Das Nervensystem ist ein komplexes Netzwerk, das für die Koordination der Körperfunktionen und die Verarbeitung von Reizen verantwortlich ist. Es besteht aus dem zentralen Nervensystem (ZNS), welches Gehirn und Rückenmark umfasst, und dem peripheren Nervensystem (PNS), das alle anderen Nerven in Händen, Armen und Organen beinhaltet. Die Hauptakteure in diesem System sind die Nervenzellen, auch Neuronen genannt, die für die Reizweiterleitung zuständig sind. Dieser Artikel beleuchtet den Aufbau und die Funktion des Nervensystems, insbesondere die Rolle der Nervenzellen.
Die Nervenzelle (Neuron): Baustein des Nervensystems
Unser Körper besteht aus vielen verschiedenartigen Zellen mit bestimmten Funktionen. Nervenzellen oder Neuronen sind spezialisierte Zellen, die sich von anderen Zellen insbesondere durch ihren Aufbau und ihre Funktion unterscheiden. Sie sind die informationsverarbeitenden Elemente bei Tier und Mensch. Neuronen sind für die Aufnahme, Weiterleitung und Verarbeitung aller Reize aus der Umwelt verantwortlich. Allein in unserem Gehirn befinden sich bis zu 100 Milliarden Nervenzellen. Um diese Funktion zu erfüllen, sind unfassbar viele Nervenzellen zu großen Netzwerken verbunden.
Aufbau einer Nervenzelle
Eine Nervenzelle besteht typischerweise aus drei Hauptabschnitten: dem Zellkörper (Soma), den Dendriten und dem Axon.
Soma (Zellkörper): Das Soma enthält den Zellkern und alle wichtigen Zellorganellen, die für die Zellfunktionen notwendig sind, wie Ribosomen, endoplasmatisches Retikulum und Mitochondrien. Das Soma kümmert sich um den Stoffwechsel der Zelle.
Dendriten: Die Dendriten sind die verästelten Ausläufer des Somas und dienen als Kontaktstellen zu anderen Zellen oder Neuronen. Sie empfangen Signale von anderen Nervenzellen und leiten diese Erregungen zum Zellkörper weiter. Die Dendriten sind wie Antennen, die Informationen von anderen Zellen empfangen. An ihrer Oberfläche werden Signale von anderen Nervenzellen aufgenommen.
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Axon: Das Axon ist ein langer, unverzweigter Fortsatz, der aus dem Axonhügel hervorgeht. Es hat die Aufgabe, die von den Dendriten aufgenommenen Reize in der Nervenzelle weiterzuleiten. Das Axon funktioniert wie ein Kabel und leitet Informationen weiter. Einige Axone sind von Schwannschen Zellen ummantelt, die Myelinscheiden bilden. Am Ende verzweigt sich das Axon baumartig in Endknöpfchen.
Der Axonhügel
Am Übergang zwischen Soma und Axon befindet sich der Axonhügel. Der Axonhügel bildet den Übergang vom Soma zum Axon. An diesem Axonhügel werden die Erregungen, die die Dendriten aufgenommen haben, gesammelt und an das Axon weitergeleitet. Die elektrischen Signale werden hier solange gesammelt und summiert, bis eine bestimmte Schwelle oder ein Schwellenpotential überschritten wird. Erst dann wird ein Signal an das Axon weitergeleitet. Dies verhindert, dass unser Körper jedes kleinste Signal weiterleitet. 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 werden muss, damit ein Reiz weitergeleitet wird. Die Signale, die dann weitergeleitet werden, nennst du Aktionspotentiale.
Schwannsche Zellen und Ranviersche Schnürringe
Bei Wirbeltieren werden die Axone häufig von einer speziellen Form von Gliazellen, den sogenannten Schwannschen Zellen, umgeben. Diese Zellen liegen hintereinander um das jeweilige Axon, sodass es von einer lamellenartigen Hülle umgeben wird: der Markscheide, Myelinscheide oder auch Schwannsche Scheide. Die Schwann'schen Zellen bilden die Myelinschicht - eine Art Isolierung, die die Übertragung beschleunigt.
Die Umhüllung ist immer wieder durch freiliegende Axonbereiche unterbrochen. Den nicht-umhüllten Bereich eines Axons nennst du Ranvierschen Schnürring. Die Erregung kann von einem Schnürring zum nächsten „springend“ weitergeleitet werden, wodurch die Geschwindigkeit der Erregungsleitung erhöht wird. Da die Reizweitergabe nur an den unisolierten Stellen erfolgen muss, ergibt sich eine hohe Geschwindigkeit.
