Nervenzellen, auch Neuronen genannt, sind die fundamentalen Bausteine des Nervensystems. Sie ermöglichen die Aufnahme, Weiterleitung und Verarbeitung von Informationen im Körper. Dieser Artikel erklärt auf einfache Weise den Aufbau und die Funktion einer Nervenzelle.
Einführung in die Nervenzelle
Wenn wir etwas berühren, sehen oder fühlen, entstehen Reize, die von Nervenzellen aufgenommen und verarbeitet werden. Nervenzellen sind spezialisierte Zellen, die Reize aus der Umwelt aufnehmen, weiterleiten und verarbeiten. Sie sind miteinander zu einem großen Netzwerk verschaltet, das Informationen blitzschnell durch unseren Körper transportiert.
Grundlegender Aufbau einer Nervenzelle
Eine typische Nervenzelle besteht aus folgenden Hauptbestandteilen:
- Dendriten: Verästelte Fortsätze, die Signale von anderen Nervenzellen oder Sinneszellen empfangen.
- Soma (Zellkörper): Enthält den Zellkern und die Zellorganellen, die für die Funktion der Zelle notwendig sind.
- Axonhügel: Übergang zwischen Soma und Axon, wo Signale integriert und ein Aktionspotential ausgelöst werden kann.
- Axon (Neurit): Langer, dünner Fortsatz, der Nervenimpulse vom Soma weg zu anderen Zellen leitet.
- Synaptische Endknöpfchen: Bilden Verbindungen zu anderen Nervenzellen, Muskelzellen oder Drüsenzellen und ermöglichen die Übertragung von Signalen.
Detailierter Überblick der Bauelemente
Dendriten
Die Dendriten sind die verästelten Ausläufer des Somas und bilden die Kontaktstellen zu anderen Zellen oder Neuronen. Sie empfangen Reize und leiten diese Erregungen an das Soma weiter. Dendriten sind fein verzweigte Fortsätze des Zellkörpers der Nervenzelle. Sie nehmen Informationen von anderen Zellen auf und leiten diese nach einer Vorverarbeitung an das Soma weiter.
Soma
Das Soma, auch Perikaryon genannt, ist der Zellkörper einer Nervenzelle. Es enthält den Zellkern und alle notwendigen Zellorganellen wie Ribosomen, endoplasmatisches Retikulum, Mitochondrien und den Golgi-Apparat, die für die Erhaltung der Zellfunktion unerlässlich sind. Das Soma bündelt die Dendriten im Axonhügel, welcher den Übergang zum Axon bildet.
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Axonhügel
Der Axonhügel ist die Ursprungsstelle des Axons und bildet den Übergang zwischen Soma und Axon. Hier werden Informationen integriert und Nervenimpulse ausgelöst, wenn ein bestimmtes Schwellenpotential überschritten wird. Der Axonhügel sammelt die Erregungen, die die Dendriten aufgenommen haben, und leitet sie an das Axon weiter.
Axon
Das Axon, auch Neurit genannt, ist ein langer, dünner Fortsatz des Zellkörpers, der Nervenimpulse vom Soma weg zu anderen Zellen leitet. Es kann bis zu einem Meter lang sein. Das Axon ist von Hüllzellen (Schwannsche Zellen) umwickelt, die die Myelinscheide bilden, welche für die elektrische Isolation sorgt.
Myelinscheide und Ranviersche Schnürringe
Viele Axone sind von einer Myelinscheide umgeben, die von Gliazellen (Schwann-Zellen im peripheren Nervensystem, Oligodendrozyten im zentralen Nervensystem) gebildet wird. Die Myelinscheide isoliert das Axon und ermöglicht eine schnelle, saltatorische Erregungsleitung. An den Ranvierschen Schnürringen, den Unterbrechungen der Myelinscheide, kann das Aktionspotential "springen", was die Geschwindigkeit der Erregungsleitung deutlich erhöht.
Synaptische Endknöpfchen
Am Ende des Axons befinden sich die synaptischen Endknöpfchen, die Verbindungen zu anderen Nervenzellen, Muskelzellen oder Drüsenzellen bilden. An den Synapsen werden die Nervenimpulse durch Neurotransmitter auf die nächste Zelle übertragen. Diese bilden Verbindungsstellen zu einer Zielzelle (Muskulatur, Drüse, andere Nervenzelle).
Gliazellen
Neben den Nervenzellen gibt es auch Gliazellen, die eine wichtige Rolle im Nervensystem spielen. Gliazellen isolieren die Nervenzellen und unterstützen ihre Funktion. Sie bilden die Myelinscheide um die Axone und sorgen für eine schnelle und effiziente Erregungsleitung.
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Funktion der Nervenzelle
Die Hauptaufgabe der Nervenzelle ist die Reizweiterleitung. Reize, die von Sinnesorganen aufgenommen werden, werden in elektrische Signale umgewandelt und über die Nervenzellen an das Gehirn weitergeleitet. Motorische Nervenzellen leiten Befehle vom Gehirn zu den Muskeln.
Reizaufnahme und -weiterleitung
- Reizaufnahme: Die Dendriten nehmen Reize von Sinneszellen oder anderen Nervenzellen auf.
