Aufbau und Anatomie des Neurons: Eine detaillierte Betrachtung

Das Nervengewebe, ein fundamentaler Bestandteil des Nervensystems, setzt sich aus zwei Hauptzelltypen zusammen: Neuronen und Gliazellen (Stützzellen). Neuronen, auch Nervenzellen genannt, sind die strukturellen und funktionellen Einheiten des Nervensystems. Sie sind spezialisiert auf die Aufnahme, Verarbeitung und Weiterleitung elektrischer Signale. Gliazellen hingegen unterstützen die Neuronen in ihren vielfältigen Aufgaben.

Die Zelle im Fokus: Das Neuron

Das Neuron ist die zentrale Zelle des Nervensystems, verantwortlich für die Reizweiterleitung. Es ist eine hochspezialisierte Zelle, die Reize aus der Umwelt aufnimmt, weiterleitet und verarbeitet. Die einzelnen Nervenzellen sind zu einem großen Netzwerk verschaltet, das die Grundlage für komplexe Funktionen wie Wahrnehmung, Denken und Bewegungskoordination bildet. Schätzungen zufolge befinden sich etwa 86 Milliarden Neuronen im menschlichen Gehirn.

Funktionelle Komponenten eines Neurons:

Ein typisches Neuron besteht aus verschiedenen funktionellen Komponenten:

• Dendriten: Diese feinen, verzweigten Zellfortsätze empfangen Signale von anderen Neuronen oder Sinneszellen. Sie stellen die "Antennen" des Neurons dar und leiten die empfangenen Signale zum Zellkörper weiter.
• Soma (Zellkörper): Der Zellkörper enthält den Zellkern und die wichtigsten Zellorganellen, die für den Stoffwechsel des Neurons notwendig sind. Hier werden die von den Dendriten empfangenen Signale integriert und verarbeitet. Das Soma enthält den Zellkern sowie alle Zellorganellen, die für die Funktionsfähigkeit der Zelle wichtig sind, darunter Nissl-Schollen, Golgi-Apparat und Mitochondrien.
• Axonhügel: Dieser Bereich bildet den Übergang vom Soma zum Axon. Hier werden die elektrischen Signale gesammelt und summiert, bis ein bestimmtes Schwellenpotential überschritten wird. Erst dann wird ein Signal an das Axon weitergeleitet.
• Axon (Neurit): Das Axon ist ein langer, schlanker Fortsatz, der vom Zellkörper ausgeht und elektrische Impulse zu anderen Zellen (Neuronen, Muskelzellen, Drüsenzellen) weiterleitet. Im Gegensatz zu den kürzeren Dendriten kann die Länge des Axons je nach Funktion und Lokalisation der Nervenzelle bis zu einem Meter und mehr betragen.
• Myelinscheide: Viele Axone sind von einer Myelinscheide umgeben, einer isolierenden Schicht, die von Gliazellen gebildet wird (Schwann-Zellen im peripheren Nervensystem, Oligodendrozyten im zentralen Nervensystem).
• Ranviersche Schnürringe: Diese Unterbrechungen ermöglichen es dem elektrischen Impuls, über längere umhüllte Bereiche zu springen und so eine höhere Geschwindigkeit zu erlangen.
• Synaptische Endknöpfchen: Diese Strukturen bilden das Ende des Axons und ermöglichen die Übertragung von Signalen auf andere Zellen. Hier wird das elektrische Signal meist in ein chemisches Signal umgewandelt.

Signalübertragung an den Synapsen

Die synaptischen Endknöpfchen bilden das Ende eines Neurons. Das elektrische Signal wird hier auf die nächste Nervenzelle oder zum Beispiel auf eine Sinnes- oder Muskelzelle übertragen. Dazu wird das elektrische Signal meist in ein chemisches Signal umgewandelt. Die Verbindung am Ende einer Nervenzelle mit einer anderen Zelle wird als Synapse bezeichnet. In den meisten Fällen sind das chemische Synapsen. Das Endknöpfchen setzt chemische Moleküle in den synaptischen Spalt - die Lücke zwischen den zwei Zellen - frei. Dort binden sie an Rezeptoren und geben die Erregung weiter.

Die synaptische Vesikel werden anschließend im Nervenende über einige Zwischenschritte wieder recycelt und neu mit Botenstoffen befüllt. Die Funktionsweise der synaptischen Vesikel auf molekularer Ebene zu verstehen, ist eine aufwendige Arbeit.

