Das Nervensystem ist ein komplexes Netzwerk, das die Kommunikation und Koordination im Körper ermöglicht. Neben den Nervenzellen (Neuronen) spielen Gliazellen eine entscheidende Rolle für die Funktion des Nervensystems. Dieser Artikel beleuchtet die Organisation von Axonen in Nervenfasern, die Rolle der Schwannzellen, die Bedeutung der Myelinisierung und die Mechanismen der Nervenregeneration.
Die Rolle der Gliazellen und Schwannzellen
Gliazellen sind Stützzellen, die Neurone schützen, indem sie sie elektrisch abschirmen und den Zugang von Stoffen aus dem Blut zum Gehirn versperren. Sie versorgen die Neurone mit Nährstoffen und steuern den Fluss der zerebrospinalen Flüssigkeit. Dr. Grigoryan betont: „Ohne Gliazellen würde keine Nervenzelle funktionieren.“
Im peripheren Nervensystem (PNS) spielen Schwannzellen eine zentrale Rolle. Diese Zellen, benannt nach ihrem Entdecker Theodor Schwann, umhüllen die Axone und bilden die Myelinschicht. Sie sind auch an der Regeneration der Axone nach Nervenverletzungen im PNS beteiligt.
Axonbündelung und Myelinisierung
In der frühen Entwicklung sind Axone in Bündeln zusammengefasst und von einer Schwannzelle umhüllt. Dr. Grigoryan erklärt: „Zu Beginn ihrer Entwicklung im Embryo sind die Axone in Bündeln als Fortsatz einer Nervenzelle zusammengefasst und von einer Schwannzelle umhüllt.“ Im Laufe der Entwicklung sortieren die Schwannzellen die dicken Axone aus den Bündeln aus und umhüllen sie mit einer Myelinschicht. Dünne Axone bleiben gebündelt und erhalten keine Myelinisierung.
Die Myelinschicht besteht aus mehreren Schichten von Schwannzellen, die die Axone umwickeln. Diese isolierende Schicht ermöglicht eine schnelle Weiterleitung von Informationen, ähnlich wie die Plastikummantelung eines Stromkabels. Dieser Vorgang wird durch den Wnt/beta-Catenin Signalweg gesteuert, der von Prof. Walter Birchmeiers Labor erforscht wird.
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Aufbau und Funktion von Nervenfasern
Nerven durchziehen den Körper wie ein komplexes Autobahnnetzwerk und sind für die Ansteuerung der verschiedenen Körperpartien verantwortlich. Sie bestehen aus gebündelten Fasern, die von Bindegewebe umhüllt sind. Diese Nervenfasern sind Zellfortsätze von Neuronen, wobei Axone oder Dendriten in Frage kommen. Jedes Neuron besitzt nur ein Axon, das für die Weiterleitung elektrischer Impulse vom Nervenzellkörper zur Zielzelle verantwortlich ist.
Eine Nervenfaser besteht aus einem Axon und einer umgebenden Gliascheide. Mehrere Schichten dieser Gliascheide bilden die Myelinscheide, die als Isolierschicht fungiert. In regelmäßigen Abständen weist die Myelinscheide Einschnürungen auf, die als Ranviersche Schnürringe bezeichnet werden und der Reizweiterleitung dienen.
Das periphere Nervensystem
Das Periphere Nervensystem (PNS) wird in das somatische und das vegetative Nervensystem unterteilt. Das somatische Nervensystem steuert willkürliche Prozesse wie die Ansteuerung von Skelettmuskulatur und Sinnesorganen. Das vegetative Nervensystem reguliert unwillkürliche Körperfunktionen wie Atmung, Herzschlag, Kreislauf und Blutdruck.
Die Nerven verzweigen sich im Verlauf durch den Körper und geben dabei andere Nerven oder Äste (Ramus) zu Zielstrukturen ab. In Nervengeflechten, den sogenannten Plexus, werden Fasern aus unterschiedlichen Spinalnerven neu zusammengefasst und gebündelt, um gemeinsam in dieselbe Zielregion zu ziehen.
Reizübertragung und Rezeptoren
Nerven sind anatomische Strukturen, die der Reiz- und Informationsübermittlung im Körper dienen. Die Dendriten einer Nervenzelle empfangen ein Signal und leiten es an den Axonhügel im Zellkörper weiter. Hier werden eingehende Signale gesammelt und erst weitergegeben, wenn ein bestimmter Schwellwert überschritten ist. Am Ende des Axons befinden sich synaptische Endknöpfe, wo die Umwandlung des elektrischen Reizes in ein chemisches Signal erfolgt. Ein chemischer Botenstoff (Neurotransmitter) wandert daraufhin von den Synapsen zu den Dendriten einer nachgeschalteten Nervenzelle, die den Reiz wiederum als elektrisches Signal empfängt.
