Das Nervensystem ist in vielerlei Hinsicht das komplizierteste funktionelle System unseres Körpers. Es ermöglicht uns Menschen die Kommunikation mit unserer Umwelt und liefert uns damit die Grundlage für ein dieser Umwelt sinnvoll angepasstes Leben. Die wichtigsten Funktionen des Nervensystems stehen im Dienste der Wahrnehmung, der Integration des Wahrgenommenen, des Denkens und des Fühlens sowie der Auslösung angemessener Verhaltensweisen. Das Nervensystem kann auf verschiedene Weise unterteilt werden. Vor allem unterteilen wir es in ein zentrales Nervensystem (=Zentralnervensystem) und in ein peripheres Nervensystem.
Das zentrale Nervensystem (ZNS)
Zum Zentralnervensystem (ZNS) gehören Gehirn und Rückenmark. Beide entstammen einer gemeinsamen embryonalen Anlage und sind funktionell und anatomisch untrennbar miteinander verbunden.
Die Knochenstrukturen des Schädels und der Wirbelsäule schützen das ZNS. Gehirn und Rückenmark werden von Hirn bzw. Rückenmarkshäuten (Meningen) umhüllt und sind in ein Flüssigkeitskissen gebettet, das als Hirn- bzw. Nervenwasser bezeichnet wird (Liquor cerebrospinalis). Dieser Liquor cerebrospinalis kann durch die sog. Lumbalpunktion für Untersuchungen zugänglich gemacht werden. Der Liquor cerebrospinalis dient dem ZNS unter anderem als Polsterung in seiner harten knöchernen Hülle. Außerdem fließt das Nervenwasser auch innerhalb des ZNS in den sog. Hirnkammern oder Hirnventrikeln.
Das ZNS besteht aus grauer und weißer Substanz, die es in Rinde, Mark und Kern gliedern. Auch äußerlich wird das ZNS in bestimmte Abschnitte (Gehirnabschnitte und Rückenmarksabschnitte) gegliedert.
Das periphere Nervensystem (PNS)
Das periphere Nervensystem (PNS) kann man als Rezeptions- und Ausführungsorgan des ZNS bezeichnen. Es ist in den zahlreichen Nerven repräsentiert, die den Körper durchziehen und kann als sensible und motorische Leitungsbahn entweder Impulse von der Peripherie zum ZNS (sensibel) oder vom ZNS in die Peripherie (motorisch) tragen.
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Die großen Nervenbahnen (Neuronalen tractuus) verlaufen von den verschiedenen kortikalen und subkortikalen Zentren zum Hirnstamm und sammeln sich im verlängerten Rückenmark (Medulla oblongata). Dann gehen sie in das Zervikalmark (Halswirbelsäulen, Rückenmark) über. Von hier aus beginnt das Rückenmark mit seinen Abschnitten: Halswirbelsäulenmark, Brustwirbelsäulenmark, Lendenwirbelsäulenmark und Sakralmark.
Segmental entspringen hier die Nervenwurzeln, die sich dann zu Nervengeflechten zusammenfassen und Arme und Beine sensibel und motorisch versorgen.
Somatisches und vegetatives Nervensystem
Eine weitere Unterteilung des Nervensystems ist möglich in ein sog. somatisches und vegetatives Nervensystem. Diese Unterteilung kann sowohl im Zentralnervensystem als auch im peripheren Nervensystem getroffen werden.
Das somatische (animalische) Nervensystem dient motorisch der willkürlichen Ansteuerung der Skelettmuskeln und sensibel der bewussten Wahrnehmung der Körperperipherie.
Das vegetative (oder auch autonome oder viszerale) Nervensystem setzt sich wiederum aus zwei Anteilen, dem Sympathikus und dem Parasympathikus zusammen und dient der unbewussten und unwillkürlichen Steuerung der inneren Organe und damit zahlreicher lebenswichtiger Vorgänge, wie z.B. der Atmung, der Verdauung und der Blutdruckregulation.
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Über komplizierte biochemische Neurotransmitterreaktionen finden sich hier zahlreiche hoch interessante Verbindungen zur Psychoneuroimmunologie und zur ganzheitlichen Medizin an und für sich.
