Nervenzellen, auch Neuronen genannt, sind die fundamentalen Bausteine des Nervensystems und spielen eine entscheidende Rolle bei der Reizweiterleitung im Körper. Sie ermöglichen die Aufnahme, Weiterleitung und Verarbeitung von Informationen aus der Umwelt und dem Körperinneren. Die komplexen Funktionen des Nervensystems, wie Wahrnehmung, Denken, Gedächtnis, Bewegungskoordination und viele andere kognitive und motorische Prozesse, werden durch Neuronen ermöglicht.
Aufbau einer Nervenzelle
Eine Nervenzelle besteht aus verschiedenen Abschnitten, die jeweils spezifische Funktionen erfüllen:
- Zellkörper (Soma): Das Soma ist das zentrale Element der Nervenzelle und enthält den Zellkern sowie die wichtigsten Zellorganellen, die für die Aufrechterhaltung der Zellfunktion notwendig sind. Hier findet die Verarbeitung der eingehenden Informationen statt.
- Dendriten: Dendriten sind kurze, verästelte Fortsätze, die vom Soma ausgehen. Sie dienen als Empfänger für Signale von anderen Neuronen oder sensorischen Rezeptoren und leiten diese zum Zellkörper weiter.
- Axon: Das Axon, auch Neurit genannt, ist ein langer, schlauchförmiger Fortsatz, der vom Soma ausgeht und Signale von diesem weg transportiert. Es dient als Übertragungskabel für elektrische Impulse, die vom Neuron erzeugt werden. Axone können eine Länge von wenigen Millimetern bis zu einem Meter erreichen.
- Axonhügel: Der Axonhügel bildet den Übergang vom Soma zum Axon. Hier werden die elektrischen Signale gesammelt und summiert, bis eine bestimmte Schwelle überschritten wird. Erst dann wird ein Signal an das Axon weitergeleitet.
- Myelinscheide: Viele Axone sind von einer Myelinscheide umgeben, einer isolierenden Schicht aus Fett und Protein, die von Gliazellen gebildet wird. Die Myelinscheide ermöglicht eine schnellere Erregungsleitung.
- Ranviersche Schnürringe: Die Myelinscheide ist in regelmäßigen Abständen durch freiliegende Axonbereiche unterbrochen, die als Ranviersche Schnürringe bezeichnet werden. An diesen Stellen kann das Aktionspotential "springen", was die Geschwindigkeit der Erregungsleitung weiter erhöht.
- Synaptische Endknöpfchen: Die synaptischen Endknöpfchen bilden das Ende des Axons. Hier wird das elektrische Signal auf die nächste Nervenzelle oder eine andere Zelle übertragen.
Der Axonhügel: Schaltzentrale der Nervenzelle
Der Axonhügel ist ein spezialisierter Bereich am Übergang vom Zellkörper zum Axon und spielt eine entscheidende Rolle bei der Informationsverarbeitung und -weiterleitung in der Nervenzelle. Hier werden die von den Dendriten empfangenen Signale integriert und verrechnet.
Funktion des Axonhügels
Die Hauptfunktion des Axonhügels besteht darin, zu entscheiden, ob ein Aktionspotential ausgelöst wird oder nicht. Ein Aktionspotential ist ein kurzer, elektrischer Impuls, der sich entlang des Axons ausbreitet und Informationen an andere Zellen weiterleitet.
Der Axonhügel empfängt ständig erregende und hemmende Signale von den Dendriten. Erregende Signale depolarisieren die Zellmembran, d.h. sie machen das Innere der Zelle positiver. Hemmende Signale hyperpolarisieren die Zellmembran, d.h. sie machen das Innere der Zelle negativer.
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Der Axonhügel summiert diese Signale räumlich und zeitlich. Räumliche Summation bedeutet, dass Signale, die gleichzeitig an verschiedenen Stellen des Axonhügels eintreffen, addiert werden. Zeitliche Summation bedeutet, dass Signale, die kurz nacheinander am selben Ort eintreffen, addiert werden.
Wenn die Summe der erregenden und hemmenden Signale einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, wird am Axonhügel ein Aktionspotential ausgelöst. Dieses Alles-oder-Nichts-Prinzip sorgt dafür, dass nur ausreichend starke Signale weitergeleitet werden.
