Neuronen, auch Nervenzellen genannt, sind die grundlegenden Bausteine des Nervensystems. Sie ermöglichen die schnelle Übertragung von Informationen in Form elektrischer Signale. Ein wichtiger Bestandteil eines jeden Neurons ist das Axon, ein Fortsatz der Nervenzelle, der für die Weiterleitung dieser Signale zuständig ist. Axone können entweder von einer Myelinscheide umhüllt sein (myelinisiert) oder ohne diese Hülle auftreten (unmyelinisiert). Dieser Artikel widmet sich dem Aufbau und der Funktion unmyelinisierter Neuronen und beleuchtet ihre Rolle im Nervensystem.
Die Nervenzelle (Neuron)
Das Neuron ist die funktionelle Einheit des Nervensystems. Es besteht aus:
- Zellkörper (Soma): Das Zentrum der Zelle, das den Zellkern und andere Organellen enthält.
- Dendriten: Kurze, verästelte Fortsätze, die Signale von anderen Neuronen oder sensorischen Rezeptoren empfangen.
- Axonhügel: Der Bereich zwischen dem Soma und dem Axon, wo das Aktionspotenzial entsteht.
- Axon (Neurit): Ein langer Fortsatz, der Signale vom Soma weg transportiert.
- Synapsen: Verbindungsstellen am Ende des Axons, wo die Signale auf andere Zellen übertragen werden.
Was ist ein Axon?
Das Axon, auch Neurit genannt, ist ein schlauchartiger Fortsatz der Nervenzelle. Es ist für die Weiterleitung elektrischer Signale zuständig. Ein Axon zusammen mit seiner Hüllstruktur wird als Nervenfaser bezeichnet. Das Axon als Teil der Nervenfaser sieht aus wie ein langer Schlauch und kann bei uns Menschen von wenigen Millimetern bis zu einem Meter lang sein. Es hat außerdem einen relativ gleichbleibenden Durchmesser. Der Ursprung des Axons liegt am Zellkörper der Nervenzelle. Du nennst ihn Axonhügel. Von dort bildet das Axon einen langen Strang, der in bäumchenartigen Verzweigungen - den Endknöpfchen - endet. An den Endknöpfchen befindet sich dann die Verbindungsstelle von einer zur nächsten Nervenzelle.
Was ist eine Nervenfaser?
Eine Nervenfaser ist eine lange, schnurähnliche Bahn und Teil der Nervenzelle. Zudem gibt es Unterschiede, wie schnell Signale in Nervenfasern weitergeleitet werden. Die Geschwindigkeit kann stark variieren, je nachdem, ob es sich um marklose oder markhaltige Nervenfasern handelt.
Marklose Nervenfasern
Marklose Nervenfasern besitzen keine Gliazellen auf dem Axon. Das Axon ist sozusagen nackt. Marklose Nervenfasern führen eine langsame Reizweiterleitung aus. Betrachten wir beispielsweise den Tintenfisch mit seinem Riesenaxon. Hier liegt der Durchmesser bei $\pu{500 - 1000 µm}$. Im Nervenzellkörper wird ein Reiz in ein elektrisches Signal umgewandelt. Dieses führt zu einer Depolarisation der Zellmembran. Ab Erreichen eines bestimmten Schwellenwertes wird am Axonhügel ein Aktionspotenzial ausgelöst. Sobald ein Aktionspotenzial durch eine Stelle der Nervenzelle durchgelaufen ist, muss dort wieder das ursprüngliche Membranpotenzial hergestellt werden. Die Natrium-Kalium-Pumpen werden aktiviert und sorgen für den Ausgleich. Natrium wird aus dem Axon transportiert, Kalium fließt in das Axon. Für diesen Vorgang wird Energie in Form von ATP durch Spaltung verbraucht. Die Axonwand ist regelmäßig mit Natrium-Kalium-Pumpen durchbrochen.
Lesen Sie auch: Neuronen einfach erklärt
Vorkommen und Funktion
Marklose Nervenfasern kommen vorwiegend in wirbellosen Tieren vor. Ein Beispiel ist die Biene. Aufgrund ihrer geringen Größe ist eine Reizweiterleitung von etwa $\pu{3 m/s}$ ausreichend, um Informationen weiterzuleiten. Bei uns Menschen finden wir marklose Nervenfasern zum Beispiel in Magen und Darm.