Erkrankungen des Nervensystems
Das zentrale und das periphere Nervensystem können prinzipiell verschiedenartig erkranken. Es kann zu schweren Durchblutungsstörungen (Schlaganfällen und Hirnblutungen) kommen. Das zentrale und periphere Nervensystem können degenerieren. Es können Tumoren wachsen. Das zentrale und das periphere Nervensystem können sich entzünden.
Nervenzellen: Die Bausteine des Nervensystems
Nervenzellen sind die Grundbausteine deines Nervensystems und sorgen dafür, dass alle Informationen in deinem Körper blitzschnell weitergeleitet werden. Stell dir eine Nervenzelle wie eine biologische Datenautobahn vor - jeder Teil hat eine spezielle Aufgabe. Der Axonhügel ist die Entscheidungszentrale - hier wird "berechnet", ob ein Signal wichtig genug ist, um weitergeleitet zu werden. Die Ranvier'schen Schnürringe sind strategische Unterbrechungen der Myelinscheide, die das Signal beschleunigen. Ionen sind die Stars des Ganzen: Kationen wie Na⁺, K⁺ und Ca²⁺ sind positiv geladen, Anionen wie Cl⁻ negativ.
Das Aktionspotential
Wenn eine Nervenzelle "feuert", läuft ein faszinierender Prozess ab - das Aktionspotential. Alles beginnt mit dem Ruhepotential bei -70 mV. Wird der Schwellenwert erreicht, öffnen sich schlagartig die spannungsgesteuerten Na⁺-Kanäle. Dann folgt die Repolarisation: Die Na⁺-Kanäle schließen sich wieder und K⁺-Kanäle öffnen sich. Kalium strömt nach außen und macht das Zellinnere wieder negativer. Die Natrium-Kalium-Pumpe stellt danach unter ATP-Verbrauch das ursprüngliche Ruhepotential wieder her. Nervenzellen haben zwei geniale Tricks entwickelt, um Signale weiterzuleiten. Viel cleverer ist die saltatorische Weiterleitung bei Wirbeltieren. Das Signal "springt" von einem Ranvier'schen Schnürring zum nächsten - wie ein Känguru! In der Refraktärzeit nach einem Aktionspotential kann die Nervenzelle nicht sofort wieder feuern.
Vernetzung von Nervenzellen
Nervenzellen können sich auch vernetzen: Bei der Divergenz erreicht ein Signal mehrere Zielzellen, bei der Konvergenz treffen mehrere Signale an einer Zelle zusammen.
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Synaptische Übertragung
An den Synapsen wird's richtig spannend - hier werden elektrische Signale in chemische umgewandelt. Das löst eine Kettenreaktion aus: Vesikel mit Neurotransmittern (oft Acetylcholin) verschmelzen mit der Membran und entleeren ihren Inhalt in den synaptischen Spalt. Dadurch öffnen sich Na⁺-Kanäle in der postsynaptischen Membran - eine neue Depolarisation entsteht. Ist sie stark genug, wird am Axonhügel ein neues Aktionspotential ausgelöst. Dieser ganze Vorgang dauert nur etwa 0,5 Millisekunden!
Nicht alle Synapsen sind gleich - manche treten aufs Gaspedal, andere auf die Bremse. Erregende Synapsen (EPSP) sorgen für Depolarisation und machen ein Aktionspotential wahrscheinlicher. Das Geniale ist die Verrechnung am Axonhügel: Bei der zeitlichen Summation treffen mehrere Signale schnell hintereinander ein. Die Nervenzelle "rechnet" alle EPSP's und IPSP's zusammen - nur wenn die Summe den Schwellenwert überschreitet, gibt's ein neues Aktionspotential.
Neurologie: Ein Überblick
Die Neurologie befasst sich mit Erkrankungen des Nervensystems (Gehirn, Rückenmark, periphere Nerven) und der Muskulatur. Dazu gehört die notfallmäßige Diagnostik und Therapie akuter Krankheiten wie z.B. Schlaganfall, Meningitis und Polyneuritis als auch die Frühdiagnose und Langzeitbehandlung chronischer neurologischer Krankheiten wie z.B.
