Astrozyten im peripheren Nervensystem: Funktion, Struktur und klinische Relevanz

Einführung

Das Nervengewebe, ein komplexes Netzwerk, das für die Steuerung und Koordination der Körperfunktionen verantwortlich ist, besteht aus zwei Hauptzelltypen: Neuronen und Gliazellen (auch Stützzellen genannt). Neuronen sind die elektrisch erregbaren Funktionseinheiten, die Signale empfangen, verarbeiten und weiterleiten. Gliazellen hingegen, die keine elektrischen Signale leiten, unterstützen die Neuronen in vielfältiger Weise. Im Zentralnervensystem (ZNS) gibt es vier Haupttypen von Gliazellen: Oligodendrozyten, Astrozyten, Mikroglia und Ependymzellen. Im peripheren Nervensystem (PNS) werden die Stützzellen als periphere Neuroglia bezeichnet, zu denen Schwann-Zellen, Mantelzellen und andere Zellen mit spezifischen Strukturen und Funktionen gehören. Dieser Artikel konzentriert sich auf die Funktion der Astrozyten im peripheren Nervensystem.

Aufbau des Nervengewebes

Um die Rolle der Astrozyten im PNS zu verstehen, ist es wichtig, zunächst die grundlegende Struktur des Nervengewebes zu betrachten.

Neuronen

Neuronen sind die primären Funktionseinheiten des Nervensystems. Sie bestehen aus:

• Dendriten: Empfangen Signale von anderen Neuronen.
• Zellkörper (Soma): Enthält den Zellkern und ist für den Zellstoffwechsel verantwortlich.
• Axon: Leitet Impulse zu anderen Zellen weiter.
• Synaptische Verbindungen: Spezialisierte Verbindungen zwischen Neuronen oder zwischen Neuronen und Effektorzellen (z. B. Muskel- oder Drüsenzellen), die die Übertragung von Impulsen ermöglichen.

Neuronen können aufgrund ihrer anatomischen Struktur und Funktion in sensorische Neuronen, Motoneuronen und Interneuronen unterteilt werden.

Gliazellen

Gliazellen, auch Neuroglia genannt, sind nicht-neuronale Zellen, die Neuronen unterstützen und schützen. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der Homöostase, der Nährstoffversorgung, der Abfallbeseitigung und der Immunabwehr im Nervensystem.

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Gliazellen im ZNS

• Oligodendrozyten: Produzieren und erhalten die Myelinscheide, die die Axone im ZNS umhüllt und eine schnelle Signalübertragung ermöglicht.
• Astrozyten: Die häufigste Art von Gliazellen im ZNS, die Neuronen mit Nährstoffen versorgen, die Blut-Hirn-Schranke bilden und den Extrazellularraum ausfüllen.
• Mikroglia: Die Immunzellen des ZNS, die Fremdkörper phagozytieren und Entzündungsreaktionen modulieren.
• Ependymzellen: Kleiden die inneren Hohlräume des Gehirns und Rückenmarks aus und tragen zur Bildung des Liquor cerebrospinalis bei.

Gliazellen im PNS

• Schwann-Zellen: Umhüllen die Axone der Nervenzellen im PNS und bilden die Myelinscheide, die eine schnelle Weiterleitung von Nervenimpulsen ermöglicht.
• Mantelzellen (Satellitenzellen): Umgeben die Zellkörper der Nervenzellen in den Ganglien des PNS und ähneln in ihrer Funktion den Astrozyten im ZNS.

Nerven

Ein Nerv besteht aus einer Ansammlung von Bündeln (Faszikeln) von Nervenfasern. Die Nervenfasern sind von verschiedenen Schichten des Bindegewebes umgeben:

• Epineurium: Die äußerste Schicht, die den gesamten Nerv umhüllt.
• Perineurium: Umgibt die Nervenfaserbündel (Faszikel).
• Endoneurium: Die innerste Schicht, die einzelne myelinisierte Axone (oder Gruppen nicht myelinisierter Axone) umgibt.

Graue und weiße Substanz

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.

Astrozyten: Struktur und Funktion im Überblick

Astrozyten sind nicht-elektrisch erregbare Nervenzellen, die zu den Gliazellen gehören und im ZNS vorkommen. Sie machen den größten Anteil der Gliazellen im ZNS aus. Einige Studien deuten darauf hin, dass bis zu 80 % der Zellen im Gehirn Astrozyten sind.

