Das menschliche Nervensystem: Aufbau, Funktion und Bedeutung

Kaum ein anderes System des menschlichen Körpers ist so komplex und faszinierend wie unser Nervensystem. Es ist die zentrale Informations- und Kommunikationsplattform unseres Körpers, ein faszinierendes Netzwerk, das unseren gesamten Organismus durchzieht und der Erfassung, Weiterleitung und Verarbeitung von Informationen dient. Dank des ständigen Austauschs vieler Milliarden Nervenzellen koordiniert es sämtliche Körperfunktionen und ermöglicht uns, unsere Umwelt wahrzunehmen, zu reagieren und zu interagieren. Es steuert bewusste Bewegungen, unbewusste Prozesse und ermöglicht uns komplexe Funktionen wie Gedächtnis, Emotionen und Vernunft.

Die Arbeitsweise des Nervensystems: Elektrische Impulse als universelle Sprache

Erstaunlicherweise erfolgt die Arbeit des Nervensystems dabei immer nach demselben Prinzip: dem elektrischen Impuls. Dieser dient nicht nur der Reizwahrnehmung, sondern auch der Reizverarbeitung und Reizweiterleitung, beispielsweise für motorische Befehle an die Muskeln. Die vom Nervensystem gesammelten Informationen werden in elektrische Impulse umgewandelt und über Nervenfasern mit einer Geschwindigkeit von rund 400 km/h an das Gehirn weitergeleitet, wo sie schließlich verarbeitet und gespeichert werden.

Entwicklung des Nervensystems

Die Entwicklung einzelner Bestandteile des Nervensystems beginnt beim Embryo bereits in der 3. Schwangerschaftswoche. Daher ist es besonders wichtig, dass Frauen mit Kinderwunsch am besten schon vor der Empfängnis mit allen wichtigen Nährstoffen versorgt sind, die für den Aufbau von Nervengewebe nötig sind.

Die Bausteine des Nervensystems: Nervenzellen und Gliazellen

Als kleinste funktionelle Einheit bilden die Nervenzellen (medizinisch: Neuron) mit ihren umgebenden Gliazellen die Grundbausteine unseres Nervensystems. Die Nervenzellen sind die Bausteine unseres Nervensystems. Sie besitzen einen Zellkörper und Zellfortsätze, die sie mit anderen Nervenzellen oder mit Körperzellen, wie beispielsweise Muskel- oder Drüsenzellen, verbinden. Diese Fortsätze werden als Axone und Dendriten bezeichnet. Axone leiten Signale zu anderen Neuronen oder Zielzellen weiter, während Dendriten die Signale meistens von anderen Neuronen empfangen. Die Länge der Axone und Dendriten reicht von wenigen tausendstel Millimeter bis zu über einem Meter. Neben den Neuronen enthält das Nervensystem Gliazellen und ein dichtes Netz von Blutgefäßen, das die ausreichende Zufuhr von Sauerstoff und Nährstoffen sicherstellt.

Die kleinen, meist stark verästelten Dendriten empfangen Signale, während das längere Axon die elektrische Erregung zum Ende der Nervenzelle weiterleitet. Dort angekommen wird der Reiz durch die sogenannten Synapsen (Schaltstelle der Nervenzelle) zur nächsten Zelle transportiert. Für die Weiterleitung eines Signals an der Synapse wird das elektrische Signal in ein chemisches Signal umgewandelt.

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Häufig wird der Begriff „Nervenzelle“ bzw. Neuron mit „Nerv“ gleichgesetzt, auch wenn dies anatomisch nicht richtig ist. Ein Nerv besteht vielmehr aus einem Zusammenschluss mehrerer, parallel verlaufender, gebündelter Nervenfasern (Axone). Je nachdem, welche Aufgabe der Nerv erfüllt bzw. in welche Richtung er die Informationen weiterleitet, wird er als efferenter (motorischer), afferenter (sensorischer) oder gemischter Nerv bezeichnet. Efferente Nerven leiten elektrische Impulse vom Zentrum (Gehirn, Rückenmark) zur Peripherie, beispielweise zur Skelettmuskulatur. Afferente Nerven hingegen senden den Reiz von der Peripherie (z. B. der Haut) zum Zentrum.

Gliederung des Nervensystems: Zentrales vs. Peripheres Nervensystem

Innerhalb des Nervensystems werden aber nicht nur die Nervenfasern aufgrund spezieller Eigenschaften unterteilt. Auch das Nervensystem als Ganzes lässt sich in verschiedene Bereiche untergliedern: Wird anhand der Lage bzw. des Aufbaus differenziert, ist vom zentralen Nervensystem (ZNS) oder peripheren Nervensystem (PNS) die Rede. Erfolgt die Einordnung gemäß der Funktion, spricht die Neurobiologie vom somatischen (willkürlichen) Nervensystem und vom vegetativen (unwillkürlichen) Nervensystem. Sowohl peripheres und zentrales Nervensystem als auch das somatische und vegetative Nervensystem sind in ihrer Funktion miteinander gekoppelt.

