Unser Körper ist wie eine riesige Stadt, in der viele verschiedene Zellen zusammenarbeiten. Nervenzellen, auch Neuronen genannt, sind wie die Boten der Stadt. Sie sorgen dafür, dass Informationen schnell von einem Ort zum anderen gelangen. Aber wie sehen diese Nervenzellen aus und wie funktionieren sie? Das wollen wir uns jetzt genauer ansehen.
Was ist eine Nervenzelle?
Nervenzellen sind spezielle Zellen in unserem Körper, die für die Aufnahme, Weiterleitung und Verarbeitung von Informationen zuständig sind. Sie unterscheiden sich von anderen Zellen durch ihren besonderen Aufbau und ihre Funktion. Um diese Aufgabe zu erfüllen, sind viele Nervenzellen zu großen Netzwerken verbunden. Allein in unserem Gehirn befinden sich bis zu 100 Milliarden Nervenzellen.
Der Aufbau einer Nervenzelle
Eine Nervenzelle besteht aus verschiedenen Teilen, die alle eine wichtige Aufgabe haben:
Zellkörper (Soma): Das Soma ist der Hauptteil der Nervenzelle. Es enthält den Zellkern und die Zellorganellen, die für die Funktion der Zelle wichtig sind. Dazu gehören Ribosomen, endoplasmatisches Retikulum und Mitochondrien. Das Soma bündelt die Dendriten im Axonhügel, welcher den Übergang zum Axon bildet.
Dendriten: Das sind die „Antennen“ der Nervenzelle. Sie sind verästelte Ausläufer des Somas und empfangen Signale von anderen Nervenzellen. Diese Erregungen leiten sie an das Soma weiter. Bei einer chemischen Kommunikation der Nervenzellen sind die Dendriten nicht direkt mit den Nachbarzellen verbunden, sondern es besteht ein kleiner, flüssigkeitsgefüllter Spalt zwischen den Zellen, der Synaptische Spalt. Die vorangegangene Nervenzelle gibt Neurotransmitter in diesen Spalt ab, damit sie an die Dendriten der nachfolgenden Zelle binden und so das Signal übertragen. Demgegenüber besteht bei elektrischer Kommunikation der Nervenzellen ein direkter Kontakt der Dendriten mit den benachbarten Zellen.
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Axonhügel: Am Übergang zwischen Soma und Axon befindet sich der Axonhügel. Die Dendriten und das Soma werden an einer Stelle gebündelt und dort wird der Übergang zum Axon gebildet. An diesem sogenannten Axonhügel werden die Erregungen, die die Dendriten aufgenommen haben, gesammelt und an das Axon weitergeleitet. Dort werden Informationen bzw. elektrische Signale gesammelt und summiert, bis ein Schwellenwert überschritten ist, der ein sogenanntes Aktionspotential auslöst. Dies geschieht jedoch nur dann, wenn die Reize gemeinsam ein bestimmtes elektrisches Potenzial überschreiten. Wenn jeder einzelne Reiz, der unseren Körper trifft, weitergeleitet und verarbeitet werden müsste, wäre das für den Organismus nicht machbar und wir wären nicht lebensfähig. Man spricht von einem Schwellenpotenzial, das erreicht werden muss, damit ein Reiz weitergeleitet wird.
Axon: Das Axon ist ein langer, dünner Fortsatz, der die Signale vom Zellkörper weg zu anderen Nervenzellen oder Muskeln transportiert. Das Axon ist der Bereich der Nervenzelle, der die Erregungen weitergibt. Dieses kann in unterschiedlichen Längen vorliegen, beim menschlichen Körper ist es teilweise bis zu einem Meter lang. Das Aktionspotenzial wird entlang der Axone immer weitergeleitet, ohne an Stärke zu verlieren.
Myelinscheide: Viele Axone sind von einer isolierenden Schicht, der Myelinscheide oder Markscheide, umgeben. Bei Wirbeltieren werden die Axone häufig zudem von einer speziellen Form von Gliazellen, den sogenannten Schwannschen Zellen, umgeben. Diese Zellen liegen hintereinander um das jeweilige Axon, sodass es von einer lamellenartigen Hülle umgeben wird. Die Myelinscheide besteht aus speziellen Zellen, die sich um das Axon wickeln und es isolieren. Sie sorgt dafür, dass die Signale schneller weitergeleitet werden. Im Zentralen Nervensystem, also dem Gehirn und den Hirnnerven, bilden Oligodendrozyten die Markscheide.