Struktur

Astrozyten können unterschiedliche Formen annehmen und werden oft mit einem Stern verglichen, da sie viele Fortsätze haben. Es gibt zwei Haupttypen von Astrozyten:

• Protoplasmatische Astrozyten: Reich verzweigt mit kleinen, dicken Fortsätzen (Kurzstrahler), hauptsächlich in der grauen Substanz des ZNS.
• Fibrilläre Astrozyten: Lange, dünne Fortsätze mit weniger Verzweigungen (Langstrahler), hauptsächlich in der weißen Substanz des ZNS.

In der Grenzschicht zwischen weißer und grauer Substanz gibt es plasmatofibrilläre Astrozyten. Die Form und Struktur der Astrozyten ist abhängig von den umliegenden Neuronen. Sie können sich an die Bedürfnisse der Neuronen anpassen, indem sie schrumpfen, anschwellen oder Fortsätze ausbilden.

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Funktionen

Astrozyten übernehmen vielfältige und wichtige Funktionen im Nervensystem:

• Stütz- und Haltefunktion: Astrozyten bilden ein Netzwerk, das das Gehirn durchzieht und den Neuronen Halt gibt.
• Bildung der Blut-Hirn-Schranke: Astrozyten umgeben die Blutgefäße im Gehirn und kontrollieren den Stofftransport zwischen Gehirn und Blut. Sie induzieren die Bildung von endothelialen Tight Junctions, die eine wichtige Rolle für die Blut-Hirn-Schranke spielen.
• Nährstoffversorgung der Neuronen: Astrozyten versorgen die Neuronen mit Nährstoffen, indem sie eine Brücke zwischen Neuronen und Blutkreislauf bilden.
• Flüssigkeitsregulation im Gehirn: Astrozyten helfen bei der Aufrechterhaltung des Flüssigkeitshaushaltes im Gehirn.
• Aufrechterhaltung des Kalium-Haushaltes: Astrozyten puffern extrazelluläre Ionenkonzentrationen, insbesondere Kaliumionen, und tragen so zur Homöostase bei.
• Regulation des extrazellulären pH-Wertes: Astrozyten regulieren den pH-Wert im Extrazellularraum des Gehirns.
• Abfallentsorgung im ZNS: Astrozyten helfen bei der Beseitigung von Abfallprodukten im ZNS.
• Informationsverarbeitung: Astrozyten können neuroaktive Moleküle freisetzen und an der Informationsverarbeitung im Gehirn beteiligt sein.
• Bildung von Glianarben: Nach einer Verletzung des Gehirns können Astrozyten Glianarben bilden, um das Gewebe zu stabilisieren.
• Bildung von Apolipoprotein E: Astrozyten bilden Apolipoprotein E, das eine wichtige Rolle beim Cholesterintransport im Gehirn spielt.
• Versorgung der Nervenzellen mit Cholesterin: Astrozyten versorgen die Nervenzellen mit Cholesterin, das für die Bildung von Zellmembranen und die Funktion von Synapsen wichtig ist.
• Energiespeicher des Gehirns: Astrozyten speichern Glykogen, das als Energiereserve für das Gehirn dient.
• Unterstützung der Synapsenbildung und -reifung: Astrozyten spielen eine Rolle bei der Bildung und Reifung von Synapsen.
• Neurotransmitteraufnahme: Astrozyten nehmen Neurotransmitter aus dem synaptischen Spalt auf und regulieren so die Konzentration der Neurotransmitter und die synaptische Übertragung.

Astrozyten im peripheren Nervensystem

Obwohl Astrozyten hauptsächlich im ZNS vorkommen, gibt es Hinweise darauf, dass astrozytenähnliche Zellen auch im PNS existieren und dort spezifische Funktionen erfüllen. Diese Zellen, die oft als Mantelzellen oder Satellitenzellen bezeichnet werden, umgeben die Zellkörper der Nervenzellen in den Ganglien des PNS.

Mantelzellen (Satellitenzellen)

Mantelzellen sind Gliazellen, die die Nervenzellkörper in den Ganglien des PNS umgeben. Sie ähneln in ihrer Funktion den Astrozyten im ZNS und spielen eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Homöostase und der Nährstoffversorgung der Nervenzellen.

