Nervenzellen, auch Neuronen genannt, sind die fundamentalen Bausteine des Nervensystems und spielen eine entscheidende Rolle bei der Reizweiterleitung im Körper. Sie ermöglichen die Aufnahme, Weiterleitung und Verarbeitung von Informationen aus der Umwelt und dem Körperinneren. Dieser Artikel beleuchtet den detaillierten Aufbau einer Nervenzelle und die Funktionen ihrer einzelnen Bestandteile.
Einführung in die Nervenzelle
Neuronen sind hochspezialisierte Zellen, die für die blitzschnelle Übertragung von Informationen verantwortlich sind. Wenn wir beispielsweise eine rote Ampel sehen, ist es die komplexe Interaktion von Nervenzellen, die uns zum Stehenbleiben veranlasst. Diese Zellen sind miteinander zu einem großen Netzwerk verschalten und ermöglichen so die Kommunikation zwischen verschiedenen Körperteilen und dem Gehirn.
Bestandteile eines Neurons
Ein Neuron besteht aus drei Hauptteilen: dem Zellkörper (Soma), den Dendriten und dem Axon.
Das Soma
Das Soma, auch Zellkörper genannt, ist das Hauptquartier der Nervenzelle. Es enthält den Zellkern und die Zellorganellen, die für die Stoffwechselprozesse und das Wachstum der Zelle verantwortlich sind. Im Soma befinden sich alle typischen Zellorganellen einer eukaryotischen Zelle, mit Ausnahme der Zentriolen, was bedeutet, dass Neuronen nach ihrer Differenzierung nicht mehr mitotisch aktiv sind. Das Soma übernimmt alle typischen Aufgaben einer eukaryotischen Zelle. Dazu gehören Ribosomen, endoplasmatisches Retikulum und Mitochondrien. Die vielen Mitochondrien sind 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.
Die Dendriten
Die Dendriten sind die verästelten Fortsätze des Somas, die wie Antennen wirken. Sie empfangen ankommende elektrische Reize von anderen Neuronen oder Sinneszellen und leiten diese zum Zellkörper weiter. Die Dendriten sind die 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. Eine einzelne Nervenzelle kann über ihre Dendriten mit über 1.000 anderen Nervenzellen verbunden sein und Informationen von diesen Zellen empfangen und verarbeiten.
Lesen Sie auch: Wie Neuronen Signale übertragen
Das Axon
Das Axon ist ein langer, oft dünner Fortsatz, der aus dem Axonhügel hervorgeht. Seine Hauptaufgabe ist die Weiterleitung von Aktionspotentialen vom Soma zu anderen Nervenzellen oder Muskelzellen. Das Axon leitet die Erregung aus dem Soma weiter zu den Synapsen. Es unterteilt sich in mehrere Kollaterale (Teilzweige) und endet in verdickten Endknöpfchen (Terminale). Außerdem kann das Axon von Schwann'schen Zellen umhüllt sein, die durch Ranvier'sche Schnürringe unterbrochen werden. Diese hängen mit der Schnelligkeit der Erregungsleitung zusammen.
Axonhügel
Der Axonhügel bildet den Übergang vom Soma zum Axon. Hier werden die elektrischen Signale gesammelt und summiert, bis ein bestimmtes Schwellenpotential überschritten wird. Erst dann wird ein Signal in Form eines Aktionspotentials an das Axon weitergeleitet. Dies verhindert, dass der Körper jedes kleinste Signal weiterleitet. 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.
Myelinscheide und Ranviersche Schnürringe
Um eine schnelle und verlustfreie Weiterleitung der elektrischen Signale zu gewährleisten, ist das Axon von einer isolierenden Schicht, der Myelinscheide, umgeben. Diese wird von speziellen Zellen gebildet: im zentralen Nervensystem von Oligodendrozyten, im peripheren Nervensystem von Schwann-Zellen. Die Myelinscheide ist jedoch nicht durchgängig, sondern wird in regelmäßigen Abständen von den Ranvierschen Schnürringen unterbrochen.
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.
