Nerven: Aufbau und Funktion in der Realschule

Das Nervensystem ist ein komplexes Netzwerk, das eine entscheidende Rolle bei der Steuerung und Koordination der Körperfunktionen spielt. Es ermöglicht uns, Reize aus der Umwelt wahrzunehmen, zu verarbeiten und darauf zu reagieren. Dieser Artikel erklärt den Aufbau und die Funktion des Nervensystems, insbesondere der Nervenzellen, und geht auf die verschiedenen Arten und ihre Aufgaben ein.

Einführung in das Nervensystem

Das Nervensystem durchzieht den gesamten Körper und lässt sich in drei Hauptabschnitte gliedern: das zentrale Nervensystem (ZNS), das periphere Nervensystem (PNS) und das vegetative Nervensystem. Es besteht aus etwa 100 Milliarden Neuronen. Gemeinsam sind die beiden Teile für die Übertragung von Informationen und für die Koordination der Körperfunktionen zuständig.

Zentralnervensystem (ZNS)

Das zentrale Nervensystem umfasst das Gehirn und das Rückenmark. Es verarbeitet die eingehenden Erregungen, sodass wir unsere Umwelt wahrnehmen können. 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 umfasst die Nerven, die vom Gehirn und Rückenmark ausgehen und das Nervengeflecht für die Haut und die Muskeln von Hals, Nacken, Rumpf und Gliedmaßen bilden. Es wird weiter unterteilt in:

• Somatisches Nervensystem: Auch animalisches oder willkürliches Nervensystem genannt. Es umfasst alle bewussten und willentlichen Prozesse im Körper, also jene, die man absichtlich steuern und beeinflussen kann.
• Vegetatives Nervensystem: Auch viszerales oder autonomes Nervensystem genannt. Es steuert alle unwillkürlichen Prozesse des Körpers, also jene, die außerhalb des Bewusstseins liegen und automatisch ablaufen.

Die Erregungen werden von Sinneszellen oder freien Nervenendigungen in der Haut aufgenommen und über Empfindungsnerven (sensible Nerven) zu den Nervenzentren Gehirn und Rückenmark geleitet. Dort werden sie auf die Bewegungsnerven (motorische Nerven) übertragen, die die entsprechenden Organe zur Reaktion anregen.

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Vegetatives Nervensystem

Das vegetative Nervensystem umfasst die Nerven, die zu den inneren Organen und von ihnen weg führen. Sie steuern die Tätigkeit des Herzens, der Drüsen und der glatten Muskulatur in den inneren Organen.

Die Nervenzelle (Neuron)

Die Nervenzelle oder das Neuron ist der kleinste Baustein des Nervensystems. Sie ist eine hochspezialisierte Zelle, die für die Aufnahme, Weiterleitung und Verarbeitung von Informationen (Reizen) verantwortlich ist.

Aufbau einer Nervenzelle

Eine Nervenzelle besteht aus verschiedenen Teilen:

• Zellkörper (Soma): Enthält den Zellkern und die meisten Organellen, die für die Zellfunktionen notwendig sind.
• Dendriten: Verästelte Fortsätze, die Signale von anderen Nervenzellen oder Sinneszellen empfangen und zum Soma weiterleiten.
• Axon (Neurit): Ein langer, unverzweigter Fortsatz, der Signale vom Soma weg zu anderen Nervenzellen, Muskelzellen oder Drüsenzellen leitet. Das Axon kann bis zu einem Meter lang sein.
• Axonhügel: Der Übergang vom Soma zum Axon. Hier 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.
• Myelinscheide (Markscheide): Eine isolierende Schicht aus Gliazellen (Schwann’sche Zellen im peripheren Nervensystem), die das Axon umhüllt und die Geschwindigkeit der Signalübertragung erhöht. Neuronen mit Myelinscheide nennt man markhaltig.
• Ranviersche Schnürringe: Unterbrechungen in der Myelinscheide, an denen das Axon frei liegt. Hier springt das Aktionspotential von einem Schnürring zum nächsten, was die Erregungsleitung beschleunigt (saltatorische Erregungsleitung).
• Synaptische Endknöpfchen: Verdickte Enden des Axons, die Kontakt zu anderen Nervenzellen, Muskelzellen oder Drüsenzellen herstellen. An den Synapsen werden die elektrischen Signale in chemische Signale umgewandelt, um die Erregung auf die nächste Zelle zu übertragen.

Funktionen der Bestandteile einer Nervenzelle

Jedem Bestandteil des Neurons kommt bei der Reizverarbeitung und -weiterleitung eine spezielle Aufgabe zu.

• Dendriten: 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: 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: 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.
• Axon: 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). Da die Reizweitergabe nur an den unisolierten Stellen erfolgen muss, ergibt sich eine hohe Geschwindigkeit.
• Endknöpfchen und die Synapse: 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.

Die Synapse

Die Synapse ist die Kontaktstelle zwischen zwei Nervenzellen oder zwischen einer Nervenzelle und einer anderen Zelle (z.B. Muskelzelle oder Drüsenzelle). Sie besteht im Wesentlichen aus dem synaptischen Endknöpfchen (Axonende) einer Nervenzelle, dem synaptischen Spalt und der Membran der nachfolgenden Zelle (postsynaptische Membran).