Definition der Neurologie
Die Neurologie ist ein Zweig der Medizin, der sich mit der Diagnose und Behandlung von Erkrankungen des Nervensystems befasst. Die Grundlagen der Neurologie bieten Dir ein Verständnis für die Funktionen und Strukturen des Gehirns und der Nerven.
Die Aufgaben von Neurologen
So komplex wie das Nervensystem ist, so vielfältig sind die Aufgaben von Neurologen und Neurologinnen: Sie behandeln Krankheiten des Gehirns, der Hirnhaut und des Rückenmarks, aber auch nervenbedingte Erkrankungen der Sinnesorgane, der Muskeln, des Immunsystems, oder Durchblutungsstörungen im Nervensystem. Alle Körperregionen können von Erkrankungen des Nervensystems betroffen sein.
Neurologische Störungen erkennen
Mögliche Hinweise auf eine neurologische Erkrankung sind:
- Taubheitsgefühl oder Lähmungserscheinungen in Gesicht, Armen oder Beinen
- Sehstörungen wie Doppelbilder oder Ausfall eines Teil des Gesichtsfeldes
- Kopfschmerzen
- Probleme mit der Konzentration und dem Gedächtnis
- Veränderungen beim Sprechen
- Schwindel
- bestimmte Blasenprobleme (Inkontinenz oder Dranggefühl können neurologische Urachen haben)
- Probleme, das Gleichgewicht zu halten oder Bewegungen zu koordinieren
- Muskelschwäche, steife Muskeln oder Muskelzucken
- Zittern einzelner Körperteile oder des ganzen Körpers
- Verwirrtheit, Schläfrigkeit
- Verhaltensänderungen
Diagnose neurologischer Erkrankungen
Die Diagnose neurologischer Erkrankungen ist anspruchsvoll, weil das Nervensystem an nahezu allen Vorgängen im Körper beteiligt ist. Der Neurologe oder die Neurologin stellt gezielte Fragen zu typischen Merkmalen des vermuteten neurologischen Krankheitsbilds. Die Anamnese ist die Grundlage für weitere Untersuchungen.
Allgemeine körperliche Untersuchung
Hat die neurologische Erkrankung äußere Anzeichen? Der Arzt oder die Ärztin überprüft den Gang und die Körperhaltung oder Veränderungen der Haut.
Untersuchung der Hirnnerven
Probleme mit den Hirnnerven können die Sinneswahrnehmung beeinträchtigen (Sehen, Hören, Riechen, Schmecken) oder zu anderen Schwierigkeiten, etwa bei der Bewegung von Augen- oder den Gesichtsmuskeln führen. Jeder einzelne der insgesamt zwölf Hirnnerven hat eine bestimmte Aufgabe. Einzelne Funktionstests geben Hinweise, welcher Nerv betroffen ist.
Überprüfung der Reflexe
Reflexe sind wichtig für die Diagnose von neurologischen Erkrankungen. Reflexe sind unwillkürliche Reaktionen des Nervensystems auf den plötzlichen äußeren Reiz und geben Hinweise, ob eine Störung im zentralen oder peripheren Nervensystem vorliegt. Hier kommt auch der bekannte Reflexhammer zum Einsatz, mit dem auf verschiedene Gelenksehnen geklopft wird, wodurch sich der entsprechende Muskel reflexhaft zusammenzieht und sich das entsprechende Körperteil bewegt.
Untersuchung der Beweglichkeit
Der Neurologe oder die Neurologin überprüft den Bewegungsapparat und die Muskulatur, um zum Beispiel eine Muskelschwäche und das Muster einer Muskelschwäche zu erkennen. Die Versuche schließen die Feinbeweglichkeit mit ein. Dazu gehören zum Beispiel spezielle Bewegungen der Gliedmaßen, Krafttests oder bestimmte Arm-Bein-Halteversuche. Zur Testung der Feinmotorik sollen Patienten und Patientinnen etwa Knöpfe öffnen und schließen oder Schreibproben abgeben.
Untersuchung der Bewegungskoordination
Kann das Nervensystem das Zusammenspiel einzelner Muskeln und Bewegungsabläufe ausreichend koordinieren? Um das festzustellen, führen Patienten und Patientinnen etwa den Finger bei offenen und geschlossenen Augen zur Nase.
