Bipolare Nervenzellen: Aufbau und Funktion im Nervensystem

Nervenzellen, auch Neurone genannt, sind die fundamentalen Bausteine des Nervensystems. Sie sind hochspezialisierte Zellen, die elektrische und chemische Signale empfangen, verarbeiten und weiterleiten können. Diese Fähigkeit ermöglicht die Kommunikation zwischen verschiedenen Teilen des Körpers und ist essenziell für alle körperlichen und geistigen Prozesse. Im Gehirn gibt es schätzungsweise 86 Milliarden Neurone, die zusammen mit Gliazellen ein komplexes Netzwerk bilden. Die Neurone steuern das gesamte Verhalten, Empfindungen, Träume, Gefühle und die Persönlichkeit, indem sie Eindrücke der Wahrnehmung vermitteln. Während man einen Artikel liest, leiten die Nervenzellen die visuelle Information der Augen mittels elektrischer Impulse weiter an das Gehirn und verteilen zudem die Informationen auf verschiedene Gehirngebiete.

Grundlegender Aufbau einer Nervenzelle

Eine typische Nervenzelle besteht aus mehreren Hauptkomponenten:

• Zellkörper (Soma oder Perikaryon): Das Soma ist das Stoffwechselzentrum des Neurons und enthält den Zellkern mit dem genetischen Material (DNA). Hier werden fast alle Stoffe synthetisiert, die die Zelle benötigt, und von dort in Axone und Dendriten transportiert. Das Cytosol, die Flüssigkeit im Zellkörper, enthält Ionen, Proteine und das Cytoskelett, welches aus Mikrotubuli, Aktinfilamenten und Intermediärfilamenten besteht.

• Dendriten: Dendriten sind kurze, verzweigte Fortsätze, die vom Soma ausgehen. Sie empfangen Signale von anderen Neuronen oder sensorischen Rezeptoren und leiten diese zum Zellkörper weiter. Die Dendriten tragen oft kleine Fortsätze, die dendritischen Dornen (Spines), die wie Antennen wirken und über Synapsen Kontakt zu anderen Nervenzellen haben. Ein einzelner Zellkörper kann bis zu 10.000 solcher Fortsätze haben.

• Axon: Das Axon ist ein langer, schlanker Fortsatz, der vom Soma wegführt und Signale an andere Neuronen, Muskeln oder Drüsen überträgt. Es kann sich über Entfernungen von bis zu einem Meter und mehr erstrecken. Das Axon enthält ein Proteingerüst, die Mikrotubuli. Gebunden an Transportproteine wandern die im Zellkörper gebildeten Transmitter entlang der Mikrotubuli ans Ende des Axons, wo sie auf ihre Ausschüttung warten. Leiten die Axone zum Gehirn, spricht man von afferenten Nervenfasern. Steuerbefehle vom Gehirn in die Peripherie, also etwa zu den Muskeln, nennt man efferent.

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• Axonhügel: Der Axonhügel ist der Bereich am Übergang vom Zellkörper zum Axon. Hier werden die einkommenden Signale gesammelt und verrechnet. Wenn ein bestimmter Schwellenwert überschritten wird, wird ein Aktionspotential ausgelöst, das sich entlang des Axons ausbreitet.

• Myelinscheide: Viele Axone sind von einer Myelinscheide umgeben, einer isolierenden Schicht, die von Gliazellen gebildet wird. Im zentralen Nervensystem (ZNS) sind es Oligodendrozyten, im peripheren Nervensystem (PNS) Schwann-Zellen. Die Myelinscheide beschleunigt die Reizweiterleitung, indem sie es dem elektrischen Signal ermöglicht, von einem Ranvierschen Schnürring zum nächsten zu "springen" (saltatorische Erregungsleitung).

• Ranviersche Schnürringe: Dies sind Unterbrechungen in der Myelinscheide, an denen das Axon frei liegt. An diesen Stellen kann das Aktionspotential neu entstehen, was die Geschwindigkeit der Reizweiterleitung erhöht.

• Synaptische Endknöpfchen: Am Ende des Axons befinden sich die synaptischen Endknöpfchen. Hier wird das elektrische Signal in ein chemisches Signal umgewandelt, indem Neurotransmitter freigesetzt werden, die dann die nächste Zelle stimulieren oder hemmen.