Ranviersche Schnürringe: Die Myelinscheide ist nicht durchgängig, sondern hat Lücken, die Ranvierschen Schnürringe. An den unisolierten Stellen, also den Ranvierschen Schnürringen, werden die Erregungen sprunghaft weitergegeben (saltatorische Erregungsleitung) bis zum Endköpfchen (der Synapse). Da die Reizweitergabe nur an den unisolierten Stellen erfolgen muss, ergibt sich eine hohe Geschwindigkeit.
Synaptische Endknöpfchen: Am Ende des Axons befinden sich die synaptischen Endknöpfchen. Wenn das Aktionspotential die Synapsen erreicht, kommt es zur Ausschüttung der Botenstoffe in den synaptischen Spalt. Am Ende der Nervenzelle befinden sich die Übergangsstellen zu weiteren Neuronen oder zu bestimmten Zielzellen. Diese Übergangsstellen nennt man Endknöpfchen oder auch Synapsen. An den Synapsen werden die Erregungen in chemische Reaktionen übertragen, die es ermöglicht, diese Erregungen weiterzugeben. Über die synaptischen Endknöpfchen werden chemische Botenstoffe, die Neurotransmitter, freigesetzt.
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Wie funktioniert eine Nervenzelle?
Stell dir vor, du berührst eine heiße Herdplatte. Autsch! Was passiert dann?
- Reizaufnahme: Die Nervenzellen in deiner Haut nehmen den Reiz „heiß“ auf. Wenn Du dich stößt, etwas berührst oder einen Gegenstand siehst, dann werden sogenannte Reize erzeugt. Dein Körper ist in der Lage, diese Reize, man nennt sie auch Erregungen, erfahrbar zu machen. Die Dendriten sind die Signalempfänger der Nervenzellen. Die Dendriten der Nervenzelle leiten den Reiz zum Zellkörper weiter.
- Signalweiterleitung: Die Nervenzellen leiten den Reiz als elektrisches Signal über das Axon weiter.
- Signalübertragung: An den synaptischen Endknöpfchen wird das elektrische Signal in ein chemisches Signal umgewandelt. Dazu setzen die synaptischen Endknöpfchen chemische Moleküle (Neurotransmitter) in den synaptischen Spalt frei. Die Moleküle binden an Rezeptoren auf der anderen Seite des Spalts. Das führt zur Entstehung eines elektrischen Signals in der nächsten Zelle. Dieses Aktionspotenzial wird entlang der Axone immer weitergeleitet, ohne an Stärke zu verlieren. Es entsteht ein elektrisches Signal in der nächsten Nervenzelle und so geschieht die Reizweiterleitung über miteinander vernetzte Nervenzellen bis in dein Gehirn.
- Reaktion: Dein Gehirn empfängt das Signal und sendet ein Signal zurück, damit du deine Hand schnell von der heißen Herdplatte wegziehst. Vielleicht hast du schon einmal bemerkt, wie schnell du deine Hand von einer heißen Herdplatte zurückziehst, wenn du sie aus Versehen berührst. Diese schnelle Reaktion wird durch deine Nervenzellen ermöglicht. Die Nervenzellen leiten die Botschaft von deiner Hand über dein Rückenmark zu deinem Gehirn und zurück, um eine Reaktion auszulösen und dich zu schützen.
Die Rolle der Neurotransmitter
Neurotransmitter sind chemische Botenstoffe, die an den Synapsen freigesetzt werden. Neurotransmitter bewirken an den Dendriten der nachfolgenden Nervenzelle eine vorübergehende Öffnung von Ionenkanälen. Sie helfen dabei, das Signal von einer Nervenzelle zur nächsten zu übertragen. Es gibt viele verschiedene Neurotransmitter, die unterschiedliche Wirkungen haben können. Zu den bekannten Neurotransmittern gehören zum Beispiel Noradrenalin, Acetylcholin, Dopamin und Serotonin.