Markhaltige Nervenfasern
Im Unterschied zu marklosen Nervenfasern sind bei markhaltigen in regelmäßigen Abständen Gliazellen um das Axon gewickelt. Diese bilden Myelinschichten als Isolationsschicht. Eine andere Bezeichnung für diese bestimmte Art der Gliazelle ist schwannsche Zelle. Zwischen benachbarten schwannschen Zellen befindet sich je ein ranvierscher Schnürring. Vorteilhaft sind die schwannschen Zellen bei der Reizweiterleitung. Da eine Änderung des Membranpotenzials nur an den ranvierschen Schnürringen stattfinden kann, erfolgt die Weiterleitung des Aktionspotenzials sprunghaft, auf saltatorische Weise. Mit einer Geschwindigkeit von bis zu $\pu{120 m/s}$ wandert der Reiz recht schnell und die Nervenfasern arbeiten effizienter in der Informationsweitergabe als marklose. Bei markhaltigen Nervenfasern besitzt das Axon nur an den ranvierschen Schnürringen die Natrium-Kalium-Ionenpumpen. Durch diese räumliche Begrenzung konzentriert sich die Anzahl auf $\pu{12000 pro µm2}$. So können hohe Konzentrationen an Ionen schneller transportiert werden, ohne jedoch alle Pumpen in Gebrauch zu nehmen.
Vorkommen und Funktion
Für Menschen sind markhaltige Nervenfasern für schnelle Reaktionen notwendig. Sie kommen überall im Körper vor. Dabei dienen sie nicht nur schnellen Bewegungen, sondern sind auch im Straßenverkehr für die Achtsamkeit notwendig. Am wichtigsten ist ihre Funktion für Reaktionen auf Gefahrensituationen.
Aufbau unmyelinisierter Nervenfasern im Detail
Im Gegensatz zu myelinisierten Nervenfasern, bei denen das Axon von einer isolierenden Myelinscheide umgeben ist, fehlt diese Schicht bei unmyelinisierten Nervenfasern. Stattdessen ist das Axon direkt dem extrazellulären Raum ausgesetzt. Trotz des Fehlens der Myelinscheide sind unmyelinisierte Axone dennoch von Gliazellen umgeben, insbesondere von Schwann-Zellen im peripheren Nervensystem. Diese Zellen umhüllen das Axon, bilden aber keine dichte Myelinscheide.
Schwann-Zellen und ihre Rolle
Schwann-Zellen umgeben die Fortsätze von Nervenzellen und isolieren sie von benachbarten Zellen und der extrazellulären Matrix. Im Falle von unmyelinisierten Nervenfasern wickeln sich die Schwann-Zellen nicht mehrfach um das Axon, sondern bilden lediglich eine einfache Umhüllung. Dies dient dazu, das Axon zu stabilisieren und zu schützen, jedoch nicht, um die Leitungsgeschwindigkeit wesentlich zu erhöhen.
Lesen Sie auch: Nervenzellen: Eine einfache Erklärung
Verteilung der Ionenkanäle
Ein weiteres wichtiges Merkmal unmyelinisierter Axone ist die Verteilung der Ionenkanäle in der Axonmembran. Im Gegensatz zu myelinisierten Axonen, bei denen die Ionenkanäle hauptsächlich an den Ranvierschen Schnürringen konzentriert sind, sind sie bei unmyelinisierten Axonen gleichmäßig über die gesamte Axonmembran verteilt. Dies ist entscheidend für die kontinuierliche Weiterleitung des Aktionspotenzials.
Funktion unmyelinisierter Neuronen: Kontinuierliche Erregungsleitung
Die fehlende Myelinscheide hat einen entscheidenden Einfluss auf die Art und Weise, wie elektrische Signale in unmyelinisierten Neuronen weitergeleitet werden. Anstelle der saltatorischen Erregungsleitung, die in myelinisierten Neuronen auftritt, findet in unmyelinisierten Neuronen eine kontinuierliche Erregungsleitung statt.