Überprüfung der Sensibilität
Dabei stehen die Berührungswahrnehmung und das Schmerz- und Temperaturempfinden im Fokus. Untersuchungsmethoden sind das Berühren der Haut mit den Fingern oder Watte, mit kalten oder warmen Gegenständen, das Piksen mit einer Nadel oder das Spüren von Vibration mit Hilfe einer Stimmgabel.
Untersuchung des vegetativen Nervensystems
Hier rücken unwillkürliche Körpervorgänge wie Gefäßsystem, Kreislauf, Atmung, Schwitzen, Wasserlassen und Verdauung ins Blickfeld.
Untersuchung der kognitiven Fähigkeiten und psychischer Probleme
Die Leistungsfähigkeit des Gehirns lässt sich anhand von standardisierten Tests überprüfen. Auch für Gedächtnisprobleme gibt es spezielle Fragen und Tests. Konzentrationsprobleme oder eine Energiemangel oder Antriebsschwäche können auch auf psychische Probleme hindeuten, weshalb der Neurologe oder die Neurologin auf mögliche Anzeichen besonders achtet.
Medizintechnische Untersuchungen
Konkrete Veränderungen im Gehirn, die mit einer neuronalen Erkrankung in Verbindung stehen, können mit Medizintechnik näher untersucht werden - entweder zur Bestätigung oder zum Ausschluss eines Verdachts.
Solche Untersuchungen sind beispielsweise:
- Elektroenzephalogramm (EEG) zur Messung der Hirnströme
- Elektromyografie (EMG) zur Messung der Nerven- und Muskelaktivität
- Elektroneurografie (ENG) zur Messung der Nervenleitung
- bildgebende Verfahren wie Ultraschall der hirnversorgenden Gefäße, Magnetresonanztomografie (MRT) oder Computertomografie (CT)
- Laboruntersuchungen von Blut, Urin oder der Gehirn-Rückenmark-Flüssigkeit
Behandlungsschwerpunkte in der Neurologie
Das Nervensystem, ein komplexes Netzwerk aus Gehirn, Rückenmark und peripheren Nerven, steuert alles, von einfachen motorischen Bewegungen bis hin zu komplexen kognitiven Prozessen. Aufgrund seiner zentralen Bedeutung für das menschliche Wohlbefinden hat die Neurologie die Aufgabe, Erkrankungen zu adressieren, deren Spektrum von genetisch bedingten Störungen bis hin zu erworbenen Bedingungen reicht. Zu den wichtigsten behandelten Krankheitsbildern gehören:
- Alzheimer-Krankheit und andere Demenzformen
- Parkinson-Krankheit
- Multiple Sklerose
- Epilepsie
- Schlaganfall
- Amyotrophe Lateralsklerose (ALS)
- Migräne
- Guillain-Barré-Syndrom
Diagnostik in der Neurologie
Grundlage für die präzise Erkennung und Behandlung neurologischer Störungen ist eine moderne Diagnostik. Die wichtigsten diagnostischen Instrumente und Methoden, die in der Neurologie verwendet werden, sind:
- Computertomografie (CT)
- Magnetresonanztomografie (MRI)
- Elektroenzephalogramm (EEG)
- Lumbalpunktion (Spinaltap)
- Positronenemissionstomografie (PET)
- Elektromyografie (EMG) und Nervenleitgeschwindigkeit (NCV)
- Duplexsonographie der hirnversorgenden Arterien
- Arteriogramm (Angiogramm)
Die Rolle der Gliazellen
Im Nervensystem von Wirbeltieren finden sich 2- bis 10-mal so viele Gliazellen wie Neuronen.
Astrozyten
Die sternförmigen Astrozyten sind die größten Gliazellen. Sie ernähren die Neuronen über Kontakte zu Blutgefäßen. Astrozyten (Astroglia) ist der Name dieser Zellen im zentralen Nervensystem. Astrozyten und die von ihnen abgesonderten Faktoren (u.a.
Oligodendrozyten
Bilden im ZNS die Myelinscheiden um Axone.