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Trifft nun ein elektrisches Signal über das Axon am Nervenende ein, erhöht sich die elektrische Spannung an der präsynaptischen Membran. In der Folge bewegen sich mit Neurotransmittern gefüllte synaptische Vesikel in Richtung der Membran und verschmelzen mit ihr. Dabei werden die Botenstoffe in den synaptischen Spalt abgegeben und „wandern“ zur Empfängerzelle. Elektrisch geladene Teilchen strömen in die Zelle ein und verändern die Spannung der Empfänger Zelle (postsynaptisches Potenzial). Der entstehende Reiz wird anschließend über die Dendriten und dem Zellkörper zum Axonhügel weitergeleitet, wo bei einem ausreichend starken elektrischen Impuls ein Aktionspotenzial ausgelöst wird. Anschließend schließen sich die Natriumkanäle wieder. Die Spannung sinkt zurück auf das Ruhepotenzial (sogenannte Repolarisation).

Neurotransmitter

Meist wird das elektrische Potenzial dazu in sogenannten Neurotransmitter (Nervenbotenstoffe) „umgewandelt“. Zu den Neurotransmittern gehören eine Reihe chemischer Botenstoffe wie z. B. Acetylcholin, Noradrenalin, Dopamin oder Glutamat. Diese werden in chemischen Synapsen in kleinen Bläschen, den synaptischen Vesikeln, gelagert.

Es gibt mindestens 50 verschiedene Botenstoffe, die der Erregungsleitung zwischen den Neuronen dienen. Zu den bekannten Neurotransmittern gehören zum Beispiel Noradrenalin, Acetylcholin, Dopamin und Serotonin. Der Überträgerstoff entscheidet darüber, ob die nachgeschaltete Nervenzelle, eine Drüse oder ein Muskel aktiviert oder gehemmt wird. Acetylcholin ist ein Neurotransmitter, der aktivierend auf die Skelettmuskulatur wirkt, Noradrenalin ein Transmitter, der je nach Zelle, an die er abgegeben wird, fördert oder hemmt. Noradrenalin wird überwiegend im Sympathikus ausgeschüttet und aktiviert die Herzmuskelzellen, während es die Muskelzellen des Darms hemmt.

Neuronale Plastizität

Ein bemerkenswerter Aspekt der Neuronen ist ihre Plastizität. Diese bezeichnet die Fähigkeit der Neuronen, sich an Veränderungen anzupassen. Plastizität ermöglicht es den Neuronen, sich durch wiederholte Aktivierung und Lernprozesse zu verändern und Verbindungen zu verstärken / abzuschwächen oder neue Verbindungen auszubilden.

Klassifizierung von Neuronen

Neuronen können anhand verschiedener Kriterien klassifiziert werden, darunter ihre Struktur (Morphologie) und ihre Funktion.

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Morphologische Klassifikation:

• Unipolare Neuronen: Diese Neuronen besitzen nur einen Fortsatz, das Axon.
• Bipolare Neuronen: Diese Neuronen haben zwei Fortsätze: ein Axon und einen Dendriten. Sie dienen der Vermittlung bestimmter Sinne (z. B. Sehen, Riechen).
• Pseudounipolare Neuronen: Bei diesen Neuronen entspringen Axon und Dendrit aus einem gemeinsamen Fortsatz in der Nähe des Zellkörpers.
• Multipolare Neuronen: Dies ist der häufigste Neuronentyp. Sie besitzen viele Dendriten und ein Axon.

Funktionelle Klassifikation:

• Sensorische Neuronen (afferente Neuronen): Sie leiten Informationen von Sinnesrezeptoren zum zentralen Nervensystem.
• Motorische Neuronen (efferente Neuronen): Sie übertragen Signale vom zentralen Nervensystem zu Muskeln oder Drüsen und steuern so Bewegungen oder die Sekretion von Substanzen.
• Interneuronen: Sie befinden sich innerhalb des zentralen Nervensystems und verbinden sensorische und motorische Neuronen. Sie sind an komplexen Verarbeitungsprozessen beteiligt.

Gliazellen: Die Unterstützer der Neuronen

Neben den Neuronen spielen Gliazellen eine entscheidende Rolle im Nervensystem. Sie übertreffen die Neuronen zahlenmäßig und erfüllen vielfältige Funktionen, die für das Überleben und die optimale Funktion der Neuronen unerlässlich sind.

Arten von Gliazellen:

Es gibt verschiedene Arten von Gliazellen, die sich in ihrer Struktur und Funktion unterscheiden:

• Astrozyten: Diese sternförmigen Zellen sind die häufigsten Gliazellen im zentralen Nervensystem. Sie versorgen Neuronen mit Nährstoffen, regulieren die chemische Umgebung der Neuronen, bilden die Blut-Hirn-Schranke und füllen den Extrazellularraum des ZNS aus. Astrozyten können identifiziert werden, weil sie im Gegensatz zu anderen ausgereiften Gliazellen saures Gliafaserprotein (GFAP) exprimieren.
• Oligodendrozyten: Diese Zellen bilden die Myelinscheide um die Axone im zentralen Nervensystem. Im PNS werden die unterstützenden Zellen als periphere Neuroglia bezeichnet und umfassen Schwann-Zellen, Mantelzellen und verschiedene andere Zellen mit spezifischen Strukturen und Funktionen.
• Mikroglia: Dies sind die Immunzellen des zentralen Nervensystems. Sie phagozytieren Zelltrümmer und Krankheitserreger und spielen eine Rolle bei Entzündungsprozessen.
• Ependymzellen: Diese Zellen kleiden die Ventrikel des Gehirns und den Zentralkanal des Rückenmarks aus. Sie produzieren die Zerebrospinalflüssigkeit und tragen zu deren Zirkulation bei. Ependymzellen kommen nur im ZNS und in kleinen Subarachnoidalräumen vor. Sie übernehmen dort eine epithelähnliche Funktion.
• Schwann-Zellen: Diese Zellen bilden die Myelinscheide um die Axone im peripheren Nervensystem. Schwann-Zellen 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: Diese Zellen umgeben die Zellkörper der Neuronen in den Ganglien des peripheren Nervensystems. Mantelzellen ähneln Schwann-Zellen, umgeben jedoch die Zellkörper der Nervenzellen.

Funktionen der Gliazellen:

Die Gliazellen erfüllen eine Vielzahl von Funktionen, die für die Gesundheit und Funktion des Nervensystems unerlässlich sind:

• Stützfunktion: Gliazellen geben dem Nervengewebe Struktur und Halt.
• Ernährungsfunktion: Sie versorgen Neuronen mit Nährstoffen und Sauerstoff.
• Isolationsfunktion: Sie bilden die Myelinscheide, die die Axone isoliert und die Geschwindigkeit der Nervenimpulse erhöht.
• Abwehrfunktion: Sie schützen das Nervengewebe vor Schäden und Infektionen.
• Regulation der chemischen Umgebung: Sie regulieren die Konzentration von Ionen und Neurotransmittern im Extrazellularraum und sorgen so für eine optimale Funktion der Neuronen.
• Pufferung extrazellulärer Ionenkonzentrationen
• Freisetzung neuroaktiver Moleküle

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.

Erkrankungen des Nervensystems

Schädigungen der Neuronen oder Gliazellen können zu einer Vielzahl von neurologischen Erkrankungen führen. Einige Beispiele sind:

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• Multiple Sklerose (MS): Eine Autoimmunerkrankung, bei der die Myelinscheide im zentralen Nervensystem angegriffen wird. Multiple Sklerose: eine chronische, entzündliche Autoimmunerkrankung, die zur Zerstörung von Oligodendrozyten und somit 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. Magnetresonanztomographie (MRT) des gesamten ZNS und Untersuchung des Liquors.
• Guillain-Barré-Syndrom (GBS): Eine Autoimmunerkrankung, die die Myelinscheide im peripheren Nervensystem betrifft. Guillain-Barré-Syndrom (GBS): 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): Eine neurodegenerative Erkrankung, die die motorischen Neuronen betrifft. Amyotrophe Lateralsklerose (ALS): 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 (ALS) 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.
• Parkinson-Krankheit: Eine neurodegenerative Erkrankung, die durch den Verlust von dopaminproduzierenden Neuronen in den Basalganglien verursacht wird. Basalganglien (Stammganglien) des Gehirns verursacht wird. Muskelphysiologie der Skelettmuskulatur verantwortlich. Die Parkinson-Krankheit ist gekennzeichnet durch einen Ruhetremor der Gliedmaßen, insbesondere in den Händen, Starrheit/Steifigkeit in allen Muskeln (Rigor), langsame Bewegung (Bradykinesie), Unfähigkeit zur Einleitung einer Bewegung (Akinesie), Beeinträchtigung des Stehens (posturale Instabilität) Mangel an spontanen Bewegungen, kleinschrittiger Gang, undeutliche Sprache und Langsamkeit des Denkens.
• Gliome: Tumore, die von Gliazellen ausgehen. Oligodendrogliom und Ependymome gehören. Astrozytome sind die häufigste Form von Gliomen. Krampfanfälle im Kindesalter manifestieren. Magnetresonanztomographie (MRT) bestätigt. Eine Biopsie ist für die molekulare Untersuchung notwendig.
• Rabies (Tollwut): Eine Virusinfektion, die vor allem neurales Gewebe befällt und in das ZNS wandert. Rabiesvirus (Tollwut): eine Virusinfektion, die am häufigsten durch den Biss eines infizierten Tieres auf den Menschen übertragen wird. Das Tollwutvirus befällt vor allem neurales Gewebe und dringt in die peripheren motorischen und sensorischen Nerven ein, um retrograd zum ZNS zu wandern. Koma und Tod. Die Ribonukleinsäure - Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA im Biopsiegewebe, Serum, Liquor oder Speichel gestellt. Es gibt keine wirksame Behandlung für symptomatische Erkrankungen.

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