Die Nervenzelle, auch Neuron genannt, ist die grundlegende Baueinheit des Nervensystems. Sie ist hochspezialisiert für die Aufnahme, Weiterleitung und Verarbeitung von Informationen in Form elektrischer und chemischer Signale. Milliarden von Nervenzellen bilden ein komplexes Netzwerk, das die Grundlage für alle körperlichen und geistigen Prozesse bildet, von der Wahrnehmung über das Denken bis hin zur Steuerung von Bewegungen. Dieser Artikel beleuchtet detailliert den Aufbau einer Nervenzelle, die Funktionen ihrer einzelnen Bestandteile und ihre Bedeutung für die Informationsverarbeitung im Körper.
Einführung in die Nervenzelle
Nervenzellen sind die Kommunikationsspezialisten unseres Körpers. Sie ermöglichen es uns, Reize aus der Umwelt wahrzunehmen, Informationen zu verarbeiten und darauf zu reagieren. Ob wir etwas berühren, sehen, riechen oder schmecken - all diese Erfahrungen basieren auf der Aktivität von Nervenzellen.
Die Nervenzelle (med.: Neuron) ist eine hoch spezialisierte Zelle, die der Aufnahme, Weiterleitung und Verarbeitung von Nervenimpulsen dient (sog. Erregungsleitung). Damit die Nervenzellen ihre Funktion als Kommunikationsspezialisten gut erfüllen können, sind sie zu einem großen Netzwerk, dem Nervensystem zusammengeschaltet. Allein in unserem Gehirn, dem Schalt- und Kontrollzentrum des Nervensystems, sind rund 100 Milliarden Nervenzellen im Einsatz.
Grundlegender Aufbau einer Nervenzelle
Eine typische Nervenzelle besteht aus mehreren Hauptbestandteilen: dem Zellkörper (Soma), den Dendriten, dem Axonhügel, dem Axon und den synaptischen Endknöpfchen.
Soma (Zellkörper)
Das Soma, auch Perikaryon genannt, ist der zentrale Teil der Nervenzelle. Es enthält den Zellkern, der die genetische Information speichert und die Zellfunktionen steuert. Um den Zellkern herum befinden sich die Zellorganellen, die für die Aufrechterhaltung der Zelle notwendig sind, darunter Ribosomen, endoplasmatisches Retikulum, Mitochondrien und der Golgi-Apparat.
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Das Soma (Perikaryon, Zellkörper) eines Neurons enthält den Zellkern, der von dem rauen ER umgeben ist, sehr viele Mitochondrien (hier sind nur zwei zu sehen), dem Golgi-Apparat und alle anderen wichtigen Bestandteile einer jeden Zelle. Die vielen Mitochondrien sind für die für die Energieversorgung der Nervenzelle zuständig. Schließlich muss eine Nervenzelle "Schwerstarbeit" leisten, wie wir später noch sehen werden, und dafür wird viel Energie in Form von ATP benötigt, die ja von den Mitochondrien zur Verfügung gestellt wird. Raues ER und Golgi-Apparat sind ebenfalls sehr ausgeprägt, was auf eine sehr intensive Proteinbiosynthese deutet.
Dendriten
Die Dendriten sind kurze, stark verzweigte Fortsätze, die vom Soma ausgehen. Sie dienen als "Antennen" der Nervenzelle und empfangen Signale von anderen Nervenzellen oder Sinneszellen. Die Dendriten vergrößern die Oberfläche der Nervenzelle und ermöglichen es ihr, eine Vielzahl von Informationen gleichzeitig aufzunehmen.
Die Dendriten sind stark verästelte Ausläufer des Somas. Ihre Aufgabe ist die Informationsaufnahme. Die Dendriten sind die feinen baumartigen Verästelungen, die teils direkt vom Soma ausgehen (basale Dendriten), teils aus anderen Dendriten weiter entfernt vom Soma abzweigen (apikale Dendriten [2]). Die Dendriten bilden Synapsen mit anderen vorgeschalteten Zellen aus, entweder mit Nervenzellen oder mit Sinneszellen (die ja auch zu den Nervenzellen gehören, aber auf die Wahrnehmung von Reizen spezialisiert sind). Eine einzelne Nervenzelle kann über ihre Dendriten mit über 1.000 anderen Nervenzellen verbunden sein und Informationen von diesen Zellen empfangen und verarbeiten.