Mikroglia
Mikroglia sind Immuneffektorzellen im ZNS. Sie zählen lediglich formal zur Familie der Gliazellen. Sie werden bei Krankheiten oder Verletzungen aktiv. Dann vermehren sie sich und verschlingen tote oder absterbende Neuronen.
Neurotransmitter und Rezeptoren
Neurotransmitter sind Botenstoffe, die Informationen an chemischen Synapsen zwischen Nerven übertragen. Beispiele sind Dopamin, Noradrenalin, Serotonin, Acetylcholin, GABA und Glutamat. Neurotransmitter bewirken durch ihre Ausschüttung an den Synapsen eine chemische Reizweiterleitung bzw. Andere Botenstoffe, die Hormone, vermitteln ihre Wirkung langsam über die Blutbahn an weiter entfernte Zielorgane (z.B. Manche Stoffe wirken zugleich als Neurotransmitter wie als Hormone (z.B. Noradrenalin, Serotonin, Histamin).
Neurotransmitter werden idR im Cytosol des Zellkerns synthetisiert, in Vesikel verpackt und über die Mikrotubuli durch die Axone zu den Nerventerminalen transportiert, wo sich die sendenden Synapsen befinden. Die Transportgeschwindigkeit in den Axonen ist je nach Substanz unterschiedlich und beträgt bis zu 5 µm/Sekunde = ca. 40 cm / Tag.7 Manche Neurotransmitter werden auch erst auf Anforderung an den Axon-Endigungen synthetisiert (z.B.
Die Freisetzung von Neurotransmittern wird durch einen Anstieg des intrazellulären Ca2+ ausgelöst. Auf das Aktionspotenzial hin werden die Neurotransmitter aus den Nerventerminalen in den synaptischen Spalt ausgeschüttet, indem sich die Vesikel mit der Membran verbinden. Im synaptischen Spalt docken sie an postsynaptischen (selten auch “retrograd” an präsynaptischen, wie z.B. Danach lösen sich die Neurotransmitter wieder von den postsynaptischen Rezeptoren und werden im oder am Rande des synaptischen Spalts durch präsynaptische Transporter in die sendende Zelle wiederaufgenommen. In der Zelle werden sie entweder erneut in Vesikel eingelagert bis zur nächsten Ausschüttung, oder durch abbauende Enzyme verstoffwechselt (z.B.
Eine optimale Informationsübertragung erfordert - jedenfalls bei Katecholaminen (wie Dopamin, Noradrenalin, Adrenalin) - einen optimalen Neurotransmitterspiegel. Ein verringerter wie ein erhöhter Spiegel beeinträchtigt die Signalübertragung. Eine optimale Informationsübertragung zwischen Gehirnsynapsen erfordert einen optimalen Pegel der beteiligten Neurotransmitter. Neurotransmitter wirken je nach Rezeptor, an den sie andocken, exzitatorisch (aktivierend) oder inhibierend (hemmend) auf die nachfolgende Nervenzelle.
Rezeptoren sind empfangende Andockstellen für Botenstoffe.
Arten von Rezeptoren
- Biased ligands: Sind Liganden, die bei Rezeptoren die Signalisierung nur über bestimmte Signalpfade auslösen. G-Protein gekoppelte Rezeptoren vermitteln ihr Signal über verschiedene G-Proteine (GTPasen; 20 trimere und mehr als hundert “kleine” G-Proteine).
- Inverser Agonist: Bindet an spontanaktiven Rezeptor und verringert dessen Aktivität.
- Antagonist: Bindet an Rezeptor ohne eigene Wirkung.
- Irreversibler Antagonist: Löst sich nicht mehr von Rezeptor, weil er eine stabile, dauerhafte oder nahezu dauerhafte chemische Verbindung bildet (z.B.
- Nicht-kompetitiver Antagonist: Kann gleichzeitig Agonist und Antagonist binden.
- Reversibler kompetitiver Antagonist: Agonist und Antagonist gehen kurzzeitige Bindungen mit dem Rezeptor ein. Beispiel: Der Opioidrezeptorantagonist Naloxon, kurz vor dem Agonisten Morphin gegeben, blockiert die Wirkung des Agonisten Morphin. Beispiel: Pentazocin aktiviert Opioidrezeptoren und blockiert zugleich deren Aktivierung durch andere Opioide.