Funktionen der Mantelzellen

• Schutz und Unterstützung der Nervenzellen: Mantelzellen bilden eine schützende Hülle um die Nervenzellkörper und bieten ihnen strukturelle Unterstützung.
• Regulation der Mikroumgebung: Mantelzellen regulieren die chemische Zusammensetzung der Flüssigkeit, die die Nervenzellen umgibt, und sorgen so für eine optimale Funktion der Nervenzellen.
• Nährstoffversorgung: Mantelzellen transportieren Nährstoffe zu den Nervenzellen und helfen bei der Beseitigung von Abfallprodukten.
• Modulation der neuronalen Aktivität: Mantelzellen können die Aktivität der Nervenzellen modulieren, indem sie Neurotransmitter aufnehmen und freisetzen.
• Schmerzverarbeitung: Es gibt Hinweise darauf, dass Mantelzellen eine Rolle bei der Schmerzverarbeitung spielen, insbesondere bei chronischen Schmerzzuständen.

Interaktion mit Neuronen und Schwann-Zellen

Die Interaktion zwischen Mantelzellen, Neuronen und Schwann-Zellen ist entscheidend für die Funktion des PNS. Mantelzellen kommunizieren mit Neuronen über verschiedene Signalwege und können die synaptische Übertragung beeinflussen. Sie interagieren auch mit Schwann-Zellen, die die Myelinscheide um die Axone bilden, und tragen so zur Aufrechterhaltung der Nervenfunktion bei.

Klinische Relevanz von Astrozyten und Gliazellen im Nervensystem

Erkrankungen der Gliazellen können schwerwiegende Auswirkungen auf die Gesundheit des Nervensystems haben und sind mit einer Vielzahl neurologischer Störungen und Krankheiten verbunden.

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Multiple Sklerose (MS)

Multiple Sklerose ist eine chronisch-entzündliche Autoimmunerkrankung, bei der die Oligodendrozyten im ZNS angegriffen werden, was zur Demyelinisierung der Nerven führt. Dies beeinträchtigt die Übertragung von Aktionspotentialen und führt zu neurologischen Symptomen wie Sehstörungen, motorischen Funktionsstörungen, Sensibilitätsstörungen und autonomen Funktionsstörungen.

Guillain-Barré-Syndrom (GBS)

Das Guillain-Barré-Syndrom ist eine Familie von immunvermittelten demyelinisierenden Polyneuropathien, bei denen das Immunsystem die Myelinscheide und Schwann-Zellen im PNS angreift. Dies führt zu einer akuten, aufsteigenden Lähmung, die lebensbedrohlich sein kann, wenn die Atemmuskulatur betroffen ist.

Gliome

Gliome sind Tumoren, die von Gliazellen ausgehen. Astrozytome sind die häufigste Form von Gliomen. Sie können in verschiedene Grade eingeteilt werden, wobei das Glioblastom (Astrozytom Grad IV) die aggressivste Form ist. Gliome können Krampfanfälle, neurologische Ausfälle und andere Symptome verursachen.

Amyotrophe Lateralsklerose (ALS)

Amyotrophe Lateralsklerose ist eine neurodegenerative Erkrankung, die die Motoneuronen im Gehirn und Rückenmark betrifft. Der genaue Mechanismus ist unbekannt, aber es wird vermutet, dass Gliazellen, insbesondere Astrozyten und Mikroglia, eine Rolle bei der Entstehung und dem Fortschreiten der Krankheit spielen.

Andere Erkrankungen

Gliazellen können auch bei anderen neurologischen Erkrankungen eine Rolle spielen, wie z. B.:

• Parkinson-Krankheit: Eine neurodegenerative Erkrankung, die durch den Verlust von Dopamin-produzierenden Neuronen in der Substantia nigra verursacht wird.
• Alzheimer-Krankheit: Eine neurodegenerative Erkrankung, die durch den Verlust von Neuronen und Synapsen im Gehirn gekennzeichnet ist.
• Schizophrenie: Eine psychiatrische Erkrankung, die durch Halluzinationen, Wahnvorstellungen und Denkstörungen gekennzeichnet ist.
• Tollwut: Eine Virusinfektion, die das Nervengewebe befällt und zu Koma und Tod führen kann.

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