Nervenzellen, auch Neuronen genannt, sind die fundamentalen Bausteine des Nervensystems und für die blitzschnelle Informationsübertragung im Körper verantwortlich. Diese spezialisierten Zellen ermöglichen es uns, Sinneseindrücke zu verarbeiten, Bewegungen auszuführen, zu denken und Emotionen zu erleben. Eine Schlüsselkomponente dieser Zellen ist das Axon, auch Neurit genannt, ein schlauchartiger Fortsatz, der elektrische Signale über kurze oder weite Strecken transportiert. Dieser Artikel beleuchtet die Definition, den Aufbau und die Funktion des Axons im Detail und erklärt seine Bedeutung für die Gesamtfunktion des Nervensystems.
Was ist ein Axon?
Das Axon ist ein langer, dünner Fortsatz einer Nervenzelle (Neuron), der elektrische Impulse über weite Strecken im Körper überträgt. Es ist ein unverzichtbarer Bestandteil des Nervensystems und hat eine zentrale Aufgabe in der Funktion und Struktur von markhaltigen und marklosen Nervenzellen. Das Axon leitet elektrische Signale weiter, die es Nervenzellen ermöglichen, miteinander und mit anderen Zellen im Körper zu kommunizieren. Es ermöglicht die Kommunikation zwischen verschiedenen Teilen des Nervensystems oder zwischen dem Nervensystem und anderen Körperteilen.
Der Begriff Neuraxon ist einfach ein zusammengesetztes Wort aus „Neuron" (Nervenzelle) und „Axon“.
Aufbau des Axons
Das Axon entspringt am Zellkörper der Nervenzelle, genauer gesagt am Axonhügel. Dieser Bereich ist entscheidend, da hier die einkommenden elektrischen Impulse gesammelt und verrechnet werden. Überschreiten diese Impulse ein bestimmtes Schwellenpotenzial, wird ein Aktionspotenzial ausgelöst und über das Axon zur nächsten Zelle weitergeleitet.
Vom Axonhügel aus erstreckt sich das Axon als langer Strang, der bei Menschen eine Länge von wenigen Millimetern bis zu einem Meter erreichen kann. Am Ende verzweigt sich das Axon in bäumchenartigen Verzweigungen, den sogenannten Endknöpfchen (Telodendren). Diese Endknöpfchen bilden die Verbindungsstellen (Synapsen) zu anderen Nervenzellen, Muskelzellen oder Drüsenzellen.
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Ein Axon besteht aus folgenden Bestandteilen:
- Axonhügel: Ursprungsort des Axons am Zellkörper, wo Aktionspotenziale initiiert werden.
- Axolemm: Zellmembran des Axons.
- Axoplasma: Zytoplasma des Axons.
- Endknöpfchen (Telodendren): Verzweigungen am Ende des Axons, die Synapsen bilden.
Markhaltige und marklose Nervenfasern
Je nach Vorhandensein einer Myelinscheide lassen sich zwei Arten von Axonen unterscheiden:
- Markhaltige Nervenfasern: Diese Axone sind von einer Myelinscheide umgeben, einer isolierenden Schicht, die von Gliazellen (Schwannschen Zellen im peripheren Nervensystem und Oligodendrozyten im zentralen Nervensystem) gebildet wird. Die Myelinscheide ist nicht durchgehend, sondern wird in regelmäßigen Abständen von Ranvierschen Schnürringen unterbrochen.
- Marklose Nervenfasern: Diese Axone besitzen keine Myelinscheide.
Die Myelinscheide: Isolation und Beschleunigung
Die Myelinscheide ist eine schützende Schicht mit einem hohen Lipidgehalt (Fett), die das Axon umhüllt. Sie wirkt wie eine elektrische Isolation und ermöglicht eine deutlich schnellere Erregungsweiterleitung im Vergleich zu nicht-myelinisierten Neuriten.
Entlang des Axons ist die Myelinscheide immer wieder durch freiliegende Axonbereiche, die sogenannten Ranvierschen Schnürringe, unterbrochen. Diese Unterbrechungen ermöglichen es dem elektrischen Impuls, über längere umhüllte Bereiche zu springen und so eine höhere Geschwindigkeit zu erlangen (saltatorische Erregungsleitung).
Funktion des Axons
Die wichtigste Aufgabe des Axons ist die Weiterleitung elektrischer Erregungen (Aktionspotenziale) vom Zellkörper zum Ende der Nervenzelle. Diese Aktionspotentiale sind kurze elektrische Impulse, die das Axon entlang wandern und Informationen übertragen.
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Aktionspotenziale: Das "Alles-oder-Nichts"-Prinzip
Ein Aktionspotential ist eine kurzzeitige, plötzliche Änderung des elektrischen Membranpotentials in Nervenzellen. Diese Schwankung wird durch eine Änderung der Permeabilität der Zellmembran für verschiedene Ionen hervorgerufen.
Das Axon erzeugt und leitet diese Aktionspotentiale weiter. Beginnen tun diese Prozesse am Axonhügel. Von dort aus breitet sich das elektrische Signal entlang des Axons aus, bis es schließlich das Axonterminal erreicht. Dort wird das Signal auf die nächste Zelle übertragen - und zwar durch die Ausschüttung von Neurotransmittern, chemischen Botenstoffen, in den synaptischen Spalt.