Klassifizierung von Nervenzellen

Neurone können anhand verschiedener Kriterien klassifiziert werden, darunter ihre Struktur, Funktion und chemischen Eigenschaften. Eine wichtige strukturelle Klassifizierung basiert auf der Anzahl der Fortsätze, die vom Zellkörper ausgehen:

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• Unipolare Nervenzellen: Diese Neuronen haben nur einen Fortsatz, der sich in ein Axon und einen Dendriten aufteilt. Sie sind typisch für das Nervensystem von Wirbellosen, kommen aber auch bei Wirbeltieren vor, insbesondere als sensorische Neuronen.
• Bipolare Nervenzellen: Bipolare Neuronen haben zwei Fortsätze: ein Axon und einen Dendriten, die an gegenüberliegenden Seiten des Somas entspringen. Sie sind hochspezialisierte Sensorneuronen, die in der Retina und im olfaktorischen System vorkommen.
• Multipolare Nervenzellen: Dies ist der häufigste Neuronentyp im Nervensystem von Wirbeltieren. Multipolare Neuronen haben viele Dendriten und ein Axon. Sie sind an komplexen Verarbeitungsprozessen und motorischer Steuerung beteiligt.
• Pseudounipolare Nervenzellen: Diese Neuronen haben einen einzelnen Fortsatz, der sich in der Nähe des Somas in zwei Äste aufteilt, die beide als Axone fungieren. Ein Ast erstreckt sich zur Peripherie, der andere zum Rückenmark. Sie sind typisch für sensorische Neuronen.

Bipolare Nervenzellen im Detail

Bipolare Nervenzellen sind spezialisierte sensorische Neuronen, die eine wichtige Rolle in der Signalübertragung in bestimmten Sinnesorganen spielen. Ihre charakteristische Struktur mit einem Axon und einem Dendriten, die an gegenüberliegenden Polen des Somas entspringen, ermöglicht eine effiziente und gerichtete Weiterleitung von Informationen.

Vorkommen und Funktion

Bipolare Nervenzellen finden sich hauptsächlich in zwei Bereichen des Nervensystems:

• Retina: In der Netzhaut des Auges sind Bipolarzellen ein wichtiger Bestandteil der Signalverarbeitungskette. Sie empfangen Informationen von den Photorezeptoren (Stäbchen und Zapfen) und leiten diese an die Ganglienzellen weiter, deren Axone den Sehnerv bilden. Bipolarzellen sind an der Kontrastverstärkung und der Verarbeitung von Farbinformationen beteiligt.
• Olfaktorisches System: Im olfaktorischen System, das für den Geruchssinn verantwortlich ist, bilden Bipolarzellen die Riechzellen in der Nasenschleimhaut. Sie nehmen Geruchsstoffe auf und leiten die Informationen an das Gehirn weiter.

Besondere Merkmale

Bipolare Nervenzellen weisen einige besondere Merkmale auf, die sie für ihre spezifischen Funktionen prädestinieren:

• Polarisierte Struktur: Die klare Trennung von Dendrit und Axon ermöglicht eine gerichtete Signalübertragung. Der Dendrit empfängt Signale von den Rezeptorzellen, während das Axon die Informationen an die nächste Nervenzelle weiterleitet.
• Spezifische Rezeptoren: Bipolare Nervenzellen besitzen spezifische Rezeptoren für die Neurotransmitter, die von den vorgeschalteten Zellen freigesetzt werden. In der Retina reagieren sie auf Glutamat, das von den Photorezeptoren ausgeschüttet wird.
• Modulation der Signalübertragung: Bipolarzellen können die Signalübertragung modulieren, indem sie erregende oder hemmende Signale aussenden. Dies ermöglicht eine fein abgestimmte Verarbeitung der Informationen.

Klinische Bedeutung

Schädigungen oder Funktionsstörungen von Bipolarzellen können zu verschiedenen sensorischen Beeinträchtigungen führen. In der Retina können beispielsweise Degenerationen der Bipolarzellen zu Sehverlust führen. Im olfaktorischen System können Schädigungen die Ursache für Riechstörungen sein.

