3.Was hat eine Hyperpolarisation, bzw. eine "kleine Depolarisation" zur Folge? Da ja nun kein Kalium eintritt können, denke ich, auch keine Calciumionen in die Zelle geraten um Neurotransmitter zur Synapse zu leiten, also wäre meine Vermutung => man hört nichts, ist das so?

4.Bei einer Ausrichtung der Stereovilli nach rechts wird, am Ende des ganzen Vorgangs ein Signal zum Gehirn gesendet. Hört man das Geräusch erst dann, wenn das Gehirn es als akustisches Ereignis interpretiert hat?

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@NinoP

Daumen Hoch für deinen Wissenshunger! :D

  1. Wir haben ja schon geklärt, dass auch bei keiner Auslenkung der Stereovilli trotzdem ein wenig Kalium einströmt. Und was passiert, wenn Kalium einströmt? Genau, es strömt Calcium ein und Transmitter werden freigesetzt. Das bedeutet, selbst wenn kein Schall auf deine Ohren trifft, wird ständig eine kleine Impulsrate über den Hörnerv zum Gehirn geleitet. Das ist das Grundrauschen, von dem du gesprochen hast. Das ist völlig normal =)

  2. Yep. Refraktärzeiten gibt es nur bei spannungsabhängigen NatriumIonenkanälen. Die findet man am Axon von Nervenzellen. Da Haarsinneszellen zwar schon gewissermaßen Nervenzellen sind (Sinnesnervenzellen) aber kein Axon besitzen, zeigt sich hier auch keine Refraktärzeit.

  3. "Nichts" hören ist nicht ganz korrekt aber du denkst in die richtige Richtung. Stell dir das ganze als Skala für Tonhöhen vor. Wenn die Stereovilli im Ruhezustand sind, liegt die Skala bei 100. Knicken sie nach Links um, geht die Skala runter. Knicken sie nach rechts um, geht die Skala hoch. Wann genau man "nichts" hört, kann ich dir leider gerade nicht beantworten. Da müsste ich mich nochmal schlau machen. Sorry

  4. Yep. Die Weiterleitung braucht Zeit und auch die Verarbeitung braucht Zeit. Du hörst also alles ein wenig verzögert. Da das gleiche Prinzip aber auch bei deinem Augen (Sehnerv+Verarbeitung) stattfindet, hast du nicht das Gefühl, dass es verspätet ankommt. Im Grunde nehmen wir immer die "Vergangenheit" wahr aber nicht das, was genau in dem Moment passiert. Schon irre, was? ;)

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@eisn89

Schon bisschen komisch aber besser als eine noch größere Verspätung, haha.

Deine Antwort auf Frage Nr. 2 habe ich noch nicht ganz verstanden, also Haarsinneszellen haben keine Refraktärzeit, weil es diese nur bei NatriumIonenkanälen gibt und Synapsen haben eine. Das was ich versuchte zu fragen war aber mehr darauf bezogen wie diese dann zusammenarbeiten können, wenn die Synapsen in einer sec. zb. 10 Signale erhalten und Umwandeln und Neurotransmitterausschüttungen ( ich weiß, dass sie deutlich mehr erhalten^^ ) aber die Synapsen nur 5 davon verarbeiten können Aufgrund der Zeit die sie brauchen

2 letzte Fragen habe ich noch ( ich denke es sind wirklich die letzten 2 :D )

5.Das Runde Fenster soll dazu da sein die Schwingungen, die aus dem Paukengang kommen auszuschwingen. Dann gibt es die Paukenhöhle im Mittelohr, die über die Ohrtrompete oder Eustachische Röhre einen Druckausgleich erfährt durch Gähnen und Schlucken. Ich verstehe den Zusammenhang zwischen dem Runden Fenster und der Paukenhöhle nicht ganz. Ist Druck etwas, was dann sozusagen aus dem runden Fenster in die Paukenhöhle gerät und dort ausgeglichen wird? Also kann man Druck dort als eine Sache sehen, die Raum einnimmt?

6.Und nun meine allerletzte Frage: Die Gehörschnecke nimmt an der Spitze niedrige Frequenzen war und am Anfang der Schnecke werden hohe Frequenzen wahrgenommen, wie kann das sein, wenn die Flüssigkeit in der Schnecke ( Perilymphe) doch schon vorher den Schneckengang in Bewegung und somit die Haarzellen gereizt hat ein Signal auszusenden? Wird die Basilarmembran an den anderen Stellen bis auf der Stelle wo Frequent hin muss nicht genug/nicht in Bewegung gesetzt?