Synaptische Endknöpfchen
Am Ende des Axons befinden sich die synaptischen Endknöpfchen. Hier wird das elektrische Signal in ein chemisches Signal umgewandelt, um die Erregung auf die nächste Zelle zu übertragen. Die synaptischen Endknöpfchen bilden das Ende eines Neurons. Das elektrische Signal wird hier auf die nächste Nervenzelle oder zum Beispiel auf eine Sinnes- oder Muskelzelle übertragen. Dazu wird das elektrische Signal meist in ein chemisches Signal umgewandelt. Die Verbindung am Ende einer Nervenzelle mit einer anderen Zelle nennst du Synapse. In den meisten Fällen sind das chemische Synapsen. Das Endknöpfchen setzt chemische Moleküle in den synaptischen Spalt - die Lücke zwischen den zwei Zellen - frei. Dort binden sie an Rezeptoren und geben die Erregung weiter.
Lesen Sie auch: Was macht ein Neurologe wirklich?
Die Synapse: Schaltstelle der Nervenzellen
Die Synapse ist die Verbindungsstelle zwischen zwei Nervenzellen oder zwischen einer Nervenzelle und einer anderen Zelle, wie beispielsweise einer Muskelzelle. Hier findet die Übertragung von Informationen statt. 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.
Chemische Signalübertragung
An der Synapse wird das elektrische Signal in ein chemisches Signal umgewandelt. Dazu setzen die synaptischen Endknöpfchen Neurotransmitter in den synaptischen Spalt frei. Diese Moleküle binden an Rezeptoren auf der postsynaptischen Seite und lösen dort ein neues elektrisches Signal aus.
Es gibt mindestens 50 verschiedene Botenstoffe, die der Erregungsleitung zwischen den Neuronen dienen. Zu den bekannten Neurotransmittern gehören zum Beispiel Noradrenalin, Acetylcholin, Dopamin und Serotonin. Der Überträgerstoff entscheidet darüber, ob die nachgeschaltete Nervenzelle, eine Drüse oder ein Muskel aktiviert oder gehemmt wird. Acetylcholin ist ein Neurotransmitter, der aktivierend auf die Skelettmuskulatur wirkt, Noradrenalin ein Transmitter, der je nach Zelle, an die er abgegeben wird, fördert oder hemmt. Noradrenalin wird überwiegend im Sympathikus ausgeschüttet und aktiviert die Herzmuskelzellen, während es die Muskelzellen des Darms hemmt.
Beispiel: Reizweiterleitung bei Berührung
Nehmen wir an, jemand tippt dir von hinten auf die Schulter. Die Dendriten der Nervenzelle leiten den Reiz zum Zellkörper weiter. Die Erregung durch das Antippen ist stark genug, dass am Axonhügel ein Aktionspotential entsteht. An der chemischen Synapse wird das elektrische Signal in ein chemisches Signal umgewandelt. Dazu setzen die synaptischen Endknöpfchen chemische Moleküle (Neurotransmitter) in den synaptischen Spalt frei. Die Moleküle binden an Rezeptoren auf der anderen Seite des Spalts. Das führt zur Entstehung eines elektrischen Signals in der nächsten Zelle. Das Signal wird so über Nervenzellen bis in dein Gehirn geleitet. Dort wird es verarbeitet und das Gehirn erhält das Signal „Du wurdest berührt“.
Reizweiterleitung über elektrische Impulse
Die Reizweiterleitung in Nervenzellen erfolgt über elektrische Impulse, die Aktionspotentiale genannt werden. Diese entstehen, wenn ein Reiz stark genug ist, um das Membranpotential der Zelle zu verändern und einen Schwellenwert zu überschreiten.
Lesen Sie auch: ICD-10 I69: Schlaganfallfolgen detailliert
Sensorische und motorische Nervenbahnen
Die sensorischen und motorischen Nervenbahnen sind Teil des peripheren Nervensystems. Die sensorischen - oder auch afferenten (= "hinführenden") - Nervenbahnen leiten die Impulse vom Sinnesorgan zum Gehirn. Die motorischen - oder auch efferenten (="hinaustragenden") - Nervenbahnen leiten die Impulse von Gehirn zum ausführenden Organ. Die Nervenbahnen bestehen aus einzelnen Nervenzellen - davon besitzt der Mensch rund einhundert Milliarden.
