Das Axon, auch Neurit oder Nervenfaser genannt, ist ein wesentlicher Bestandteil von Nervenzellen (Neuronen) und spielt eine zentrale Rolle bei der Informationsübertragung im Nervensystem. Es ist ein langer, schlauchartiger Fortsatz, der elektrische Impulse vom Zellkörper (Soma) zu anderen Nervenzellen, Muskelzellen oder Drüsenzellen leitet. Dieser Artikel beleuchtet den Aufbau, die Funktion und die Bedeutung des Axons im Detail.
Was ist ein Axon?
Neuronen sind für die Weiterleitung elektrischer Signale zuständig. Dafür besitzen sie das Axon, auch Neurit genannt, ein schlauchartiger Fortsatz der Nervenzelle. Am Zellkörper der Nervenzelle, wo die Nervenimpulse entstehen, entspringt das Axon am sogenannten Axonhügel. Von dort aus verläuft es als Strang zu seinem Zielort. Die Länge variiert dabei stark: Axone können nur Bruchteile eines Millimeters oder über einen Meter lang sein. Am Ende verzweigt sich das Axon baumartig in knopfartige Endigungen, die Telodendren. Diese stehen in Kontakt mit anderen Nervenzellen, Muskel- oder Drüsenzellen, wodurch eine Synapse entsteht.
Bestandteile des Axons
Zu den wesentlichen Bestandteilen eines Neurits gehören die Zellmembran (Axolemm) und das Zytoplasma (Axoplasma). Einige Axone, die sogenannten markhaltigen Fasern, besitzen zusätzlich eine Myelinscheide, eine lipidreiche Umhüllung, die in regelmäßigen Abständen von 0,1 bis 1,5 Millimetern unterbrochen ist.
Aufbau des Axons: Eine detaillierte Betrachtung
Der Aufbau des Axons ist komplex und trägt maßgeblich zu seiner Funktion bei. Hier eine detaillierte Übersicht:
Axonhügel: Der Axonhügel ist die Ursprungsstelle des Axons am Zellkörper. Hier werden Informationen integriert und Nervenimpulse ausgelöst.
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Axonschaft: Der Axonschaft ist der Hauptteil des Axons, ein langer, zylindrischer Fortsatz, der die elektrischen Signale weiterleitet.
Axolemm: Das Axolemm ist die Zellmembran des Axons, die für den Ionentransport verantwortlich ist und das Ruhepotential sowie Aktionspotentiale ermöglicht.
Axoplasma: Das Axoplasma ist das Zytoplasma des Axons, das Zellorganellen wie Mitochondrien und das Zytoskelett enthält.
Myelinscheide: Viele Axone sind von einer Myelinscheide umgeben, einer isolierenden Schicht, die von Gliazellen gebildet wird.
Ranviersche Schnürringe: Die Myelinscheide ist in regelmäßigen Abständen unterbrochen, wodurch Ranviersche Schnürringe entstehen. Diese ermöglichen eine schnelle saltatorische Erregungsleitung.
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Telodendren: Am Ende des Axons befinden sich die Telodendren, baumartige Verzweigungen, die in synaptischen Endknöpfchen enden.
Synaptische Endknöpfchen: Diese bilden die Verbindungsstellen zu anderen Zellen (Muskulatur, Drüse, andere Nervenzelle).
Das Zytoskelett des Axons
Das Zytoskelett des Axons besteht aus Mikrotubuli, Neurofilamenten und Aktinfasern. Mikrotubuli sind röhrenförmige Moleküle, die dem Axon Stabilität und Form verleihen. Neurofilamente sind Proteinstränge, die ebenfalls zur Stärkung des Axons beitragen und dabei helfen können, den Durchmesser des Axons zu kontrollieren. Aktinfasern hingegen sind flexibler und eignen sich unter anderem zur Fortbewegung bzw. sind in der Membran des Axons verankert und können auch zur Beweglichkeit von Zellen beitragen.
Die Myelinscheide: Isolation für schnelle Signalübertragung
Man unterscheidet zwischen markhaltigen und marklosen Nervenfasern. Markhaltige Nervenfasern sind von einer Myelinscheide umhüllt, die von Oligodendrozyten im zentralen Nervensystem und von Schwann-Zellen im peripheren Nervensystem gebildet wird. Diese Myelinscheide wirkt wie eine Isolierung und ermöglicht eine deutlich schnellere Erregungsweiterleitung im Vergleich zu nicht myelinisierten Neuriten. Die Myelinscheide ist nicht durchgehend, sondern in Abständen von 0,1 bis 1,5 mm unterbrochen. Diese Unterbrechungen werden als Ranviersche Schnürringe bezeichnet. An diesen Stellen ist das Axon ungeschützt und ermöglicht eine saltatorische Erregungsleitung, bei der das Aktionspotential von Schnürring zu Schnürring springt.