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Reize werden von Rezeptoren aufgenommen, die als spezialisierte Nervenendigungen oder Hilfszellen fungieren. Diese Rezeptoren reagieren auf spezifische Reize wie mechanische Reize, Temperatur, chemische Substanzen oder Schmerz. Die Energieformen, die auf die Sinnesorgane treffen, sind unterschiedlicher Natur, und die Reizart, die den Ansprechbereich des Rezeptors trifft, wird als adäquater Reiz bezeichnet.
Arten von Rezeptoren
Es gibt verschiedene Arten von Rezeptoren, die auf unterschiedliche Reize spezialisiert sind:
- Mechanorezeptoren: Reagieren auf mechanische Reize wie Berührung, Druck und Vibration. Beispiele sind freie Nervenendigungen, Merkel-Zellen, Meissner-Tastkörperchen, Haarfollikelrezeptoren, Ruffini-Körperchen und Vater-Pacini-Körperchen.
- Thermorezeptoren: Vermitteln Wärme- und Kälteempfindung. Wärmepunkte entsprechen diskreten Innervationszonen.
- Chemorezeptoren: Reagieren auf chemische Substanzen wie Geruchs- und Geschmacksstoffe.
- Nozizeptoren: Schmerzrezeptoren, die durch Gewebeschädigung und schädigende Reize aktiviert werden. Sie können durch mechanische, thermische und chemische Reize erregt werden.
- Propriozeptoren: Rezeptoren der Tiefensensibilität, die Informationen über die Lage und Bewegung des Körpers liefern. Dazu gehören Muskelspindeln und Golgi-Sehnenorgane.
Regeneration von Nervenfasern
Schädigungen von Nervenfasern im Zentralen Nervensystem (ZNS) führen oft zu lebenslangen und schwerwiegenden Behinderungen. Im Gegensatz dazu können sich Nervenfasern im Peripheren Nervensystem besser regenerieren. Ein Forschungsteam der Ruhr-Universität Bochum (RUB) entdeckte am Modell des Sehnervs eine überraschende Ursache für das Ausbleiben der Regeneration im ZNS.
Das Team fand heraus, dass das Protein CXCL12, ein Chemokin, an der Verletzungsstelle im Nerven freigesetzt wird und die Axone durch einen chemoattraktiven Effekt an der verletzten Stelle hält. Durch die Eliminierung des Rezeptors für CXCL12, CXCR4, in den Nervenzellen der Netzhaut konnte die axonale Regeneration verbessert werden. Diese Erkenntnisse eröffnen neue Möglichkeiten für pharmakologische Ansätze, die darauf abzielen, die Interaktion von CXCL12 und seinem Rezeptor auf den Nervenfasern zu stören, um diese aus ihrer Gefangenschaft an der Verletzungsstelle zu befreien.
Bedeutung der Mikrotubuli für das Axonwachstum
Bei Verletzungen von Nervenzellen sind häufig die langen Verbindungskabel zwischen den Nervenzellen, die Axone, beschädigt oder durchtrennt. Um zu verstehen, warum ein Axon des Zentralen Nervensystems nach einer Verletzung nicht wieder auswächst, untersuchten Neurobiologen das Schnittende einer verletzten Nervenzelle genauer. Sie fanden heraus, dass die Mikrotubuli, winzige Protein-Röhrchen, in den Verkürzungsknollen, die sich an der Spitze des verletzten Axons bilden, völlig durcheinandergeraten sind.
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Experimente mit Nocodazole, einem Wirkstoff, der Mikrotubuli destabilisiert, zeigten, dass das Durcheinanderbringen der Mikrotubuli in der Verkürzungsknolle eine der Hauptursachen für den Wachstumsstopp des Axons ist. Im Gegensatz dazu führte die Zugabe von Paclitaxel, einem Wirkstoff, der die Mikrotubuli stabilisiert, zu ermutigenden Effekten. Paclitaxel unterdrückte die Ausbildung der Verkürzungsknolle und ermöglichte es verletzten Nervenzellen des Zentralen Nervensystems, wieder auszuwachsen.
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