Nervenzellen, auch Neuronen genannt, sind die Bausteine des Nervensystems und spielen eine entscheidende Rolle bei der Signalübertragung im Körper. Sie sind spezialisiert auf den Empfang und die Weiterleitung elektrischer oder chemischer Signale. Neben Neuronen gibt es im Gehirn auch Gliazellen, die lange Zeit als reine Stützzellen galten. Zu den Gliazellen gehören auch die Astrozyten, die sich als aktive Mitarbeiter im Gehirn herausgestellt haben.
Die Rolle der Astrozyten
Astrozyten sind die größten unter den Gliazellen und erfüllen vielfältige Aufgaben im Nervensystem. Sie strukturieren neuronale Netzwerke und schirmen Neurone voneinander ab. Außerdem versorgen sie Neurone mit Metaboliten und entsorgen deren Abfallprodukte. Darüber hinaus halten sie das fein abgestimmte Gleichgewicht an Ionen und Transmittern aufrecht und beeinflussen die synaptische Übertragung.
Verschiedene Typen von Astrozyten
Es gibt verschiedene Untergruppen von Astrozyten, die sich in ihrer Morphologie und Funktion unterscheiden:
- Protoplasmische Astrozyten: Sie haben viele feine Fortsätze und sind gleichmäßig in der grauen Substanz verteilt.
- Fibröse Astrozyten: Sie senden ihre weniger verzweigten Ausläufer parallel zu den Fasertrakten der weißen Substanz aus.
- Bergmann-Gliazellen: Sie sitzen im Kleinhirn in direkter Nachbarschaft zu den Purkinje-Neuronen.
- Müller-Gliazellen: Sie sind in der Netzhaut zu finden und ähneln Astrozyten.
Die enge Verwandtschaft zwischen Astrozyten und Nervenzellen
Astrozyten und Nervenzellen haben eine enge Verwandtschaft, da sie auf gemeinsame Vorläuferzellen zurückgehen. Die Radialgliazellen, die direkten Vorläuferzellen von Astrozyten, dienen bei der Entwicklung des Gehirns auch als Stammzellen und Vorläufer von Nervenzellen. Dies eröffnet möglicherweise zukünftige Möglichkeiten, Gliazellen durch gezielte „Umprogrammierung“ dazu zu verwenden, untergegangene Neurone zu ersetzen.
Die Aufgaben der Astrozyten im Detail
Astrozyten übernehmen im Gehirn unverzichtbare Aufgaben. Sie fungieren als Grenz- und Kontrollstelle zwischen Gehirn und Blutkreislauf, versorgen die Neurone mit Nährstoffen und entsorgen deren Abfallprodukte.
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Energieversorgung der Nervenzellen
Astrozyten stellen Kontakt zu Blutgefäßen her und umhüllen diese mit ihren „Endfüßchen“. Da Neurone Glukose nicht in ausreichender Menge direkt aus dem Blut beziehen können und auch keine eigenen Energiespeicher haben, versorgen die Astrozyten sie mit der benötigten Energie. Dabei verstoffwechseln sie Glukose zunächst selbst zu Milchsäure (Laktat) und stellen sie dann den benachbarten Neuronen zur Verfügung.
Steuerung der Durchblutung im Gehirn
Astrozyten können die Gefäßweite und damit den lokalen Blutfluss regulieren, um die Versorgung stark arbeitender Neurone sicherzustellen. Diese erhöhte Durchblutung und Sauerstoffversorgung von Hirnbereichen wird in funktionellen Kernspintomografen (fMRT) sichtbar gemacht und dient als indirekter Hinweis auf die Aktivität der Nervenzellen.
Beteiligung an der Blut-Hirn-Schranke
Astrozyten sind ein wichtiger Teil der Blut-Hirn-Schranke, die den unkontrollierten Übertritt von Fremdstoffen in das Hirngewebe verhindert und somit Infektionen und Entzündungen vorbeugt. Sie steuern die Ausbildung von Tight-junctions an den Endothelzellen, welche die Blutgefäße auskleiden.
Räumliche Organisation von Synapsen
Astrozyten beteiligen sich am Aufbau von Palisaden in der Großhirnrinde höherer Primaten und trennen einzelne Synapsen räumlich voneinander. In vielen Hirngebieten sitzen ihre feinen Ausläufer direkt am und um den synaptischen Spalt, so dass dieser zu einem funktionellen Raum wird. Dadurch wird sichergestellt, dass Botenstoffe nur innerhalb einer Synapse wirken und diese nicht verlassen.
Modifizierung der synaptischen Transmission
Die Ausläufer der Astrozyten sind plastisch und beweglich und können die synaptische Transmission einer einzelnen Synapse direkt und unmittelbar verändern. Ziehen sich die Fortsätze zurück, öffnet sich der Spalt zur Umgebung hin, wodurch Ionen und Transmitter ausfließen und auf die Membranen in der Umgebung wirken können.
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Weitere wichtige Begriffe im Zusammenhang mit Nervenzellen und Gliazellen
- Neuron: Eine Zelle des Körpers, die auf Signalübertragung spezialisiert ist.
- Gliazellen: Neben den Neuronen die zweite große Gruppe von Zellen im Gehirn.
- Netzhaut (Retina): Die innere, mit Pigmentepithel besetzte Augenhaut.
- Kleinhirn (Cerebellum): Ein wichtiger Teil des Gehirns, der unter anderem eine wichtige Rolle bei automatisierten motorischen Prozessen spielt.
- Kernspintomograf (MRT): Ein Gerät, das Mediziner für die Magnetresonanztomografie einsetzen.
- Mikroglia: Der kleinste Typ der Gliazellen, der Teil des zellulären Immunsystems ist und unter anderem für die Entfernung abgestorbener Neurone zuständig ist.
- Großhirnrinde (Cortex cerebri): Die äußerste Schicht des Großhirns, die reich an Nervenzellen ist.
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