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@NinoP

Ergänzung zu Antwort 2)

Okay ich glaub, jetzt weiß ich, was du meinst. Aber vorneweg: Nur spannungsabhängige Natriumionenkanäle zeigen eine Refraktärzeit. Das ist der Zeitraum nachdem sie sich wieder geschlossen haben, in dem sie sich nicht bzw. nur durch deutlich stärkere Impulse wieder öffnen lassen.

Das was du meinst ist jetzt, wenn viele viele Schwingungen in einem sehr kurzen Zeitraum (hohe Frequenz) die Haarsinneszelle aktivieren und diese dann so schnell feuert, dass die spannungsabhängigen Natriumionenkanäle in den Axonen des Hörnervs das gar nicht mehr verarbeiten können. In dem Fall feuern die Axone des Hörnervs so schnell sie können. Also auch wenn "10" Schwingungen bei der Haarsinneszelle ankommen, erreichen nur "5" davon das Gehirn.

In Wirklichkeit ist diese Grenze nicht bei 10 sondern etwa 20.000 Schwingungen pro Sekunde.

  1. Stell dir Druck vor wie eine sich ausbreitende Vibration. Ähnlich wie eine Wasserwelle. Das ovale Fenster ist ein kleines Häutchen, welche die Vibration von den Gehörknöchelchen an das Innenohr weiterleitet. Das runde Fenster ist dazu da, die Vibrationen, die in der Paukenhöhle ankommen abzudämpfen.

  2. Das ist auf die Eigenschaft der Schallwellen zurückzuführen. Da fehlt mir leider das physikalische Hintergrundwissen um das ausführlich und treffsicher beschreiben zu können. Vielleicht hilft dir aber ja ein Beispiel.

Schwingungen wirken unterschiedlich auf verschiedene Materialien. So hat man zum Beispiel mehrere Leute auf einer Brücke 1,5 Mal pro Sekunde springen lassen. Es passierte nichts. Als man aber das Springen auf 1,2 Mal pro Sekunde erhöht hat, übertrug sich die Schwingung auf die Brücke.

Das ist ein Phänomen, dass sich auf die Eigenfrequenz zurückführen lässt. Jeder Körper schwingt, auch ohne, dass er beeinflusst wird. Die Hörschnecke hat an verschiedenen Stellen verschiedene Eigenfrequenzen.

Spul bei diesem Video mal zu 0:24. VIelleicht wird es dadurch klarer.

Viel Erfolg mit dem Referat =)

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@eisn89

Okay, ein großes Dankeschön :D.

Ich denke, dass ich jetzt alles weiß, was ich wissen muss/will :).

Ich werde dir meine Note bzw. Notenpunkte auf das Referat mitteilen, wenn ich sie bekommen habe ( in 1-2 Wochen ).

Ich danke das ist dann nochmal eine gute Rückmeldung =)

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@NinoP

Aber Hallo!

Natürlich möchte ich die Note für's Referat auch erfahren! ;)

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Habs mir nicht angeschaut, aber vielleicht helfen dir diese 2 Videos weiter ;-)

http://www.sofatutor.com/search?q=H%C3%B6rschnecke

Kann gut sein, dass mir die Videos helfen, bloß hab ich im Moment kein video fähiges Internet.

Trotzdem danke.

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Hey, ich glaub HIER ist genau das was du brauchst!

http://www.youtube.com/watch?v=TB4xioY5vGo

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@gwandala

Ich kanns ja mal versuchen zu laden aber ich denke das wird nichts^^ trotzdem danke, ich lass es einfach mal 1-2h laden :D.

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@gwandala

Vielleicht kannst du es ja auf einem anderen PC schauen, denn dort ist wirklich die komplette Erregungsleitung ausführlich beschrieben!

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@gwandala

Ich hab schon 1/4 davon geladen, das passt schon :D.

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@NinoP

Das Video hat mir sehr gut gefallen, bloß kamen da auch Sachen vor von denen ich noch nichts gehört habe. Das muss aber nicht heißen, dass es nicht hilfreich war.

Also dankeschön :)

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