Das zentrale Nervensystem (ZNS): Gehirn und Rückenmark als Steuerzentrale

Unser Gehirn und das Rückenmark bilden gemeinsam das zentrale Nervensystem, kurz ZNS. Das Zentrale Nervensystem bildet ein äußerst komplexes Netzwerk, das den Körper steuert und koordiniert. Es ist der Dreh- und Angelpunkt für Sinneswahrnehmungen, Gedanken, Emotionen und Bewegungen. Das zentrale Nervensystem (ZNS) umfasst Nervenbahnen in Gehirn und Rückenmark. Alle anderen Nervenbahnen gehören zum Peripheren Nervensystem; beide sind jedoch nur topographisch voneinander abgrenzbar, funktionell allerdings eng miteinander verknüpft.

Bei Betrachtung der Gewebestruktur ist zu erkennen, dass sowohl Gehirn als auch Rückenmark aus einer grauen und weißen Substanz bestehen. Die graue Substanz, die vor allem aus Nervenzellkörpern besteht, befindet sich in der Großhirnrinde (Kortex) und im schmetterlingsförmigen Teil des Rückenmarks. Sie dient der Reizaufnahme und Reizverarbeitung. Die weiße Substanz bildet im Gehirn das innenliegende Gewebe aus Nervenfasern (Axone). Hier sind Nervenzellen durch millionenfache Verbindungen verschaltet und für die Reizweiterleitung verantwortlich. Die weiße Substanz (Substantia alba) besteht überwiegend aus Axonen, also Nervenzellfortsätzen. Die graue Substanz (Substantia grisea) hingegen enthält die Zellkörper (Somata) der Nervenzellen. Im Zentralen Nervensystem geschieht die Verschaltung und Verarbeitung von sämtlichen Nervenbahnen des Körpers und deren Informationen. So kommen im ZNS beispielsweise sensible Impulse aus den Sinnesorganen an, wodurch eine Wahrnehmung dieser Reize ermöglicht wird.

Als Kontroll- und Schaltzentrale ist das zentrale Nervensystem für uns lebenswichtig, denn es steuert die bewusste Koordination der Bewegung (Motorik), vermittelt Nachrichten aus der Umwelt oder unserem Körperinneren und reguliert das Zusammenspiel aller Körpersysteme (Atmung, Hormonhaushalt, vegetatives und peripheres Nervensystem, innere Organe, Herz-Kreislauf-System, Muskulatur). Darüber hinaus ermöglicht uns das zentrale Nervensystem komplexe Funktionen wie Gedächtnis (Lernen, Erinnerung), Bewusstsein, Gefühle, Verstand und Vernunft.

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Das Gehirn wird orientierungsweise in 5 größere Abschnitte unterteilt:

1. Großhirn
2. Zwischenhirn
3. Mittelhirn
4. Kleinhirn
5. Nachhirn

Umgeben ist das Gehirn von 3 Hautschichten. Die äußere Hülle (harte Hirnhaut) ist innen mit den Schädelknochen fest verbunden. Zwischen der inneren und der mittleren Haut befindet sich Flüssigkeit, die bei Erschütterungen wie eine Art Stoßdämpfer wirkt und somit zum Schutz des Gehirns beiträgt. Im Inneren des Gehirns befinden sich 4 Hohlräume (Hirnkammern), die mit Gehirnflüssigkeit gefüllt sind. Etwa 1.400 Gramm wiegt unser Gehirn. Dabei ist das Gehirn von Männern im Durchschnitt etwas größer und schwerer als das von Frauen, wobei dieser Größenunterschied keine unmittelbaren Rückschlüsse auf geistige Merkmale wie die Intelligenz zulässt. Das Älterwerden geht nicht spurlos an unserem Gehirn vorüber.

Das Großhirn, dessen Entwicklung den Menschen mit all seinen einzigartigen und vielfältigen Fähigkeiten erst ermöglicht, nimmt 80% der Hirnmasse ein. Es besteht aus einer rechten und einer linken Großhirnhälfte, die durch einen breiten und dicken Nervenstrang (den „Balken“) miteinander verbunden sind. Die äußere Schicht des Großhirns bildet die Großhirnrinde. Sie ist 2 bis 3 Millimeter dick und wird auch, wegen ihres Aussehens, als graue Substanz bezeichnet. Ihre graue Farbe erhält die Großhirnrinde von den Zellkörpern der Neurone. Unterhalb der Großhirnrinde befindet sich die weiße Substanz.

Das periphere Nervensystem (PNS): Verbindung zur Außenwelt

Als peripheres Nervensystem werden all jene Nerven zusammengefasst, die nicht zum ZNS gehören. Das periphere Nervensystem besteht aus neuronalen Komponenten, die sich aus dem ZNS fortsetzen. Rückenmark, die sich außerhalb des ZNS befinden. Das periphere Nervensystem (Peripherie, z. B. Arme, Beine) besteht aus allen Nerven außerhalb des Gehirns und des Rückenmarks.