Nach dem Alles-oder-nichts-Gesetz lässt eine Erregung bei Überschreitung des Schwellenpotenzials immer ein Aktionspotenzial in gleicher Form, Größe und Dauer entstehen. Daher ist nicht die Größe des Aktionspotenzials für die Kommunikation der Nervenzellen entscheidend, sondern die Anzahl der Impulse pro Zeiteinheit (Frequenz). Dabei ist es wichtig, dass nach jeder Depolarisation mithilfe der Natrium-Kalium-Pumpe das Ruhepotenzial wieder hergestellt wird.
Axonaler Transport: Stofftransport im Axon
Abgesehen vom elektrischen Transport findet im Axon auch ein Stofftransport statt, der als axonaler Transport bezeichnet wird. Dabei können Stoffe (z.B. Proteine, Zellorganellen, Vesikel) entlang des Axons transportiert werden.
Es gibt zwei Arten des axonalen Transports:
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- Anterograder Transport: Transport vom Zellkörper zum Axonterminal, vermittelt durch das Motorprotein Kinesin.
- Retrograder Transport: Transport vom Axonterminal zum Zellkörper, vermittelt durch das Motorprotein Dynein.
Die Rolle des Axons in der synaptischen Übertragung
An den synaptischen Endknöpfchen wird das elektrische Signal in ein chemisches Signal umgewandelt. Dies geschieht durch die Freisetzung von Neurotransmittern in den synaptischen Spalt, den Raum zwischen zwei Nervenzellen. Die Neurotransmitter binden an Rezeptoren auf der postsynaptischen Zelle und lösen dort eine neue Erregung aus.
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.
Klassifizierung von Axonen
Neuriten lassen sich anhand verschiedener Kriterien klassifizieren. Wie bereits erwähnt, lassen sie sich in marklose und markhaltige Fasern einteilen. Eng verbunden mit der Ummantelung ist natürlich auch die Leitungsgeschwindigkeit der Axone. Die Faserqualität beschreibt gewissermaßen, zu welchem Teil des Nervensystems ein Neurit gehört und welche Funktion innerhalb dieses Systems ausgeführt wird. Des Weiteren ist es wichtig, ob das Axon eine Bewegung veranlasst (motorisch) oder eine Empfindung wahrnimmt (sensibel). Nun besitzen die Hirnnerven zum Teil noch speziellere Funktion, wie beispielsweise die Innervation von Kiemenbogenmuskeln oder die sensorische Wahrnehmung.
In der Neurobiologie können Nervenzellen nach verschiedenen Charakteristika eingeteilt werden:
- Unipolare Nervenzelle: Neuron mit einem Fortsatz (Axon); lange wurden die Sinneszellen der Augen dazu gezählt.
- Bipolare Nervenzelle: Neuron mit zwei separaten Fortsätzen (Axon und Dendrit); dient der Vermittlung bestimmter Sinne (z. B. Sehen, Riechen).
- Pseudounipolare Nervenzelle: Neuron, bei dem Dendrit und Axon aus einem gemeinsamen Fortsatz in der Nähe des Zellkörpers entspringen (z. B. sensible Nervenzellen).
- Multipolare Nervenzelle: Neuron mit vielen Dendriten und einem Axon; multipolare Nervenzellen gehören zu den am häufigsten vorkommenden Nervenzellen (z. B. Motoneurone).
Schädigung und Regeneration von Axonen
Eine Schädigung des Axons, beispielsweise durch einen Unfall, kann zur Degeneration von Teilen der betroffenen Neuronen führen. Dies kann Probleme bei der Signalweiterleitung verursachen.
Axone des peripheren Nervensystems (PNS) können teilweise nach einer Verletzung regenerieren. Schwannsche Zellen helfen dabei, die Verbindung wiederherzustellen.
Bei der Krankheit der Multiplen Sklerose kommt es zur autoimmunen Entzündung und anschließenden Demyelinisierung der Nervenfasern im zentralen Nervensystem.
Axon und Neuron: Ein Zusammenspiel
Das Axon ist ein integraler und unverzichtbarer Bestandteil von Neuronen. Sie dienen als die "Kommunikationslinien", die es Neuronen ermöglichen, Signale über weite Strecken zu senden.
Ein Neuron ohne ein Axon kann kein effektives Signal an andere Neuronen weitergeben. Es könnte Informationen empfangen, aber nicht senden.
Im Vergleich zu anderen Strukturen eines Neurons nimmt das Axon eine besondere Stellung ein. Die Dendriten des Neurons, die oft als Bäume dargestellt werden, sind Ausläufer, die Signale von anderen Neuronen empfangen und zum Zellkörper leiten. Es ist nicht unüblich, das Axon als das "Sprechrohr" des Neurons zu bezeichnen während die Dendriten oft als "Ohren" des Neurons bezeichnet werden. So gesehen ist das Axon das Kommunikationsinstrument eines Neurons, das es ihm ermöglicht, Botschaften an andere Zellen zu senden - eine einzigartige und zentrale Funktion, die das Axon von anderen Strukturen eines Neurons unterscheidet.
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