- Signalintegration: Am Axonhügel werden die eingehenden Signale gesammelt und verrechnet. Wenn die Summe der erregenden Signale einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, wird ein Aktionspotential ausgelöst.
- Aktionspotential: Das Aktionspotential ist ein elektrisches Signal, das sich entlang des Axons ausbreitet.
- Erregungsleitung: Das Axon leitet das Aktionspotential zu den synaptischen Endknöpfchen.
- Synaptische Übertragung: An den Synapsen wird das elektrische Signal in ein chemisches Signal umgewandelt. Neurotransmitter werden freigesetzt und binden an Rezeptoren der nächsten Zelle, wodurch dort ein neues elektrisches Signal ausgelöst wird.
Das Ruhepotential
Das Ruhepotential einer Nervenzelle liegt zwischen -60 und -90 mV und ist essentiell für die Weiterleitung von Nervenimpulsen. Im Ruhezustand sind spannungsabhängige Ionenkanäle geschlossen, während Kaliumkanäle stets geöffnet bleiben. Die Ruhepotential Aufrechterhaltung erfolgt durch die Natrium-Kalium-Pumpe, die unter ATP-Verbrauch drei Natriumionen nach außen und zwei Kaliumionen nach innen transportiert.
Das Aktionspotential
Das Aktionspotential ist ein fundamentaler Prozess in der Signalübertragung von Nervenzellen. Im Ruhepotential liegt eine Spannung von -70mV vor. Durch einen Reiz öffnen sich spannungsabhängige Natriumkanäle, wodurch Na+-Ionen ins Axoninnere strömen. In der Repolarisationsphase werden die Na+-Kanäle inaktiviert und K+-Kanäle geöffnet.
Synaptische Übertragung im Detail
Die synaptische Übertragung ist ein komplexer Prozess, bei dem das elektrische Signal in ein chemisches Signal umgewandelt wird. Wenn ein Aktionspotential die Synapse erreicht, öffnen sich spannungsabhängige Calciumkanäle. Calciumionen strömen in das Endknöpfchen und lösen die Freisetzung von Neurotransmittern aus Vesikeln in den synaptischen Spalt aus. Die Neurotransmitter diffundieren durch den Spalt und binden an Rezeptoren auf der postsynaptischen Membran der Zielzelle. Diese Bindung kann verschiedene Effekte haben:
- Erregende postsynaptische Potentiale (EPSP): Neurotransmitter öffnen Natriumkanäle, was zu einer Depolarisation der Membran führt und die Wahrscheinlichkeit für ein Aktionspotential erhöht.
- Hemmende postsynaptische Potentiale (IPSP): Neurotransmitter öffnen Chloridkanäle oder Kaliumkanäle, was zu einer Hyperpolarisation der Membran führt und die Wahrscheinlichkeit für ein Aktionspotential verringert.
Summation von Signalen
Die Nervenzelle Funktion basiert auf komplexen Mechanismen der Informationsverarbeitung, wobei die Summation von Signalen eine zentrale Rolle spielt. Bei der zeitlichen Summation werden in einer Synapse mehrere erregende postsynaptische Potentiale (EPSPs) kurz nacheinander ausgelöst. Bei der räumlichen Summation hingegen werden EPSPs an verschiedenen Synapsen gleichzeitig ausgelöst. Am Axonhügel, einer speziellen Region der Nervenzelle, findet die finale Integration aller eingehenden Signale statt. Hier werden sowohl erregende (EPSPs) als auch hemmende postsynaptische Potentiale (IPSPs) miteinander verrechnet. Diese Verrechnung entscheidet darüber, ob die Schwelle für ein Aktionspotential erreicht wird.
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Arten von Nervenzellen
Es gibt verschiedene Arten von Nervenzellen, die sich in ihrer Struktur und Funktion unterscheiden:
- Sensorische Nervenzellen: Leiten Reize von den Sinnesorganen zum Gehirn.
- Motorische Nervenzellen: Leiten Befehle vom Gehirn zu den Muskeln.
- Interneuronen: Vermitteln zwischen sensorischen und motorischen Nervenzellen und sind an komplexen neuronalen Schaltkreisen beteiligt.
- Unipolare Nervenzellen: Haben nur einen kurzen Fortsatz (Axon) und keine Dendriten.
- Multipolare Nervenzellen: Kommen sehr häufig vor und haben viele Dendriten und ein Axon.
Nervensystem
Alle Nervenzellen zusammen bilden das Nervensystem, das in zwei Hauptteile unterteilt ist:
- Zentralnervensystem (ZNS): Besteht aus Gehirn und Rückenmark und ist das Kontrollzentrum des Körpers.
- Peripheres Nervensystem (PNS): Umfasst alle Nerven, die außerhalb des Gehirns und Rückenmarks liegen und Informationen zwischen dem ZNS und den Organen, Muskeln und Sinnesorganen austauschen.
Das periphere Nervensystem wird weiter unterteilt in das somatische und autonome Nervensystem. Das somatische Nervensystem steuert willkürliche Bewegungen, während das autonome Nervensystem unbewusste Prozesse wie Atmung und Verdauung reguliert.
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