Das Axon ist ein wesentlicher Bestandteil von Nervenzellen und für die Weiterleitung elektrischer Signale verantwortlich. Eine besondere Struktur, die das Axon umgeben kann, ist die Myelinscheide. Dieser Artikel beleuchtet den Aufbau eines Axons ohne Myelinscheide im Querschnitt und geht auf die Funktionen und Bedeutung dieser Struktur ein.
Einführung
Nervenzellen, auch Neuronen genannt, sind die grundlegenden Bausteine des Nervensystems. Sie sind spezialisiert auf die Aufnahme, Verarbeitung und Weiterleitung von Informationen in Form von elektrischen und chemischen Signalen. Das Axon ist ein langer, dünner Fortsatz einer Nervenzelle, der Signale vom Zellkörper (Soma) zu anderen Nervenzellen, Muskeln oder Drüsen transportiert. Einige Axone sind von einer isolierenden Schicht, der Myelinscheide, umgeben, während andere keine solche Ummantelung aufweisen.
Aufbau eines Axons ohne Myelinscheide
Ein Axon ohne Myelinscheide, auch als unmyelinisiertes Axon bezeichnet, besteht im Wesentlichen aus folgenden Komponenten:
- Axolemm: Die Zellmembran, die das Axon umgibt und für die Aufrechterhaltung des Membranpotentials und die Weiterleitung von Aktionspotentialen unerlässlich ist.
- Axoplasma: Das Zytoplasma innerhalb des Axons, das Organellen wie Mitochondrien, Neurotubuli und Neurofilamente enthält. Diese Bestandteile sind wichtig für den Stoffwechsel und die Struktur des Axons.
- Axonhügel: Der Ursprung des Axons am Zellkörper, an dem Aktionspotentiale initiiert werden.
- Telodendren: Baumartige Verzweigungen am Ende des Axons, die in Endknöpfchen münden und Synapsen mit anderen Zellen bilden.
Im Gegensatz zu myelinisierten Axonen fehlt unmyelinisierten Axonen die Myelinscheide, die von Gliazellen (Schwann-Zellen im peripheren Nervensystem und Oligodendrozyten im zentralen Nervensystem) gebildet wird. Diese Zellen umwickeln das Axon spiralförmig mit mehreren Schichten ihrer Zellmembran, wodurch eine isolierende Schicht entsteht.
Myelinscheide: Aufbau und Funktion
Die Myelinscheide ist eine fettreiche (lipidhältige) Isolierschicht, die Axone umgibt und deren Hauptfunktionen der Schutz und die Beschleunigung der Nervenleitgeschwindigkeit sind. Die Myelinscheide besteht aus Myelin, das von Schwann-Zellen im peripheren Nervensystem (PNS) und von Oligodendrozyten im zentralen Nervensystem (ZNS) gebildet wird.
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Bildung der Myelinscheide
- Im peripheren Nervensystem (PNS):Schwann-Zellen umwickeln das Axon spiralförmig. Dabei wird das Axon von mehreren Schwann-Zellen myelinisiert, wobei zwischen den einzelnen Schwann-Zellen die Ranvierschen Schnürringe liegen. Das Zellplasma der Schwann-Zellen umhüllt das Axon mehrmals, bis es elektrisch isoliert ist.
- Im zentralen Nervensystem (ZNS):Oligodendrozyten bilden die Myelinscheide, indem sie Fortsätze ausbilden, die Axone umhüllen. Ein Oligodendrozyt kann mehrere Axonabschnitte gleichzeitig myelinisieren.
Funktion der Myelinscheide
- Isolierung: Die Myelinscheide wirkt wie ein elektrischer Isolator, der verhindert, dass Aktionspotentiale auf benachbarte Axone überspringen.
- Schnellere Weiterleitung: Die Myelinscheide ermöglicht die saltatorische Erregungsleitung, bei der Aktionspotentiale von Schnürring zu Schnürring springen. Dies beschleunigt die Nervenleitgeschwindigkeit erheblich. Bei myelinisierten Axonen kann die Übertragungsgeschwindigkeit bis zu 120 m/s betragen, während sie bei unmyelinisierten Axonen deutlich geringer ist (1 bis 2 m/s).
- Schutz: Die Myelinscheide bietet den Neuriten mechanischen Schutz.