Axonhügel
Der Axonhügel ist der Übergangsbereich zwischen dem Soma und dem Axon. Er spielt eine entscheidende Rolle bei der Informationsverarbeitung, da hier die eintreffenden Signale verrechnet werden. Wenn die Summe der Signale einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, wird ein Aktionspotential ausgelöst, das sich entlang des Axons ausbreitet.
Der Axonhügel ist das Übergangsstück zwischen dem Soma und dem Axon. Der Axonhügel spielt eine wichtige Rolle bei der Informationsverarbeiter der Nervenzelle.
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Am Übergang zwischen Soma und Axon befindet sich der Axonhügel. Dort werden Informationen bzw. Dieses Aktionspotenzial wird entlang der Axone immer weitergeleitet, ohne an Stärke zu verlieren.
Axon
Das Axon ist ein langer, dünner Fortsatz, der vom Axonhügel ausgeht. Seine Hauptaufgabe ist die Weiterleitung von Nervenimpulsen (Aktionspotentialen) über weite Strecken. Das Axon kann bis zu einem Meter lang sein und ist oft von einer isolierenden Hülle, der Myelinscheide, umgeben.
Der "hintere" Teil der Nervenzelle besteht aus dem sehr langen, am Ende oft verzweigten Axon. Das Axon einer Nervenzelle kann bis zu 1 m lang sein. Oft sind die Axone von einer isolierenden Hülle umgeben, der Myelinscheide.
Das Axon ist der Bereich der Nervenzelle, der die Erregungen weitergibt. Dieses kann in unterschiedlichen Längen vorliegen, beim menschlichen Körper ist es teilweise bis zu einem Meter lang.
Myelinscheide und Ranviersche Schnürringe
Die Myelinscheide besteht aus speziellen Zellen, den Schwannschen Zellen im peripheren Nervensystem und den Oligodendrozyten im zentralen Nervensystem. Diese Zellen wickeln sich mehrfach um das Axon und bilden so eine isolierende Schicht aus Myelin, einer fettreichen Substanz. Die Myelinscheide unterbricht die Reizweiterleitung nicht.
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Die Myelinscheide ist nicht durchgängig, sondern wird in regelmäßigen Abständen von den Ranvierschen Schnürringen unterbrochen. An diesen Stellen ist das Axon nicht isoliert, was eine schnellere Weiterleitung der Nervenimpulse ermöglicht. Die Erregung "springt" von Schnürring zu Schnürring, was als saltatorische Erregungsleitung bezeichnet wird.
Oft sind die Axone von einer isolierenden Hülle umgeben, der Myelinscheide. Diese besteht aus einzelnen SCHWANNschen Zellen, die sich um das Axon wickeln und nur kurze Bereiche frei lassen, die RANVIERschen Schnürringe.
Am Ende des Axon befinden sich die schon angesprochenen Endköpfchen, bzw. Die Aufgabe des langen Axons ist die Informationsweiterleitung. Die Myelinscheide ist nicht nur ein mechanischer Schutz für das Axon sowie eine elektrische Isolierung, sondern hat vielfältigere Aufgaben. Nervenzellen, deren Axon von einer solchen Myelinscheide umgeben ist, werden auch als markhaltige Nervenzellen oder markhaltige Nervenfasern bezeichnet.
Da die Reizweitergabe nur an den unisolierten Stellen erfolgen muss, ergibt sich eine hohe Geschwindigkeit.
Synaptische Endknöpfchen und Synapsen
Am Ende des Axons befinden sich die synaptischen Endknöpfchen. Hier wird das elektrische Signal in ein chemisches Signal umgewandelt, um die Information an die nächste Zelle weiterzugeben. Die Verbindungsstelle zwischen zwei Nervenzellen oder zwischen einer Nervenzelle und einer Muskel- oder Drüsenzelle wird als Synapse bezeichnet.