Verschiedene Arten von Nervenzellen
Es gibt verschiedene Arten von Nervenzellen, die unterschiedliche Aufgaben haben:
- Sensorische Nervenzellen: Sie nehmen Reize aus der Umwelt oder dem Körperinneren auf und leiten sie an das Gehirn weiter. Die sensorischen - oder auch afferenten (= "hinführenden") - Nervenbahnen leiten die Impulse vom Sinnesorgan zum Gehirn.
- Motorische Nervenzellen: Sie leiten Signale vom Gehirn zu den Muskeln und lösen Bewegungen aus. Die motorischen - oder auch efferenten (="hinaustragenden") - Nervenbahnen leiten die Impulse von Gehirn zum ausführenden Organ. Trifft der motorische Reiz auf eine Muskelzelle, so kann eine aktive, bewusste Bewegung ausgelöst werden, beispielsweise das Öffnen der Augen oder das Heben des Arms. Auch unbewusste Steuerungsprozesse werden vom motorischen Nervensystem initiiert. Sie betreffen das autonome, vegetative Nervensystem, das sich in den Sympathikus und den Parasympathikus gliedert, welche die Reaktion des Körpers auf Stress und Bedrohungen sowie auf Phasen der Ruhe und Entspannung regulieren.
- Interneurone: Sie verbinden sensorische und motorische Nervenzellen und verarbeiten Informationen im Gehirn. Bei den Interneuronen handelt es sich um eine besondere Gruppe von Nervenzellen, die weder dem motorischen noch dem sensorischen System direkt zugehörig sind. Sie verschalten und verarbeiten die Informationen im Gehirn und Rückenmark und vermitteln zwischen anderen Nervenzellen. Interneurone sind beispielsweise bei komplexen Reflexen wie dem Wegziehen der Hand bei einer Verbrennung beteiligt. Derartige Bewegungen erfordern die sofortige und gleichzeitige Aktivität vieler Muskeln. Indem die Interneurone unmittelbar die entsprechende Reaktion auslösen, ohne auf eine Rückantwort des Gehirns warten zu müssen, sorgen sie für eine viel schnellere Reaktion und vermindern den Schaden für das verletzte Gewebe.
Die Geschwindigkeit der Reizweiterleitung
Die Erregungsleitung erfolgt blitzschnell und kann eine Höchstgeschwindigkeit von bis zu etwa 150 m/s, also 540 km/h, erreichen. Dank der Myelinscheide und den Ranvierschen Schnürringen können die Signale sehr schnell von einer Nervenzelle zur nächsten springen.
Erkrankungen der Nervenzellen
Wenn die Nervenzellen nicht richtig funktionieren, kann es zu verschiedenen Erkrankungen kommen. Wird die Myelinscheide der Nervenzelle beschädigt, so können Informationen nicht mehr mit der gewohnten Geschwindigkeit innerhalb des Nervensystems übermittelt werden. Zudem kann es zu Fehlreizen durch Kontakte mit benachbarten Zellen kommen, da die schützende Isolierung des Axons wegfällt. Krankheiten, bei denen die Nervenzellscheiden zerstört werden, sind unter anderem Multiple Sklerose (MS), die das Zentrale Nervensystem betrifft, sowie das Guillain-Barré-Syndrom (GBS), bei dem die Schwann-Zellen im Peripheren Nervensystem abgebaut werden. Bei vielen Krankheiten wie beispielsweise Parkinson oder Depression sind diese Schaltstellen aus dem Gleichgewicht geraten.
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Bedeutung für unser Leben
Nervenzellen sind für fast alles verantwortlich, was wir tun: Denken, Fühlen, Bewegen. Sie ermöglichen es uns, die Welt um uns herum wahrzunehmen und auf sie zu reagieren. Die Nervenzelle ist eine hochkomplexe Struktur, deren regelrechte Funktion für die Kommunikation zwischen Gehirn, Organen und Geweben unerlässlich ist.
Fazit
Nervenzellen sind wie kleine Boten in unserem Körper, die Informationen blitzschnell weiterleiten. Sie bestehen aus verschiedenen Teilen, die alle eine wichtige Aufgabe haben. Dank der Nervenzellen können wir die Welt um uns herum wahrnehmen, denken, fühlen und uns bewegen. Es gibt viele unterschiedliche Arten von Nervenzellen (Neuronen), die Spezialisierungen in Form und Funktion entwickelt haben. Gewisse Gemeinsamkeiten teilen sie jedoch alle.
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