Gliazellen: Die unterstützenden Zellen des Nervensystems

Neben den Neuronen gibt es im Gehirn eine weitere wichtige Zellpopulation: die Gliazellen. Lange Zeit glaubte man, ihre Hauptaufgabe sei es, die Neuronen zu stützen und zu ernähren. Neuere Forschungen haben jedoch gezeigt, dass Gliazellen vielfältige Funktionen im Nervensystem erfüllen und aktiv an der Signalübertragung und der Aufrechterhaltung der Homöostase beteiligt sind. Es gibt verschiedene Arten von Gliazellen, darunter:

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• Astrozyten: Astrozyten sind die häufigsten Gliazellen im Gehirn. Sie regulieren das chemische Milieu im extrazellulären Raum, indem sie Kalium-Ionen und Glutamat aufnehmen. Sie bilden auch einen Teil der Blut-Hirn-Schranke, die das Gehirn vor schädlichen Substanzen schützt.
• Oligodendrozyten: Oligodendrozyten bilden die Myelinscheide um die Axone im zentralen Nervensystem. Diese Myelinisierung beschleunigt die Reizweiterleitung erheblich.
• Schwann-Zellen: Schwann-Zellen erfüllen die gleiche Funktion wie Oligodendrozyten, bilden aber die Myelinscheide im peripheren Nervensystem.
• Mikroglia: Mikroglia sind die Immunzellen des Gehirns. Sie phagozytieren Zelltrümmer und Krankheitserreger und spielen eine wichtige Rolle bei Entzündungsprozessen.

Die Blut-Hirn-Schranke

Die Blut-Hirn-Schranke (BHS) ist eine physiologische Barriere zwischen dem Blutkreislauf und dem Zentralnervensystem. Sie schützt das Gehirn vor Krankheitserregern und Giftstoffen, erschwert aber auch den Transport von Neurotransmittern und Wirkstoffen, die zur Behandlung neurobiologischer Erkrankungen benötigt werden. Die BHS besteht hauptsächlich aus Endothelzellen, die die Blutgefäße auskleiden, und Astrozyten, die die Kapillargefäße umgeben. Die Endothelzellen sind durch "Tight Junctions" eng miteinander verbunden, was die Schrankenfunktion verstärkt.

Signalübertragung zwischen Nervenzellen

Die Kommunikation zwischen Nervenzellen erfolgt über Synapsen. Es gibt zwei Arten von Synapsen:

• Chemische Synapsen: An chemischen Synapsen wird ein elektrisches Signal in ein chemisches Signal umgewandelt. Wenn ein Aktionspotential das synaptische Endknöpfchen erreicht, werden Neurotransmitter in den synaptischen Spalt freigesetzt. Diese Neurotransmitter binden an Rezeptoren auf der postsynaptischen Zelle und lösen dort eine Reaktion aus, die entweder erregend oder hemmend sein kann.
• Elektrische Synapsen: An elektrischen Synapsen sind die Zellen direkt durch Gap Junctions verbunden. Ionen können direkt von einer Zelle zur nächsten fließen, was eine sehr schnelle Signalübertragung ermöglicht.

Erkrankungen des Nervensystems

Erkrankungen des Nervensystems können die Struktur und Funktion von Nervenzellen beeinträchtigen und zu vielfältigen neurologischen Symptomen führen. Einige Beispiele sind:

• Multiple Sklerose (MS): MS ist eine Autoimmunerkrankung, bei der die Myelinscheide im zentralen Nervensystem zerstört wird. Dies führt zu einer verlangsamten Reizweiterleitung und zu neurologischen Ausfällen wie Muskelschwäche, Koordinationsstörungen und Sehstörungen.
• Guillain-Barré-Syndrom (GBS): GBS ist eine Autoimmunerkrankung, bei der die Schwann-Zellen im peripheren Nervensystem abgebaut werden. Dies führt zu Muskelschwäche und Lähmungen.
• Alzheimer-Krankheit: Die Alzheimer-Krankheit ist eine neurodegenerative Erkrankung, die durch den Verlust von Neuronen und Synapsen im Gehirn gekennzeichnet ist. Dies führt zu Gedächtnisverlust, kognitiven Beeinträchtigungen und Verhaltensänderungen.
• Parkinson-Krankheit: Die Parkinson-Krankheit ist eine neurodegenerative Erkrankung, die durch den Verlust von dopaminproduzierenden Neuronen im Gehirn gekennzeichnet ist. Dies führt zu Zittern, Muskelsteifheit und Bewegungsverlangsamung.

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.

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