Umwandlung von Reizen in elektrische Impulse
Wie funktioniert die Reizweiterleitung über elektrische Impulse? Das wird am Beispiel unserer Haut deutlich: Temperatur, Berührungen und Druck werden über die Rezeptoren der Haut aufgenommen und in elektrische Impulse umgewandelt. Was passiert, wenn wir uns mit einer Nadel in den Arm stechen? Wir empfinden Schmerz und ziehen die Hand zurück. Doch wie kommt es dazu?
Die Rolle der Neurotransmitter
Die Überbrückung des synaptischen Spalts übernehmen also Überträgersubstanzen: Botenstoffe, die Neurotransmitter genannt werden. Es gibt mindestens 50 verschiedene Botenstoffe, die der Erregungsleitung zwischen den Neuronen dienen. Zu den bekannten Neurotransmittern gehören zum Beispiel Noradrenalin, Acetylcholin, Dopamin und Serotonin. Der Überträgerstoff entscheidet darüber, ob die nachgeschaltete Nervenzelle, eine Drüse oder ein Muskel aktiviert oder gehemmt wird. Acetylcholin ist ein Neurotransmitter, der aktivierend auf die Skelettmuskulatur wirkt, Noradrenalin ein Transmitter, der je nach Zelle, an die er abgegeben wird, fördert oder hemmt. Noradrenalin wird überwiegend im Sympathikus ausgeschüttet und aktiviert die Herzmuskelzellen, während es die Muskelzellen des Darms hemmt.
Drogen sind Wirkstoffe, die den Neurotransmittern im Aufbau sehr ähnlich sind. Deshalb wirken sie auf dieselben Synapsen. Nikotin ist dem Acetylcholin verwandt und wirkt anregend. Curare, das Pfeilgift der Indios, hingegen bindet zwar auch an den Rezeptoren, die normalerweise für das Acetylcholin zur Verfügung stehen, hemmt diese jedoch. So kann keine neue Erregung durch Acetylcholin erfolgen. Opiate haben eine ähnliche Struktur wie Endorphin - ein Neurotransmitter, der Glücksgefühle im Gehirn auslöst.
Gliazellen: Unterstützende Zellen des Nervensystems
Neben den Neuronen gibt es im Nervensystem auch Gliazellen. Während Nervenzellen Informationen aufnehmen, verarbeiten und weiterleiten, bilden Gliazellen eine Isolationsschicht um die einzelnen Nervenzellen. Gliazellen haben vielfältige Aufgaben, darunter die Isolation der Axone (Myelinisierung), die Versorgung der Neuronen mit Nährstoffen und die Beseitigung von Abfallprodukten.
Vielfalt der Nervenzellen
Die Nervenzellen können anhand verschiedener Kriterien in Gruppen eingeteilt werden. Morphologisch lassen sich N. nach der Anzahl ihrer Dendriten in multipolare N.mit zahlreichen Dendriten, bipolare N. mit nur einem zuleitenden Dendriten neben dem ableitenden Neuriten und pseudounipolare N. unterteilen, bei denen nur ein gemeinsamer Fortsatz aus dem Perikaryon entspringt, der sich erst in einiger Entfernung vom Zellkörper funktionell in einen Dendriten und einen Neuriten gabelt, welche aber beide Axonstruktur (Markscheiden) aufweisen.
Unterschiede zwischen zentralem und peripherem Nervensystem
Zwischen den N. des Zentralnervensystems und denjenigen des peripheren Nervensystems gibt es einige Unterschiede. So wird, wie beschrieben, das Axon der peripheren Nervenzelle vom Cytoplasma der Schwann-Zelle umgeben, und zwar je Axon eine Schwann-Zelle. Im Zentralnervensystem wird diese Aufgabe von den so genannten Oligodendrocyten übernommen, wobei ein Oligodendrocyt die Markscheide für die Axonen mehrerer Nervenzellen bildet und über Plasmabrücken mit mehreren Internodien (den Abschnitten zwischen den Ranvier-Knoten) in Verbindung steht.