Die Verbindungsstellen zwischen zwei Nervenzellen heißen Synapsen. Eine typische Synapse besteht aus dem synaptischen Endknöpfchen einer Nervenzelle, die an die Membran einer zweiten Nervenzelle, einer Muskelzelle oder einer Drüsenzelle angelagert ist. Zwischen der präsynaptischen Membran und der postsynaptischen Membran befindet sich der synaptische Spalt. Das synaptische Endknöpfchen ist gefüllt mit den synaptischen Vesikeln, das sind kleine membranumgebene Bläschen, die Neurotransmittern enthalten. Neurotransmitter sind chemische Substanzen, die in den synaptischen Spalt entlassen werden können und dann mit Proteinen der postsynaptischen Membran reagieren.
Am Ende der Nervenzelle befinden sich die Übergangsstellen zu weiteren Neuronen oder zu bestimmten Zielzellen. Diese Übergangsstellen nennt man Endknöpfchen oder auch Synapsen. An den Synapsen werden die Erregungen in chemische Reaktionen übertragen, die es ermöglicht, diese Erregungen weiterzugeben.
Über die synaptischen Endknöpfchen werden chemische Botenstoffe, die Neurotransmitter, freigesetzt.
Funktion der einzelnen Bestandteile eines Neurons
Jeder Bestandteil einer Nervenzelle hat eine spezifische Funktion bei der Reizverarbeitung und -weiterleitung.
Dendriten: Informationsaufnahme
Die Dendriten empfangen Signale von anderen Nervenzellen oder Sinneszellen und leiten diese zum Soma weiter. Sie bilden Synapsen mit anderen Zellen und können so Informationen von über 1.000 anderen Nervenzellen empfangen und verarbeiten.
Die Dendriten sind die verästelten Ausläufer des Somas und Kontaktstelle zu Zellen oder anderen Neuronen. Bei Ihnen kommt ein Reiz zuerst an. Ihnen kommt dann die Aufgabe zu, diese Erregungen an das Soma weiterzuleiten.
Soma: Verarbeitung und Integration
Das Soma enthält den Zellkern und die Zellorganellen, die für die Aufrechterhaltung der Zellfunktionen notwendig sind. Hier werden die eintreffenden Signale integriert und verrechnet.
Den Zellkörper einer Nervenzelle nennt man Soma. Es enthält den Zellkern und alle wichtigen Zellorganellen, die notwendig sind, um die Zellfunktionen zu gewährleisten. Dazu gehören unter anderem die Ribosomen, das endoplasmatische Retikulum und die Mitochondrien.
Axonhügel: Entscheidung zur Weiterleitung
Am Axonhügel werden die Erregungen, die die Dendriten aufgenommen haben, gesammelt und an das Axon weitergeleitet. Dies geschieht jedoch nur dann, wenn die Reize gemeinsam ein bestimmtes elektrisches Potenzial überschreiten, das Schwellenpotenzial.
Die Dendriten und das Soma werden an einer Stelle gebündelt und dort wird der Übergang zum Axon gebildet. An diesem sogenannten Axonhügel werden die Erregungen, die die Dendriten aufgenommen haben, gesammelt und an das Axon weitergeleitet. Dies geschieht jedoch nur dann, wenn die Reize gemeinsam ein bestimmtes elektrisches Potenzial überschreiten. Wenn jeder einzelne Reiz, der unseren Körper trifft, weitergeleitet und verarbeitet werden müsste, wäre das für den Organismus nicht machbar und wir wären nicht lebensfähig. Man spricht von einem Schwellenpotenzial, das erreicht erden muss, damit ein Reiz weitergeleitet wird.
Axon: Informationsweiterleitung
Das Axon leitet die Erregungen (Aktionspotentiale) weiter. Durch die Myelinscheide und die Ranvierschen Schnürringe erfolgt die Weiterleitung sprunghaft und sehr schnell (saltatorische Erregungsleitung).