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• Synaptisches Endknöpfchen: Enthält Vesikel (synaptische Bläschen), die mit Neurotransmittern gefüllt sind. Außerdem befinden sich noch Ca+ Kanäle und Ionenpumpen im synaptischen Endknöpfchen.
• Synaptischer Spalt: Der Raum zwischen der präsynaptischen Membran des Axonendes und der postsynaptischen Membran des Folgedendriten.
• Postsynaptische Membran: In der Membran befinden sich Rezeptoren, an denen die Neurotransmitter binden können.

Signalübertragung an der Synapse

1. Ein Aktionspotential erreicht das synaptische Endknöpfchen.
2. Calcium-Kanäle öffnen sich, und Calcium-Ionen strömen in das Endknöpfchen.
3. Die erhöhte Calcium-Konzentration führt dazu, dass die Vesikel mit der präsynaptischen Membran verschmelzen und die Neurotransmitter in den synaptischen Spalt freisetzen.
4. Die Neurotransmitter diffundieren durch den synaptischen Spalt und binden an Rezeptoren auf der postsynaptischen Membran.
5. Die Bindung der Neurotransmitter an die Rezeptoren führt zur Öffnung von Ionenkanälen in der postsynaptischen Membran. Dies kann entweder zu einer Depolarisation (erregendes postsynaptisches Potential, EPSP) oder zu einer Hyperpolarisation (hemmendes postsynaptisches Potential, IPSP) der postsynaptischen Zelle führen.
6. Die Neurotransmitter werden entweder durch Enzyme im synaptischen Spalt abgebaut oder von der präsynaptischen Zelle wieder aufgenommen (Reuptake), um die Signalübertragung zu beenden.

Arten von Synapsen

Es gibt zwei Hauptarten von Synapsen:

• Chemische Synapsen: Die Signalübertragung erfolgt über Neurotransmitter. Sie sind langsamer als elektrische Synapsen, ermöglichen aber eine flexiblere und modulierbare Signalübertragung.
• Elektrische Synapsen: Die Signalübertragung erfolgt direkt über Gap Junctions, kleine Proteinkanäle, die beide Zellen verbinden. Sie sind sehr schnell und ermöglichen eine bidirektionale Signalübertragung.

Reizweiterleitung in der Nervenzelle

Die Reizweiterleitung in der Nervenzelle ist ein elektrochemischer Prozess, der in mehreren Schritten abläuft:

1. Ruhepotential: Im Ruhezustand befindet sich die Nervenzelle im sogenannten Ruhepotential, bei dem der Zellinnenraum gegenüber dem Außenraum negativ geladen ist. Die Ruhepotential Spannung wird durch die ungleiche Verteilung von Ionen aufrechterhalten. Das Ruhepotential entsteht durch die Wanderung bestimmter Ionen durch die Membran, was zu einer Ladungsdifferenz zwischen dem Innen- und Außenraum der Nervenzelle führt.
2. Depolarisation: Bei der Reizweiterleitung kommt es zunächst zur Depolarisation, bei der sich spannungsgesteuerte Natriumkanäle öffnen und Natrium-Ionen in die Zelle einströmen. Dies führt zu einer Umkehrung der Ladungsverhältnisse.
3. Aktionspotential: Wenn die Depolarisation einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, wird ein Aktionspotential ausgelöst. Das Aktionspotential folgt dem Alles-oder-Nichts-Prinzip: Wird der Schwellenwert überschritten, läuft es immer in gleicher Weise ab, unabhängig von der Reizstärke.
4. Repolarisation: Nach dem Aktionspotential schließen sich die Natriumkanäle, und Kaliumkanäle öffnen sich. Kalium-Ionen strömen aus der Zelle heraus, wodurch das Membranpotential wieder in Richtung des Ruhepotentials zurückkehrt.
5. Hyperpolarisation: Kurzzeitig kann das Membranpotential sogar negativer sein als das Ruhepotential (Hyperpolarisation), bevor es sich wieder stabilisiert.
6. Refraktärzeit: Nach einem Aktionspotential ist die Nervenzelle für kurze Zeit nicht erneut erregbar (Refraktärzeit). Die absolute Refraktärzeit ist der Zeitabschnitt, in dem kein neues Aktionspotential ausgelöst werden kann.

Saltatorische Erregungsleitung

Bei markhaltigen Nervenzellen springt das Aktionspotential von einem Ranvierschen Schnürring zum nächsten. Diese sprunghafte Weiterleitung (saltatorische Erregungsleitung) erhöht die Geschwindigkeit der Reizweiterleitung erheblich.

Arten von Nervenzellen

Nervenzellen können anhand verschiedener Kriterien in Gruppen eingeteilt werden:

• Unipolare Nervenzellen: Haben nur einen kurzen Fortsatz (Axon) und keine Dendriten.
• Multipolare Nervenzellen: Haben viele Dendriten und ein Axon. Sie kommen sehr häufig vor.
• Interneuronen: Haben eine Vermittlerfunktion zwischen anderen Nervenzellen.
• Sensorische Nervenzellen (afferente Nervenzellen): Leiten Informationen von Sinnesorganen zum zentralen Nervensystem.
• Motorische Nervenzellen (efferente Nervenzellen): Leiten Informationen vom zentralen Nervensystem zu Muskeln oder Drüsen.

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.

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