Zahlreiche GPC-Rezeptoren (z.B. Rezeptoren befinden sich im Gleichgewicht zwischen dem aktiven und dem inaktiven Zustand.
Rezeptoren können verschiedene Bindungsstellen haben. An der orthosterischen Bindungsstelle binden Agonisten (aktivieren Rezeptor) und Antagonisten (hemmen Rezeptor). Ein allosterischer Modulator verändert somit die Effekte eines orthosterischen Liganden (z.B. eines Agonisten oder inversen Agonisten) an einem Zielprotein (in der Regel einem Rezeptor) indem er an eine andere (allosterische) Bindungsstelle als die orthosterische Agonistenbindungsstelle binden.
- Ago-allosterischer Modulator: Wirkt als allosterischer Agonist (Aktivator) wie auch als allosterischer Modulator.
- Off-target Allosterisierung: Modulator bindet an ein Partner-Protein.
Unter anderem die Rezeptoren für Dopamin, Noradrenalin, Cannabinoide, Adenosin, Serotonin und Opioid sind Mitglieder der GPCR-Familie. Agonisten können eine zeit- und temperaturabhängige Endozytose (Internalisierung) auslösen. Der Rezeptor, der einen Liganden gebunden hat, wird durch eine Kinase (G-Protein-gekoppelte Rezeptorkinase, GRK) phosphoryliert. Diese Phosphorylierung stabilisiert die Bindung zwischen dem Rezeptor und Arrestinen.
Die Signalkette eines Rezeptors wird (unabhängig von der Ligandenbindung) aufgrund einer Aktivierung anderer Rezeptoren auf der Zelloberfläche unterbrochen bzw. verringert. Die aktivierten Rezeptoren aktivieren über Second-Messenger-Kinasen (z.B.
Membranpotential und Aktionspotential
Neuronen enthalten im Ruhezustand in ihrem Inneren eine um durchschnittlich 65 mV (je nach Zellart zwischen 45 und 90 mV) niedrigere Spannung als der extrazelluläre Raum. Dieser Spannungsunterschied entsteht, indem die sogenannte Natrium-Kalium-Pumpe (Natrium-Kalium-ATPase, ein Membranprotein), Natriumionen aus dem Zellinneren gegen Kaliumionen aus dem Extrazellulärraum tauscht. In den Zellen befinden sich dann im Ruhezustand rund 1/10 an Natriumionen und das 20-fache an Kaliumionen wie extrazellulär. Das extrazelluläre Natrium- und Kaliumionenniveau wird durch die Nieren und die Astrozyten aufrechterhalten.
Ein Aktionspotential (ein schneller Spannungsanstieg um +10 mV, z.B. von -65 auf -55 mV) macht die Zellmembran durchlässiger für Natriumionen als für Kaliumionen. Der dadurch gesteigerte Eintritt von Natriumionen erhöht die Zellwanddurchlässigkeit für Natriumionen weiter, sodass immer mehr Natriumionen eintreten. Dadurch verringert sich die negative Spannung schlagartig und verkehrt sich sogar kurzfristig (für rund 1 ms) ins Positive auf + 40 mV (“Overshoot”).
Das Aktionspotential ist eine Alles-oder-Nichts-Entscheidung. Das Aktionspotential bleibt über die gesamte Strecke im Axon konstant. Dabei wird die Membranspannung zunächst noch negativer, als das ursprüngliche Ruhepotential war (Hyperpolarisation). Spannung steigt (langsam oder schnell) in Richtung Schwellenpotenzial, z.B. Absolute Refraktärphase: Zeitspanne kurz nach dem Overshoot, vor Abschluss der Repolarisation.
Rezeptorsignale werden beispielsweise durch periphere sensorische Reize ausgelöst. Ein Rezeptorsignal entspricht in Dauer und Stärke der Intensität des Reizes, ist aber insgesamt relativ schwach. Es reicht innerhalb des Neurons nur wenige Millimeter weit. Nach einem Millimeter hat es bereits zwei Drittel seiner Energie verloren.
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