Ablauf der kontinuierlichen Erregungsleitung
- Depolarisation: Ein Aktionspotenzial wird am Axonhügel ausgelöst und führt zu einer Depolarisation der Axonmembran.
- Ausbreitung: Die Depolarisation breitet sich kontinuierlich entlang des Axons aus, indem sie benachbarte Bereiche der Membran depolarisiert.
- Repolarisation: Hinter der Depolarisationsfront repolarisiert die Membran wieder, wodurch die unidirektionale Ausbreitung des Aktionspotenzials gewährleistet wird.
- Natrium-Kalium-Pumpen: Die Natrium-Kalium-Pumpen spielen eine wichtige Rolle bei der Wiederherstellung des Ruhepotenzials und der Aufrechterhaltung der Ionenkonzentrationen.
Vor- und Nachteile der kontinuierlichen Erregungsleitung
- Vorteile:
- Zuverlässigkeit: Die kontinuierliche Erregungsleitung ist sehr zuverlässig, da das Aktionspotenzial jeden Abschnitt des Axons passieren muss.
- Geringer Energieverbrauch: Im Vergleich zur saltatorischen Erregungsleitung ist der Energieverbrauch geringer, da weniger Ionenkanäle benötigt werden.
- Nachteile:
- Langsame Leitungsgeschwindigkeit: Die Leitungsgeschwindigkeit ist deutlich langsamer als bei myelinisierten Neuronen, da die Depolarisation sich kontinuierlich ausbreiten muss.
- Hoher Platzbedarf: Unmyelinisierte Axone benötigen mehr Platz, da sie einen größeren Durchmesser haben müssen, um die gleiche Leitungsfähigkeit zu erreichen wie myelinisierte Axone.
Bedeutung unmyelinisierter Neuronen im Nervensystem
Obwohl unmyelinisierte Neuronen eine geringere Leitungsgeschwindigkeit aufweisen als myelinisierte Neuronen, spielen sie dennoch eine wichtige Rolle im Nervensystem. Sie sind besonders wichtig in Situationen, in denen es auf Zuverlässigkeit und Energieeffizienz ankommt.
Beispiele für die Funktion unmyelinisierter Neuronen
- Schmerzempfindung: Viele Schmerzfasern sind unmyelinisiert, da eine schnelle Übertragung in diesem Fall nichtPriorität hat. Stattdessen ist es wichtig, dass das Schmerzsignal zuverlässig und kontinuierlich übertragen wird.
- Autonomes Nervensystem: Ein Teil der Neuronen des autonomen Nervensystems, das unbewusste Körperfunktionen wie Herzfrequenz und Verdauung steuert, ist unmyelinisiert. Dies ermöglicht eine energieeffiziente Steuerung dieser Funktionen.
- Geruchssinn: Die olfaktorischen Neuronen, die für den Geruchssinn verantwortlich sind, sind ebenfalls unmyelinisiert.
Klinische Relevanz: Erkrankungen der Nervenfasern
Schädigungen von Nervenfasern, sowohl myelinisiert als auch unmyelinisiert, können zu verschiedenen neurologischen Erkrankungen führen.
Multiple Sklerose (MS)
Die Multiple Sklerose (MS) ist eine chronische, entzündliche Autoimmunerkrankung, die zur Zerstörung von Oligodendrozyten und somit zur Demyelinisierung von Nerven im ZNS führt. Dies führt zur Schädigung und Degeneration von Axonen. Die Übertragung von Aktionspotentialen wird beeinträchtigt. Das klinische Erscheinungsbild ist sehr unterschiedlich und umfasst typischerweise neurologische Symptome, die das Sehvermögen, die motorischen Funktionen, die Sensorik und die autonomen Funktionen beeinflussen. Die Diagnose erfolgt durch Magnetresonanztomographie (MRT) des gesamten ZNS und Untersuchung des Liquors.
