Myelinisierte und nicht myelinisierte Nervenfasern spielen eine entscheidende Rolle im Nervensystem. Dieser Artikel befasst sich mit den strukturellen und funktionellen Unterschieden zwischen markhaltigen (myelinisierten) und marklosen (nicht myelinisierten) Nervenfasern.
Struktur und Aufbau von Nervenfasern
Nervengewebe besteht aus zwei Haupttypen von Zellen: Neuronen und Stützzellen. Ein Neuron ist die strukturelle und funktionelle Einheit des Nervensystems, die elektrische Signale empfängt, verarbeitet und weiterleitet. Stützzellen, auch Neurogliazellen genannt, unterstützen die Neuronen, leiten aber keine elektrischen Signale.
Ein Nerv besteht aus einer Ansammlung von Bündeln (oder Faszikeln) von Nervenfasern. Innerhalb des ZNS kann das Gehirn- und Rückenmarksgewebe je nach Gewebezusammensetzung als graue oder weiße Substanz klassifiziert werden. Die weiße Substanz besteht vor allem aus myelinisierten Nervenfasern, während die graue Substanz aus neuronalen Zellkörpern besteht.
Das Axon: Kern der Nervenfaser
Das Axon, auch Neurit genannt, ist ein schlauchartiger Fortsatz der Nervenzelle, der für die Weiterleitung von elektrischen Signalen zuständig ist. Es gibt zwei Arten von Axonen: umhüllte (myelinisierte) und nicht-umhüllte (marklose) Axone. Ein Axon zusammen mit seiner Hüllstruktur wird als Nervenfaser bezeichnet.
Das Axon sieht aus wie ein langer Schlauch und kann bei Menschen von wenigen Millimetern bis zu einem Meter lang sein. Es hat einen relativ gleichbleibenden Durchmesser und entspringt am Zellkörper der Nervenzelle, dem Axonhügel. Von dort bildet das Axon einen langen Strang, der in bäumchenartigen Verzweigungen - den Endknöpfchen - endet. An den Endknöpfchen befindet sich die Verbindungsstelle von einer zur nächsten Nervenzelle.
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Die wichtigste Aufgabe des Axons ist die Weiterleitung elektrischer Erregungen vom Zellkörper an das Ende der Nervenzelle. Es kann aber abgesehen vom elektrischen Transport auch ein Stofftransport im Axon stattfinden, der als axonaler Transport bezeichnet wird. Dabei können Stoffe (z.B. Proteine) vom Zellkörper zu den Endknöpfchen oder umgekehrt transportiert werden.
Myelinscheide: Isolation für schnelle Signalübertragung
Myelinisierte Axone sind von einer schützenden Schicht, der Myelinscheide, umhüllt. Die Umhüllung bilden bei Nervenzellen des zentralen Nervensystems die Oligodendrozyten, im peripheren Nervensystem die Schwann’schen Zellen. Die Myelinscheide ist keine durchgehende Hülle, sondern in Abständen von 0,1 - 1,5 mm immer wieder unterbrochen. Diese Unterbrechungen werden als Ranviersche Schnürringe bezeichnet.
Die Myelinscheide isoliert den Nervenzellfortsatz wie ein elektrisches Kabel und ermöglicht eine deutlich schnellere Erregungsweiterleitung im Vergleich zu nicht myelinisierten Neuriten.
Unterschiede zwischen markhaltigen und marklosen Nervenfasern
Der Hauptunterschied zwischen markhaltigen und marklosen Nervenfasern liegt in der Struktur und der daraus resultierenden Geschwindigkeit der Reizweiterleitung.
Markhaltige Nervenfasern
Bei markhaltigen Nervenfasern umhüllen Schwann'sche Zellen das Axon mehrmals und bilden eine isolierende Myelinscheide. Diese Myelinscheide besteht aus Fetten und Proteinen und ist für die elektrische Isolierung verantwortlich. Zwischen benachbarten Schwannschen Zellen befindet sich je ein Ranvierscher Schnürring.
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Da eine Änderung des Membranpotenzials nur an den Ranvierschen Schnürringen stattfinden kann, erfolgt die Weiterleitung des Aktionspotenzials sprunghaft, auf saltatorische Weise. Mit einer Geschwindigkeit von bis zu 120 m/s wandert der Reiz recht schnell und die Nervenfasern arbeiten effizienter in der Informationsweitergabe als marklose.
Bei markhaltigen Nervenfasern besitzt das Axon nur an den Ranvierschen Schnürringen die Natrium-Kalium-Ionenpumpen. Durch diese räumliche Begrenzung konzentriert sich die Anzahl auf 12000 pro µm². So können hohe Konzentrationen an Ionen schneller transportiert werden, ohne jedoch alle Pumpen in Gebrauch zu nehmen.
Markhaltige Nervenfasern sind für schnelle Reaktionen notwendig und kommen überall im Körper vor. Sie dienen nicht nur schnellen Bewegungen, sondern sind auch im Straßenverkehr für die Achtsamkeit notwendig. Am wichtigsten ist ihre Funktion für Reaktionen auf Gefahrensituationen.