Funktion des Axons: Informationsübertragung im Nervensystem
Die Hauptaufgabe des Axons ist die Weiterleitung elektrischer Erregungen vom Zellkörper zum Ende der Nervenzelle, wo sich die Synapsen befinden. Es leitet elektrische Impulse, auch Aktionspotentiale genannt, von der Nervenzelle weg zu anderen Nervenzellen, Muskelzellen oder Drüsenzellen weiter. Diese elektrischen Signale sind entscheidend für die Übertragung von Informationen und Anweisungen im Körper, ermöglichen Bewegungen, Empfindungen und die Regulation verschiedener Körperfunktionen.
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Aktionspotentiale: Die Grundlage der Signalübertragung
Ein Aktionspotential ist eine kurzzeitige Änderung des elektrischen Membranpotentials, die sich entlang des Axons ausbreitet. Es entsteht am Axonhügel, wenn ein bestimmter Schwellenwert überschritten wird. Dabei öffnen sich spannungsabhängige Natriumkanäle, wodurch Natriumionen in das Axon einströmen und das Membranpotential depolarisieren. Anschließend öffnen sich Kaliumkanäle, wodurch Kaliumionen aus dem Axon ausströmen und das Membranpotential repolarisieren. Diese schnelle Abfolge von Depolarisation und Repolarisation erzeugt das Aktionspotential, das sich entlang des Axons fortbewegt.
Axonaler Transport: Versorgung und Kommunikation
Neben der elektrischen Signalübertragung findet im Axon auch ein Stofftransport statt, der als axonaler Transport bezeichnet wird. Dabei werden Stoffe wie Zellorganellen, Vesikel und Proteine entlang des Axons transportiert. Es gibt zwei Arten des axonalen Transports:
- Anterograder Transport: Transport vom Zellkörper zum Axonende, vermittelt durch das Motorprotein Kinesin.
- Retrograder Transport: Transport vom Axonende zum Zellkörper, vermittelt durch das Motorprotein Dynein.
Der axonale Transport ist wichtig für die Versorgung des Axons mit Nährstoffen und Bausteinen sowie für die Kommunikation zwischen dem Zellkörper und den Synapsen.
Reizweiterleitung über elektrische Impulse
Temperatur, Berührungen und Druck werden über die Rezeptoren der Haut aufgenommen und in elektrische Impulse umgewandelt. Die sensorischen Nervenbahnen leiten die Impulse vom Sinnesorgan zum Gehirn, während die motorischen Nervenbahnen die Impulse vom Gehirn zum ausführenden Organ leiten. Zwischen den Endknöpfchen einer Nervenzelle und den Dendriten der nächsten Nervenzelle liegt der synaptische Spalt, der zur Übertragung der Reize überbrückt werden muss. Hier wird der elektrische Impuls in ein chemisches Signal umgewandelt, wobei Neurotransmitter die Überbrückung übernehmen.
Axon Funktion: Ein Unterschied zu anderen Neuronstrukturen?
Im Vergleich zu anderen Strukturen eines Neurons nimmt das Axon eine besondere Stellung ein. Die Dendriten des Neurons sind Ausläufer, die Signale von anderen Neuronen empfangen und zum Zellkörper leiten. Das Axon ist das Kommunikationsinstrument eines Neurons, das es ihm ermöglicht, Botschaften an andere Zellen zu senden - eine einzigartige und zentrale Funktion, die das Axon von anderen Strukturen eines Neurons unterscheidet.
Klinische Bedeutung: Schädigung und Erkrankungen des Axons
Schädigungen des Axons können schwerwiegende Folgen haben, da sie die Signalübertragung im Nervensystem beeinträchtigen. Eine Durchtrennung von Axonen, beispielsweise infolge eines Unfalls, führt zur Degeneration von Teilen der betroffenen Neuronen. Diese können nur teilweise wieder nachwachsen, was zu Problemen in der Signalweiterleitung führen kann.
Multiple Sklerose: Eine Erkrankung der Myelinscheide
Ein Beispiel für eine Erkrankung, die das Axon betrifft, ist die Multiple Sklerose (MS). Bei MS kommt es zu einer autoimmunen Entzündung und Demyelinisierung der Nervenfasern im zentralen Nervensystem. Dadurch wird die Erregungsleitung verlangsamt oder blockiert, was zu verschiedenen neurologischen Symptomen führen kann.
Klassifizierung von Axonen
Neuriten lassen sich anhand verschiedener Kriterien klassifizieren.
- Markhaltige und marklose Fasern: Einteilung basierend auf dem Vorhandensein einer Myelinscheide.
- Leitungsgeschwindigkeit: Eng verbunden mit der Ummantelung ist die Leitungsgeschwindigkeit der Axone.
- Faserqualität: Beschreibt, zu welchem Teil des Nervensystems ein Neurit gehört und welche Funktion innerhalb dieses Systems ausgeführt wird.
- Motorisch oder sensibel: Unterscheidung, ob das Axon eine Bewegung veranlasst (motorisch) oder eine Empfindung wahrnimmt (sensibel).
Besonderheiten der Hirnnerven
Die Hirnnerven besitzen zum Teil noch speziellere Funktionen, wie beispielsweise die Innervation von Kiemenbogenmuskeln oder die sensorische Wahrnehmung.
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