Nervenzellen, auch Neuronen genannt, sind die fundamentalen Bausteine des Nervensystems. Sie sind spezialisiert auf die Aufnahme, Weiterleitung und Verarbeitung von Informationen. Diese komplexen Zellen ermöglichen die Kommunikation innerhalb des Körpers und die Interaktion mit der Umwelt. Der Zellkörper, auch Soma oder Perikaryon genannt, spielt eine zentrale Rolle in der Funktion der Nervenzelle.
Einführung in die Nervenzelle
Nervenzellen sind Zellen des Nervengewebes, die der Reizbildung und -weiterleitung dienen. Sie sind von Gliazellen umgeben, die eine Isolationsschicht bilden. Das Nervensystem besteht aus Nervenzellen und Gliazellen. Nervenzellen sind für die Informationsverarbeitung zuständig, während Gliazellen die Isolierung übernehmen. Nervenzellen weisen unterschiedlich viele und verschieden lange Fortsätze auf und sind von Scheidenzellen umwickelt. Die isolierende Schicht wird als Myelinscheide bezeichnet.
Der Zellkörper (Soma)
Der Begriff "Soma" bezeichnet den Zellkörper einer Nervenzelle. Oft wird das Soma auch als Perikaryon bezeichnet (griechisch peri = um, herum und griechisch karyon = Kern). Das Soma ist sozusagen der Hauptkörper der Nervenzelle und enthält den Zellkern, ein reichhaltiges endoplasmatisches Reticulum, den Golgi-Apparat (aus vielen Dictyosomen bestehend) und viele Mitochondrien.
Struktur des Somas
Das Soma enthält den Zellkern und die wichtigsten Zellorganellen. Es ist der metabolische und genetische Kontrollbereich der Nervenzelle. Das Zytoplasma des Somas, auch Perikaryon genannt, ist reich an Ribosomen und endoplasmatischem Retikulum (insbesondere Nissl-Substanz, die aus rauem ER und Polyribosomen besteht).
Durchmesser und Form des Somas
Der Durchmesser des Somas liegt zwischen 6 und 120 Mikrometern, typischerweise bei 20 Mikrometern. Normalerweise ist das Soma eher kugelförmig, kann bei bestimmten Nervenzellen aber auch eine andere Form haben. Obwohl das Soma der auffälligste und "dickste" Teil der Nervenzelle ist, enthält es nur ca. 10% des Zellvolumens. Abhängig von Typ und Größe des Neurons misst ein Zellkörper zwischen 5 Mikrometern und mehr als 100 Mikrometern.
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Fortsätze der Nervenzelle: Dendriten und Axone
Nervenzellen haben zwei Arten von Fortsätzen: Dendriten und Axone.
Dendriten
Die Dendriten sind die Zellfortsätze, die Impulse zum Zellkörper leiten. Sie sind meist kurz und stark verästelt und sammeln Informationen für das Neuron. Eine einzige Nervenzelle kann bis zu 1.000 dieser Nervenzellfortsätze haben. Aufgabe der Dendriten ist es vor allem, Signale von anderen Neuronen zu empfangen. Die Nervenimpulse werden von den Dendriten aufgenommen und an das Soma, den Zellkörper, weitergeleitet.
Axone
Das Axon, auch Neurit genannt, ist ein langer, unverzweigter Fortsatz, der die Informationen schnell über weite Strecken leitet und diese am Ende an andere Zellen weitervermittelt (Synapsen). Es entspringt am Axonhügel mit dem Soma. Das Axon ist der Fortsatz der Nervenzelle, der elektrische Impulse vom Zellkörper (Soma) aus weg leitet. Die Länge ist dabei sehr variabel: Axone können lediglich Bruchteile eines Millimeters oder aber bis über einen Meter lang sein. Am Ende verzweigt sich das Axon baumartig in knopfartige Endigungen, welche man auch “Telodendren” nennt.
Myelinscheide
Manche Axone sind von einer Myelinscheide umhüllt. Die Myelinscheide ist keine durchgehende Hülle, sondern in Abständen von 0,1 - 1,5 mm immer wieder unterbrochen. Durch sie wird der Nervenzellfortsatz wie ein elektrisches Kabel isoliert. Das ermöglicht eine deutlich schnellere Erregungsweiterleitung im Vergleich zu nicht myelinisierten Neuriten. Myelinisierte Axone sind also von einer schützenden Schicht mit einem hohen Lipidgehalt (Fett) umgeben. Die Umhüllung bilden bei Nervenzellen des zentralen Nervensystems die Oligodendrozyten. Im peripheren Nervensystem dagegen sind die Schwann’schen Zellen dafür verantwortlich.