Das Axon ist der Bereich der Nervenzelle, der die Erregungen weitergibt. Dieses kann in unterschiedlichen Längen vorliegen, beim menschlichen Körper ist es teilweise bis zu einem Meter lang. Die Erregungen werden an den unisolierten Stellen, also den Ranvierschen Schnürringen, sprunghaft weitergegeben (saltatorische Erregungsleitung) bis zum Endköpfchen (der Synapse).
Synaptische Endknöpfchen und Synapse: Signalübertragung
An den Synapsen werden die Erregungen in chemische Reaktionen übertragen, um sie an die nächste Zelle weiterzugeben. Dabei werden Neurotransmitter freigesetzt, die an Rezeptoren der Zielzelle binden und dort eine neue Erregung auslösen.
Am Ende der Nervenzelle befinden sich die Übergangsstellen zu weiteren Neuronen oder zu bestimmten Zielzellen. Diese Übergangsstellen nennt man Endknöpfchen oder auch Synapsen. An den Synapsen werden die Erregungen in chemische Reaktionen übertragen, die es ermöglicht, diese Erregungen weiterzugeben.
Reizweiterleitung im Detail
Wenn ein Reiz auf eine Nervenzelle trifft, öffnen sich Ionenkanäle in der Zellmembran. Dadurch strömen Ionen in die Zelle ein oder aus, was zu einer Veränderung des elektrischen Potenzials führt. Wenn das Potenzial am Axonhügel das Schwellenpotenzial überschreitet, wird ein Aktionspotential ausgelöst.
Das Aktionspotential breitet sich entlang des Axons aus, indem es die Membran depolarisiert. An den Ranvierschen Schnürringen wird das Aktionspotential verstärkt, was zu einer schnellen und effizienten Weiterleitung führt.
An den synaptischen Endknöpfchen angekommen, führt das Aktionspotential zur Freisetzung von Neurotransmittern in den synaptischen Spalt. Die Neurotransmitter binden an Rezeptoren der postsynaptischen Membran und lösen dort eine neue Erregung aus.
Verschiedene Arten von Nervenzellen
Nervenzellen können anhand verschiedener Kriterien in unterschiedliche Gruppen eingeteilt werden, beispielsweise nach ihrer Form, ihrer Funktion oder ihren Verbindungen zu anderen Zellen.
- Unipolare Nervenzellen: Haben nur einen Fortsatz (Axon) und keine Dendriten.
- Bipolare Nervenzellen: Haben zwei Fortsätze (Axon und Dendrit) und dienen der Vermittlung bestimmter Sinne.
- Pseudounipolare Nervenzellen: Haben einen gemeinsamen Fortsatz, der sich in Axon und Dendrit teilt.
- Multipolare Nervenzellen: Haben viele Dendriten und ein Axon und kommen sehr häufig vor.
Neuronale Plastizität
Ein bemerkenswerter Aspekt der Neuronen ist ihre Plastizität. Diese bezeichnet die Fähigkeit der Neuronen, sich an Veränderungen anzupassen. Plastizität ermöglicht es den Neuronen, sich durch wiederholte Aktivierung und Lernprozesse zu verändern und Verbindungen zu verstärken / abzuschwächen oder neue Verbindungen auszubilden.
Die Rolle der Gliazellen
Neben den Nervenzellen gibt es im Nervensystem auch Gliazellen. Gliazellen erfüllen wichtige Stütz- und Ernährungsfunktionen für die Nervenzellen. Sie isolieren die Axone (Myelinscheide), versorgen die Nervenzellen mit Nährstoffen und schützen sie vor schädlichen Einflüssen.
Klinische Bedeutung
Störungen der Nervenzellfunktion können zu einer Vielzahl von neurologischen Erkrankungen führen, wie z.B. Multiple Sklerose (Myelinscheide Krankheit), Parkinson-Krankheit oder Alzheimer-Krankheit. Das Verständnis des Aufbaus und der Funktion von Nervenzellen ist daher von entscheidender Bedeutung für die Entwicklung neuer Therapien zur Behandlung dieser Erkrankungen.
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