Lesen Sie auch: Überblick: Verschaltung und Erregung
Guillain-Barré-Syndrom (GBS)
Das Guillain-Barré-Syndrom (GBS) ist eine Familie von immunvermittelten demyelinisierenden Polyneuropathien, die nach Infektionen auftreten, bei denen das Immunsystem die Myelinscheide und Schwann-Zellen angreift. Ein typisches GBS ist durch eine akute monophasische neuromuskuläre Lähmung gekennzeichnet, die symmetrisch und aufsteigend verläuft. Wenn die Atemmuskulatur betroffen ist, kann GBS zum Atemstillstand führen, was eine intensivmedizinische Betreuung erfordert.
Amyotrophe Lateralsklerose (ALS)
Die Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) ist eine vereinzelt spontan auftretende oder vererbte neurodegenerative Erkrankung der ersten und zweiten Motoneurone. Der genaue Mechanismus ist unbekannt, scheint aber multifaktoriell zu sein. Die Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) ist durch Anzeichen und Symptome gekennzeichnet, die auf die Koexistenz von Degeneration beider Motoneurone hinweisen. Die Diagnose wird klinisch gestellt. Die Therapie ist supportiv und symptomatisch.
Die Rolle von Gliazellen
Neben den Neuronen selbst spielen Gliazellen eine entscheidende Rolle für die Funktion des Nervensystems. Sie erfüllen vielfältige Aufgaben, darunter die Unterstützung und Ernährung der Neuronen, die Aufrechterhaltung der Homöostase im Nervengewebe und die Modulation der neuronalen Aktivität.
Astrozyten
Astrozyten versorgen Neuronen mit Nährstoffen und induzieren die Bildung von endothelialen Tight Junctions, die eine wichtige Rolle für die Blut-Hirn-Schranke spielen. Sie füllen auch den Extrazellularraum des ZNS aus. Astrozyten können identifiziert werden, weil sie im Gegensatz zu anderen ausgereiften Gliazellen saures Gliafaserprotein (GFAP) exprimieren.
Oligodendrozyten
Im ZNS produzieren und erhalten Oligodendrozyten die Myelinscheide.
Mikroglia
Mikroglia sind die Immunzellen des Gehirns und spielen eine wichtige Rolle bei der Abwehr von Krankheitserregern und der Beseitigung von Zelltrümmern. Sie können aber auch zur Neuroinflammation beitragen.
Ependymzellen
Ependymzellen kommen nur im ZNS und in kleinen Subarachnoidalräumen vor. Sie übernehmen dort eine epithelähnliche Funktion.
Mantelzellen
Mantelzellen bedecken die Somata von Neuronen im PNS.
Neuronale Schaltkreise
Neurone sind in Schaltkreisen organisiert, die nach strengen Regeln aufgebaut sind. Diese Schaltkreise ermöglichen die komplexe Informationsverarbeitung im Nervensystem.
Divergenz und Konvergenz
In neuronalen Verbindungen gibt es Divergenz (ein Neuron beeinflusst viele andere Neurone) und Konvergenz (viele Neurone beeinflussen ein einzelnes Neuron).
Reflexbögen
Reflexbögen sind einfache neuronale Schaltkreise, die schnelle, unwillkürliche Reaktionen auf Reize ermöglichen.
Neurotransmission
Die Übertragung von Signalen zwischen Neuronen erfolgt an den Synapsen. Hier werden elektrische Signale in chemische Signale umgewandelt und mithilfe von Neurotransmittern auf die nächste Zelle übertragen.
Synaptische Übertragung
- Ein Aktionspotenzial erreicht die präsynaptische Endigung.
- Neurotransmitter werden in den synaptischen Spalt freigesetzt.
- Neurotransmitter binden an Rezeptoren auf der postsynaptischen Membran.
- Ionenkanäle öffnen sich, und es kommt zu einer Depolarisation oder Hyperpolarisation der postsynaptischen Zelle.
- Das Signal wird weitergeleitet oder gehemmt.
Neurotransmitter
Es gibt verschiedene Arten von Neurotransmittern, die unterschiedliche Wirkungen auf die postsynaptische Zelle haben können. Einige Neurotransmitter wirken erregend (z.B. Glutamat), während andere hemmend wirken (z.B. GABA).
tags: #bau #von #neuronen #unmyelinisiert