Aktionspotential und seine Weiterleitung
Aktionspotentiale entstehen durch den Einstrom positiv geladener Ionen, was zu einer rapiden Umkehrung des Membranpotenzials führt. Die aktivierten Neuronen leiten das Aktionspotential über ihre Axone weiter. Das Axon endet meist in Verbindungsstellen (Synapsen), wo das elektrische Signal einen weiteren Mechanismus auslöst. Oft führt das Signal zur Ausschüttung von Neurotransmittern. Diese Neurotransmitter werden anschließend in den synaptischen Spalt freigesetzt und binden an spezifische Rezeptoren auf der Membran der Zielzelle.
Bedeutung des Axonhügels
Der Axonhügel ist ein entscheidender Faktor für die korrekte Funktion des Nervensystems. Er ermöglicht es den Nervenzellen, Informationen zu filtern und nur relevante Signale weiterzuleiten. Dadurch wird verhindert, dass der Körper jedes kleinste Signal weiterleitet. Diese Selektivität ist wichtig für die Verarbeitung komplexer Informationen und die Steuerung von Verhalten.
Myelinisierung und saltatorische Erregungsleitung
Viele Axone sind von einer Myelinscheide umgeben, die von Gliazellen gebildet wird. Im peripheren Nervensystem sind dies die Schwannschen Zellen, im zentralen Nervensystem die Oligodendrozyten. Die Myelinscheide wirkt wie eine Isolationsschicht und erhöht die Geschwindigkeit der Erregungsleitung erheblich.
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Die Myelinscheide ist nicht durchgängig, sondern wird in regelmäßigen Abständen von den Ranvierschen Schnürringen unterbrochen. An diesen Stellen ist das Axon unbedeckt und enthält eine hohe Konzentration an Ionenkanälen.
Die Aktionspotentiale "springen" von Schnürring zu Schnürring, anstatt sich kontinuierlich entlang des Axons auszubreiten. Diese sprunghafte Erregungsleitung wird als saltatorische Erregungsleitung bezeichnet und ermöglicht eine sehr schnelle Signalübertragung.
Axonaler Transport
Neben der Weiterleitung elektrischer Signale findet im Axon auch ein Stofftransport statt, der als axonaler Transport bezeichnet wird. Dabei werden verschiedene Substanzen, wie z.B. Neurotransmitter, Proteine und Zellorganellen, entlang des Axons transportiert.
Man unterscheidet zwischen anterogradem Transport (vom Soma zum Axonende) und retrogradem Transport (vom Axonende zum Soma). Der axonale Transport ist essentiell für die Versorgung des Axons und die Aufrechterhaltung seiner Funktion.
Axonale Schädigung und Regeneration
Axone können durch Verletzungen oder Krankheiten geschädigt werden. Eine Durchtrennung von Axonen führt zur Degeneration von Teilen der betroffenen Neuronen. Im peripheren Nervensystem können Axone teilweise wieder nachwachsen, wobei die Schwannschen Zellen eine wichtige Rolle bei der Regeneration spielen. Im zentralen Nervensystem ist die Regeneration von Axonen jedoch stark eingeschränkt.
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Klassifikation von Nervenzellen
Nervenzellen können anhand verschiedener Kriterien klassifiziert werden, z.B. nach ihrer Morphologie (Form und Struktur), ihrer Funktion oder den von ihnen verwendeten Neurotransmittern.
- Morphologische Klassifikation: Hierbei werden Nervenzellen in unipolare, bipolare, pseudounipolare und multipolare Neuronen unterteilt.
- Funktionelle Klassifikation: Hierbei werden Nervenzellen in sensorische Neuronen, motorische Neuronen und Interneuronen unterteilt.
- Neurotransmitter-Klassifikation: Hierbei werden Nervenzellen nach den von ihnen produzierten und freigesetzten Neurotransmittern unterschieden, z.B. cholinerge, adrenerge oder dopaminerge Neuronen.
Die Synapse: Kommunikationsschnittstelle zwischen Nervenzellen
Die Synapse ist die Verbindungsstelle zwischen zwei Nervenzellen oder zwischen einer Nervenzelle und einer anderen Zelle, z.B. einer Muskelzelle. An der Synapse wird das elektrische Signal in ein chemisches Signal umgewandelt, um die Information auf die nächste Zelle zu übertragen.
Die meisten Synapsen sind chemische Synapsen, bei denen Neurotransmitter freigesetzt werden, die an Rezeptoren auf der Zielzelle binden und dort eine Reaktion auslösen. Es gibt aber auch elektrische Synapsen, bei denen die Zellen direkt miteinander verbunden sind und das elektrische Signal ohne Umwandlung weitergeleitet wird.
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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