Nervenzellen, auch Neuronen genannt, sind die fundamentalen Bausteine des Nervensystems und spielen eine entscheidende Rolle bei der Reizweiterleitung im Körper. Sie ermöglichen es uns, Sinneseindrücke wahrzunehmen, Informationen zu verarbeiten und darauf zu reagieren. Dieser Artikel beleuchtet den Aufbau und die Funktion von Neuronen auf verständliche Weise.
Was ist ein Neuron?
Ein Neuron ist eine spezialisierte Zelle, die für die Aufnahme, Weiterleitung und Verarbeitung von Nervenimpulsen (Erregungsleitung) zuständig ist. Neuronen sind miteinander zu einem großen Netzwerk, dem Nervensystem, zusammengeschaltet. Allein im Gehirn befinden sich etwa 100 Milliarden Nervenzellen.
Der Aufbau eines Neurons
Ein Neuron besteht typischerweise aus drei Hauptabschnitten: dem Zellkörper (Soma), den Dendriten und dem Axon.
Zellkörper (Soma)
Der Zellkörper, auch Soma genannt, ist das Steuerzentrum der Nervenzelle und enthält den Zellkern (Nukleus) mit den genetischen Informationen. Hier finden lebenswichtige Prozesse wie Proteinsynthese und Stoffwechsel statt. Das Soma enthält auch Zellorganellen wie Nissl-Schollen, Golgi-Apparat und Mitochondrien. Aufgrund des hohen Energiebedarfs des Neurons ist es besonders auf Mitochondrien angewiesen.
Dendriten
Dendriten sind feine, oft stark verzweigte Fortsätze, die vom Soma abzweigen. Sie bilden die Antennenregion der Nervenzelle und empfangen Signale von anderen Nervenzellen oder Sinnesrezeptoren. Die Dendriten nehmen Informationen aus der Umgebung auf und leiten sie zum Zellkörper weiter. Sie stehen über Synapsen mit anderen Nervenzellen in Kontakt.
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Axon
Das Axon, auch Neurit genannt, ist ein langer, schlanker Fortsatz, der aus dem Axonhügel hervorgeht. Seine Hauptaufgabe ist die Weiterleitung elektrischer Signale (Aktionspotenziale) vom Zellkörper zu anderen Nervenzellen oder Muskelzellen. Das Axon kann bis zu einem Meter lang sein.
Axonhügel
Der Axonhügel bildet den Übergang vom Soma zum Axon. Hier werden eintreffende elektrische Impulse gesammelt und verrechnet. Wenn die Summe der Impulse einen bestimmten Schwellenwert (Schwellenpotenzial) überschreitet, wird ein Aktionspotenzial ausgelöst und über das Axon weitergeleitet. Der Axonhügel verhindert, dass der Körper jedes kleinste Signal weiterleitet.
Myelinscheide
Viele Axone sind von einer Myelinscheide umgeben, einer fettreichen Isolationsschicht, die von Gliazellen gebildet wird. Im peripheren Nervensystem sind dies die Schwannschen Zellen, im zentralen Nervensystem andere Gliazellen. Die Myelinscheide dient dem Schutz des Axons und beschleunigt die Signalübertragung erheblich.
Ranviersche Schnürringe
Die Myelinscheide ist entlang des Axons immer wieder durch freiliegende Bereiche unterbrochen, die als Ranviersche Schnürringe bezeichnet werden. Diese Unterbrechungen ermöglichen die saltatorische Erregungsleitung, bei der das Aktionspotenzial von Schnürring zu Schnürring "springt", was die Geschwindigkeit der Signalübertragung deutlich erhöht.
Synaptische Endknöpfchen
Am Ende des Axons befinden sich die synaptischen Endknöpfchen. Hier wird das elektrische Signal in ein chemisches Signal umgewandelt, um die Information an die nächste Zelle weiterzugeben. Die Endknöpfchen bilden Synapsen, spezielle Verbindungsstellen zu anderen Nervenzellen, Muskelzellen oder Drüsenzellen.
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Synapse
Die Synapse ist die Verbindungsstelle zwischen zwei Nervenzellen oder zwischen einer Nervenzelle und einer anderen Zelle (z. B. Muskelzelle). Hier findet die Übertragung von Signalen statt. Die meisten Synapsen sind chemische Synapsen, bei denen die Signalübertragung durch Neurotransmitter erfolgt.
Die Funktion eines Neurons
Die Hauptfunktion eines Neurons besteht darin, Informationen im Körper zu empfangen, zu verarbeiten und weiterzuleiten. Dies geschieht durch elektrische und chemische Signalübertragung.