Marklose Nervenfasern
Im Gegensatz dazu wickeln sich bei marklosen Nervenfasern die Schwann'schen Zellen nur einfach um das Axon herum, ohne eine Myelinscheide zu bilden. Das Axon ist sozusagen nackt. Marklose Nervenfasern führen eine langsame Reizweiterleitung aus.
Im Nervenzellkörper wird ein Reiz in ein elektrisches Signal umgewandelt. Dieses führt zu einer Depolarisation der Zellmembran. Ab Erreichen eines bestimmten Schwellenwertes wird am Axonhügel ein Aktionspotenzial ausgelöst. Sobald ein Aktionspotenzial durch eine Stelle der Nervenzelle durchgelaufen ist, muss dort wieder das ursprüngliche Membranpotenzial hergestellt werden. Die Natrium-Kalium-Pumpen werden aktiviert und sorgen für den Ausgleich. Natrium wird aus dem Axon transportiert, Kalium fließt in das Axon. Für diesen Vorgang wird Energie in Form von ATP durch Spaltung verbraucht. Die Axonwand ist regelmäßig mit Natrium-Kalium-Pumpen durchbrochen.
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Marklose Nervenfasern kommen vorwiegend in wirbellosen Tieren vor. Ein Beispiel ist die Biene. Aufgrund ihrer geringen Größe ist eine Reizweiterleitung von etwa 3 m/s ausreichend, um Informationen weiterzuleiten. Bei Menschen finden wir marklose Nervenfasern zum Beispiel in Magen und Darm.
Vergleichstabelle
| Merkmal | Markhaltige Nervenfasern | Marklose Nervenfasern |
|---|---|---|
| Myelinscheide | Vorhanden, gebildet von Schwann-Zellen oder Oligodendrozyten | Nicht vorhanden |
| Schwann-Zellen | Mehrere Wicklungen um das Axon | Einfache Umwicklung des Axons |
| Ranviersche Schnürringe | Vorhanden | Nicht vorhanden |
| Reizweiterleitung | Saltatorisch, schnell (bis zu 120 m/s) | Kontinuierlich, langsam (ca. 3 m/s) |
| Natrium-Kalium-Pumpen | Konzentriert an den Ranvierschen Schnürringen | Gleichmäßig über die Axonwand verteilt |
| Vorkommen | Überall im Körper, für schnelle Reaktionen | Wirbellose Tiere, Magen-Darm-Trakt des Menschen |
Funktion der Schwann-Zellen
Die Schwann'sche Zelle Funktion geht über die Myelinisierung hinaus. Sie umgeben die Fortsätze von Nervenzellen und isolieren sie von benachbarten Zellen und der extrazellulären Matrix, indem sie eine lipidreiche Myelinscheide bilden, die eine schnelle Weiterleitung von Nervenimpulsen gewährleistet. Mantelzellen ähneln Schwann-Zellen, umgeben jedoch die Zellkörper der Nervenzellen.
Klinische Bedeutung
Schädigungen der Myelinscheide können zu schweren neurologischen Erkrankungen führen.
Multiple Sklerose (MS)
Multiple Sklerose ist eine chronische, entzündliche Autoimmunerkrankung, die zur Zerstörung von Oligodendrozyten und somit zur Demyelinisierung von Nerven im ZNS führt, was zur Schädigung und Degeneration von Axonen führt. Die Übertragung von Aktionspotentialen wird beeinträchtigt. Das klinische Erscheinungsbild ist sehr unterschiedlich, umfasst jedoch typischerweise neurologische Symptome, die das Sehvermögen, die motorischen Funktionen, die Sensorik und die autonomen Funktionen beeinflussen. Die Diagnose erfolgt durch Magnetresonanztomographie (MRT) des gesamten ZNS und Untersuchung des Liquors.
Guillain-Barré-Syndrom (GBS)
Guillain-Barré-Syndrom ist eine Familie von immunvermittelten demyelinisierenden Polyneuropathien, die nach Infektionen auftreten, bei denen das Immunsystem die Myelinscheide und Schwann-Zellen angreift. Ein typisches GBS ist durch eine akute monophasische neuromuskuläre Lähmung gekennzeichnet, die symmetrisch und aufsteigend verläuft. Wenn die Atemmuskulatur betroffen ist, kann GBS zum Atemstillstand führen, was eine intensivmedizinische Betreuung erfordert.
Amyotrophe Lateralsklerose (ALS)
Amyotrophe Lateralsklerose ist eine vereinzelt spontan auftretende oder vererbte neurodegenerative Erkrankung der ersten und zweiten Motoneurone. Der genaue Mechanismus ist unbekannt, scheint aber multifaktoriell zu sein. Amyotrophe Lateralsklerose ist durch Anzeichen und Symptome gekennzeichnet, die auf die Koexistenz von Degeneration beider Motoneurone hinweisen. Die Diagnose wird klinisch gestellt. Die Therapie ist supportiv und symptomatisch.
Axonale Schädigung
Die Durchtrennung von Axonen, beispielsweise infolge eines Unfalls, führt zur Degeneration (Abbau) von Teilen der betroffenen Neuronen. Sie können nur teilweise wieder nachwachsen, was zu Problemen in der Signalweiterleitung führen kann.
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