Unterschiede zwischen myelinisierten und unmyelinisierten Axonen
Der Hauptunterschied zwischen myelinisierten und unmyelinisierten Axonen liegt in der Anwesenheit oder Abwesenheit der Myelinscheide. Dies hat erhebliche Auswirkungen auf die Struktur und Funktion der Axone:
| Merkmal | Myelinisiertes Axon | Unmyelinisiertes Axon |
|---|---|---|
| Myelinscheide | Vorhanden, gebildet von Schwann-Zellen (PNS) oder Oligodendrozyten (ZNS) | Nicht vorhanden |
| Erregungsleitung | Saltatorisch (von Schnürring zu Schnürring) | Kontinuierlich |
| Leitungsgeschwindigkeit | Hoch (bis zu 120 m/s) | Niedrig (1 bis 2 m/s) |
| Energieverbrauch | Geringer, da weniger Ionenkanäle geöffnet werden müssen | Höher, da das Aktionspotential kontinuierlich entlang des Axons erneuert werden muss |
| Vorkommen | Lange Nervenfasern, die schnelle Reaktionen erfordern (z.B. motorische Neurone) | Kurze Nervenfasern, die keine hohe Leitungsgeschwindigkeit erfordern (z.B. einige sensorische Neurone, postganglionäre Fasern des autonomen Nervensystems) |
Bedeutung unmyelinisierter Axone
Obwohl myelinisierte Axone eine schnellere Signalübertragung ermöglichen, spielen unmyelinisierte Axone eine wichtige Rolle im Nervensystem. Sie sind besonders wichtig in Situationen, in denen:
- Langsame, anhaltende Signale benötigt werden: Unmyeliniserte Axone eignen sich gut für die Übertragung von Signalen, die keine hohe Geschwindigkeit erfordern, wie z.B. die Regulation der Verdauung oder die Steuerung bestimmter Drüsenfunktionen.
- Der Platz begrenzt ist: Unmyeliniserte Axone sind dünner als myelinisierte Axone, was in Bereichen mit hoher Nervenzellendichte von Vorteil sein kann.
- Energieeffizienz wichtig ist: Obwohl die Erregungsleitung langsamer ist, verbrauchen unmyeliniserte Axone weniger Energie als myelinisierte Axone.
Erkrankungen, die Axone betreffen
Schädigungen an Axonen, sowohl myelinisiert als auch unmyelinisiert, können zu verschiedenen neurologischen Erkrankungen führen.
- Multiple Sklerose (MS): Eine Autoimmunerkrankung, bei der die Myelinscheide im ZNS angegriffen und abgebaut wird. Dies führt zu einer verlangsamten oder blockierten Nervenleitung und kann zu einer Vielzahl von neurologischen Symptomen führen.
- Charcot-Marie-Tooth-Krankheit (CMT): Eine erbliche Neuropathie, die die peripheren Nerven betrifft und zu Muskelschwäche und sensorischen Störungen führt. Bei CMT können die Myelinscheiden der Axone verkümmern, was die Signalübertragung beeinträchtigt.
- Amyotrophe Lateralsklerose (ALS): Eine neurodegenerative Erkrankung, die sowohl die motorischen Neurone im Gehirn als auch im Rückenmark betrifft. Die Degeneration der Axone führt zu Muskelschwäche, Lähmungen und schließlich zum Tod.
- Guillain-Barré-Syndrom (GBS): Eine akute, entzündliche Polyneuropathie, bei der das Immunsystem die Myelinscheide und Schwann-Zellen angreift. Dies führt zu Muskelschwäche und sensorischen Störungen, die sich typischerweise von den Beinen aufwärts ausbreiten.
Aktuelle Forschung
Die Forschung zur Myelinscheide und zu Axonen ist weiterhin ein aktives Gebiet. Aktuelle Studien untersuchen:
- Mechanismen der Myelinisierung und Demyelinisierung: Ein besseres Verständnis dieser Prozesse könnte zur Entwicklung neuer Therapien für Erkrankungen wie MS führen.
- Rolle der Gliazellen bei der Axonunterstützung: Gliazellen spielen eine wichtige Rolle bei der Versorgung der Axone mit Nährstoffen und Energie. Die Erforschung dieser Funktionen könnte neue Ansätze zur Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen eröffnen.
- Regeneration von Axonen: Die Fähigkeit, beschädigte Axone zu regenerieren, könnte die Behandlung von Rückenmarksverletzungen und anderen neurologischen Erkrankungen revolutionieren.
- Bedeutung der Lipidsynthese in Schwann-Zellen: ETH-Forscherinnen haben gezeigt, dass Schwann-Zellen Fettsäuren selbst herstellen, um Nervenfasern elektrisch zu isolieren. Das Enzym Fettsäure-Synthase (FASN) spielt dabei eine entscheidende Rolle. Diese Erkenntnisse könnten neue Therapieansätze für periphere Neuropathien ermöglichen.
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