Reizaufnahme und Signalverarbeitung
Neuronen empfangen Signale von anderen Zellen oder Sinnesrezeptoren über ihre Dendriten. Diese Signale werden im Soma verrechnet. Wenn die eingehenden Reize einen bestimmten Schwellenwert erreichen, wird ein Aktionspotenzial ausgelöst.
Aktionspotenzial
Das Aktionspotenzial ist ein kurzer, elektrischer Impuls, der entlang des Axons wandert. Es entsteht durch eine vorübergehende Änderung des Membranpotenzials der Nervenzelle. Bei Überschreitung des Schwellenwerts öffnen sich spannungsabhängige Natriumkanäle, was zu einem Einstrom von Natriumionen und einer Depolarisation führt. Anschließend öffnen sich Kaliumkanäle, was zu einem Ausstrom von Kaliumionen und einer Repolarisation führt.
Reizweiterleitung
Das Aktionspotenzial läuft das Axon entlang bis zu den synaptischen Endknöpfchen. Bei Erreichen der Synapse öffnen sich Calciumkanäle, was zu einem Einstrom von Calciumionen führt. Dieser Calcium-Einstrom bewirkt die Freisetzung von Neurotransmittern in den synaptischen Spalt.
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Synaptische Übertragung
Die freigesetzten Neurotransmitter diffundieren durch den synaptischen Spalt und binden an Rezeptoren auf der postsynaptischen Membran der nächsten Zelle. Diese Bindung löst eine Reaktion in der Empfängerzelle aus, z. B. die Öffnung von Ionenkanälen und die Veränderung des Membranpotenzials. Je nach Art des Neurotransmitters kann dies zu einer erregenden (EPSP) oder hemmenden (IPSP) Wirkung führen.
Arten von Neuronen
Neuronen lassen sich nach verschiedenen Kriterien in Gruppen einteilen, z. B. nach ihrer Funktion oder ihrer Struktur.
Funktionelle Einteilung
- Sensorische Neuronen (afferente Neuronen): Sie leiten Sinnesreize von Sinnesorganen zum Gehirn und Rückenmark.
- Motorische Neuronen (efferente Neuronen): Sie leiten Befehle vom Gehirn und Rückenmark an Muskeln oder Drüsen.
- Interneuronen: Sie vernetzen verschiedene Neuronen untereinander und ermöglichen komplexe Reaktionen und Denkprozesse.
Strukturelle Einteilung
- Unipolare Neuronen: Sie haben nur einen Fortsatz (Axon).
- Bipolare Neuronen: Sie haben zwei Fortsätze (Axon und Dendrit).
- Multipolare Neuronen: Sie haben viele Dendriten und ein Axon.
Neuronale Netzwerke und Plastizität
Neuronen sind keine Einzelkämpfer, sondern bilden hochkomplexe Netzwerke. Jeder Gedanke, jede Erinnerung, jeder Lerneffekt basiert darauf, dass Verbindungen (Synapsen) angepasst, verstärkt oder gelöscht werden. Diese Fähigkeit des Nervensystems, sich an Erfahrungen anzupassen, wird als Plastizität bezeichnet.
Beispiele für neuronale Funktionen
- Reflexbogen: Ein Reflex (z. B. der Kniesehnenreflex) zeigt, wie ein Signal vom Sinnesrezeptor über das Rückenmark direkt zum Muskel durchgeschaltet wird - ohne bewusste Steuerung.
- Schmerzempfindung: Wenn man sich mit einer Nadel in den Arm sticht, nehmen sensorische Neuronen den Schmerzreiz wahr und leiten ihn an das Gehirn weiter. Das Gehirn verarbeitet den Schmerz und sendet ein Signal an die Muskeln, um die Hand zurückzuziehen.
Einfluss von Substanzen auf die Neuronale Funktion
Die Funktionsweise von Neuronen kann durch verschiedene Substanzen beeinflusst werden, darunter:
- Coffein: Coffein blockiert Adenosinrezeptoren und verhindert so die sedative Wirkung von Adenosin.
- Drogen: Drogen können die Neurotransmitter im Aufbau sehr ähnlich sein und an denselben Synapsen wirken. Nikotin wirkt anregend, während Curare die Rezeptoren für Acetylcholin hemmt.
- Gifte: Einige Gifte können die Funktion von Synapsen beeinträchtigen, indem sie beispielsweise Calciumkanäle blockieren oder die Freisetzung von Neurotransmittern hemmen.