Synaptische Endknöpfchen und Synapsen
Die synaptischen Endknöpfchen bilden das Ende eines Neurons. Am Ende sorgen die Endknöpfchen und Synapsen dafür, dass die Information an die nächste Zelle weitergegeben wird. 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. Für die Weiterleitung eines Signals an der Synapse wird das elektrische Signal in ein chemisches Signal umgewandelt.
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Funktion der Nervenzelle: Reizweiterleitung
Die Nervenzellen sind also für die Weiterleitung von Reizen verantwortlich. Die Reizweiterleitung über Nervenzellen ermöglicht schnelle Reaktionen, wie das Zurückziehen der Hand von einer heißen Herdplatte.
Vom Reiz zum Signal
Wenn Du dich stößt, etwas berührst oder einen Gegenstand siehst, dann werden sogenannte Reize erzeugt. Dein Körper ist in der Lage, diese Reize, man nennt sie auch Erregungen, erfahrbar zu machen. Jede Erregung wird zum menschlichen Gehirn geleitet, dort entschlüsselt und interpretiert. So ist man in der Lage zu riechen, sehen, schmecken, hören und zu fühlen. Ganz entscheidend für diesen Vorgang sind die Nervenzellen, die man auch unter dem Begriff Neuronen kennt. Diese sind für die Aufnahme, Weiterleitung und Verarbeitung aller Reize und ihrer Informationen verantwortlich.
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. Dieses Aktionspotenzial wird entlang der Axone immer weitergeleitet, ohne an Stärke zu verlieren.
Die Rolle der Synapsen bei der Signalübertragung
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. Neurotransmitter bewirken an den Dendriten der nachfolgenden Nervenzelle eine vorübergehende Öffnung von Ionenkanälen. 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“.
Neurotransmitter: Die Botenstoffe des Nervensystems
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.
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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.
Das Nervensystem: Zentral und Peripher
Das Nervensystem ist clever aufgeteilt: Das zentrale Nervensystem (ZNS) besteht aus Gehirn und Rückenmark und ist durch Knochen geschützt. Das periphere Nervensystem umfasst alle anderen Nerven in Händen, Armen und Organen.
Zentrales Nervensystem (ZNS)
Das zentrale Nervensystem (ZNS) besteht aus Gehirn und Rückenmark. Das ZNS bekommt seine Informationen vom peripheren Nervensystem, verarbeitet sie und schickt Befehle mit passenden Reaktionen an das periphere Nervensystem zurück.
Peripheres Nervensystem (PNS)
Das periphere Nervensystem (PNS) umfasst alle Nerven außerhalb von Gehirn und Rückenmark. 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.
Das somatische Nervensystem (animalisches Nervensystem oder willkürliches Nervensystem) umfasst alle bewussten und willentlichen Prozesse in deinem Körper, also jene, die du absichtlich steuern und beeinflussen kannst. Das vegetative Nervensystem (viszerales Nervensystem oder autonomes Nervensystem) steuert alle unwillkürlichen Prozesse deines Körpers, also jene, die außerhalb deines Bewusstseins sind und automatisch ablaufen.
Vielfalt der Nervenzellen
Ein verbreiteter Irrtum ist anzunehmen, dass alle Nervenzellen die gleiche Struktur haben. Du kannst die Nervenzellen anhand von verschiedenen Kriterien in Gruppen einteilen.
- Unipolare Nervenzellen haben nur einen kurzen Fortsatz (Axon) und keine Dendriten.
- Multipolare Nervenzellen kommen sehr häufig vor.
- Interneuronen haben eine Vermittlerfunktion.
Neurologische Erkrankungen
Neurologische Erkrankungen sind Erkrankungen des Nervensystems. Sie sind entweder durch einen Gendefekt angeboren oder entstehen im Laufe des Lebens. Hierfür können zum Beispiel eine Infektion, ein Trauma oder eine Rückbildung (Degeneration) verantwortlich sein.
Reflexe: Unwillkürliche Reaktionen
In deinem Körper gibt es auch Prozesse, die zwar mit Bewegungen deines Körpers zusammenhängen und somit eine Reaktion auf deine Umwelt sind, die aber nicht bewusst gesteuert werden. Vielleicht hast du schon einmal bemerkt, wie schnell du deine Hand von einer heißen Herdplatte zurückziehst, wenn du sie aus Versehen berührst. Diese schnelle Reaktion wird durch deine Nervenzellen ermöglicht. Die Nervenzellen leiten die Botschaft von deiner Hand über dein Rückenmark zu deinem Gehirn und zurück, um eine Reaktion auszulösen und dich zu schützen.
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