Funktion der Nervenzelle
Die wichtigste Aufgabe der Nervenzelle ist die Aufnahme, Weiterleitung und Verarbeitung von Informationen. Informationen werden so von Nervenzelle zu Nervenzelle weitergeleitet. Werden Nervenzellen einem Reiz ausgesetzt, werden sie erregt und leiten die Informationen weiter. Dieser Informationsfluss kann dabei sehr lange Strecken umfassen. Der Informationsaustausch zwischen den Zellen geschieht über die Synapsen mittels chemischer Botenstoffe (Neurotransmitter). Mithilfe der Neurotransmitter können die Informationen von einer Nervenzelle zur anderen überspringen.
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Axonaler Transport
Abgesehen vom elektrischen Transport kann auch ein Stofftransport im Axon stattfinden. Das bezeichnest du als axonalen Transport. Dabei können Stoffe (z.B. Proteine) hin- und hergeleitet werden. Der anterograde Transport erfolgt über das Motorprotein Kinesin, der retrograde über Dynein.
Klassifizierung von Neuriten
Neuriten lassen sich anhand verschiedener Kriterien klassifizieren. Wie bereits erwähnt, lassen sie sich in marklose und markhaltige Fasern einteilen. Eng verbunden mit der Ummantelung ist natürlich auch die Leitungsgeschwindigkeit der Axone. Die Faserqualität beschreibt gewissermaßen, zu welchem Teil des Nervensystems ein Neurit gehört und welche Funktion innerhalb dieses Systems ausgeführt wird. Des Weiteren ist es wichtig, ob das Axon eine Bewegung veranlasst (motorisch) oder eine Empfindung wahrnimmt (sensibel).
Konnektivität und Kommunikation
Nervenzellen sind über Synapsen miteinander verknüpft und auch in der Peripherie, zum Beispiel in den Armen und Beinen, mit den Muskelzellen verbunden. Informationen werden so von Nervenzelle zu Nervenzelle weitergeleitet.
Gap Junctions
Gap Junctions ermöglichen die direkte Kommunikation zwischen benachbarten Zellen durch ionalen Koppelung. Zellmembranen sind hier ca. 2 4 nm voneinander entfernt. Die Kanäle haben Durchmesser < 1.2 nm, wodurch Wasser und Ionen passieren können.
Bedeutung der Zellkörpergröße
Die Größe des Zellkörpers kann variieren und hängt von der Funktion und dem Typ der Nervenzelle ab. Größere Zellkörper können mehr Organellen und Proteine enthalten, was auf eine höhere metabolische Aktivität und eine größere Fähigkeit zur Informationsverarbeitung hindeutet.
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Forschung und Technologie
Einzelne Bestandteile von Neuronen wie Axone zu untersuchen, ist eine echte Herausforderung. Etwa wenn Forscher unter die Lupe nehmen wollen, wenn eigentlich fein abgestimmte Stoffwechselvorgänge der Nervenzellen aus dem Gleichgewicht geraten.
Mikrofluidische Systeme
Neu entwickelte Durchflusskammern und Mikrotunnel sollen es ermöglichen, einzelne Bestandteile von Neuronen detailliert zu untersuchen. Mit den Durchflusskammern lässt sich auch präzise steuern, mit welchen Substanzen oder Krankheitserregern einzelne Bestandteile von Nervenzellen in Kontakt kommen. Forscher erhoffen sich Erkenntnisse im Kampf gegen neurodegenerative Erkrankungen.
Klinische Relevanz
Störungen der Zellkommunikation und Störungen der Energieversorgung können zu neurologischen und neurodegenerativen Erkrankungen führen. Die Forschung soll auch klinische Bedeutung haben. Es gehe also auch darum, Medikamente zu finden. Zudem hoffen wir, frühe Biomarker im Metabolismus zu finden, die Hinweise liefern, dass gerade etwas schief geht. Wenn die Wissenschaftler etwa geeignete Metaboliten, vielleicht sogar schon im Blut fänden, könnte man schon früh medizinisch eingreifen.
Multiple Sklerose
Bei der Krankheit der Multiplen Sklerose kommt es zur autoimmunen Entzündung und anschließenden Demyelinisierung der Nervenfasern im zentralen Nervensystem.
Axonale Schädigung
Wenn es zum Beispiel im Rahmen eines Unfalls zu einer Durchtrennung eines Axons kommt, degenerieren Teile der betroffenen Neurone. Dies führt anschließend zu Problemen bei der Signalweiterleitung.
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