Die Hirnnerven verknüpfen unsere Sinnesorgane mit dem Gehirn und der Muskulatur im Kopf- und Rumpfbereich. Entsprechend der Reihenfolge, in der sie aus dem Gehirn austreten, werden sie mit römischen Zahlen nummeriert. Zu den Hirnnerven gehören beispielsweise unser Riechnerv (I. Hirnnerv; Nervus olfactorius), der Sehnerv (II. Hirnnerv; Nervus opticus) und unser Gesichtsnerv (VII. Hirnnerv; Nervus facialis). Rund die Hälfte der Hirnnerven sind sogenannte gemischte Nerven, d. h. sie enthalten sowohl motorische als auch sensorische Fasern. Die 12 Hirnnerven beim Austritt aus dem Gehirn Bild: „Roots of thecranial nerves“ von Phil Schatz. Bild von Lecturio.

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Auch die Rumpfnerven gehören dem peripheren Nervensystem an. Jeder der zwölf paarig angelegten Nerven entspringt als Spinalnerv aus dem Rückenmark und verzweigt sich nach ca. 2-3cm in einen vorderen und einen hinteren Ast, um jeweils die Rumpfvorder- und Rückseite zu versorgen. Jeder Nerv kann einem bestimmten Wirbelsäulenabschnitt zugeordnet werden und versorgt ganz klar definierte Abschnitte der Bauch- und Rückenwand (Haut und Muskulatur) und der inneren Organe.

Die Spinalnerven sind ebenfalls gemischte Nerven. Sie bilden sich aus den Nervenwurzeln im Rückenmark und verzweigen sich nach ihrem Austritt aus dem Wirbelkanal in 3-4 Äste, um verschiedene Körperbereiche versorgen zu können. Der vordere Ast z. B.

Um sensorische Informationen zu übertragen und Körperfunktionen sowie Reaktionen zu koordinieren, arbeiten unser peripheres und zentrales Nervensystem als perfektes Team zusammen. Nicht immer wird dabei das Gehirn involviert. Bei Reflexen wie z. B. dem Wegziehen der Hand von einer heißen Herdplatte erfolgt die Reaktion blitzschnell und ohne Beteiligung des Gehirns.

Somatisches und vegetatives Nervensystem: Willkürliche vs. unwillkürliche Steuerung

Viele der Funktionen, die unser Nervensystem übernimmt, können wir bewusst steuern. Auf manches haben wir allerdings keinen Einfluss. Sowohl bei bewussten als auch bei unbewussten Reaktionen spielen die Sinneszellen als Übermittler der Informationen eine zentrale Rolle. Denn sie nehmen Sinnesreize (Sehen, Hören, Riechen usw.) aus der Umwelt wahr und leiten sie über das periphere Nervensystem an unser Gehirn. Abhängig vom Sinnesreiz werden verschiedene Arten von Rezeptoren erregt. Im Gehirn angekommen wird der Sinnesreiz dann schließlich mit übergeordneten Hirnprozessen wie z. B. Erinnerungen oder Erfahrungen verknüpft und interpretiert.

Je nachdem, ob unser Körper Reize der Umwelt verarbeitet oder Körperfunktionen im Inneren koordiniert, unterscheidet man zwischen somatischem (willkürlichem) Nervensystem und vegetativem (unwillkürlichem) Nervensystem. Das somatische Nervensystem nennst du auch animalisches Nervensystem oder willkürliches Nervensystem. Es umfasst alle bewussten und willentlichen Prozesse in deinem Körper, also jene, die du absichtlich steuern und beeinflussen kannst.

Das willkürliche Nervensystem (somatisches Nervensystem) steuert alle Vorgänge, die einem bewusst sind und die man willentlich beeinflussen kann. Dies sind zum Beispiel gezielte Bewegungen von Gesichtsmuskeln, Armen, Beinen und Rumpf. Das somatische (willkürliche) Nervensystem steuert die Motorik der Skelettmuskulatur und damit alle bewussten, willentlichen Körperreaktionen und Reflexe, die als Reaktion auf unsere Umwelt erfolgen. Wenn wir also im Sommer nach draußen gehen und realisieren, dass es uns zu hell ist, leiten die Sinneszellen der Augen die Information über sensorische Nervenfasern an das Gehirn weiter. Dort wird die Information dann zur Entscheidung umgewandelt, eine Sonnenbrille zu tragen - und der Befehl „Sonnenbrille aufsetzen“ wird über motorische Nervenfasern an die Hand weitergeleitet.

Im Gegensatz zum somatischen Nervensystem haben wir über das vegetative Nervensystem keinerlei Kontrolle. Die Tatsache, dass wir es nicht beeinflussen können, bedeutet aber nicht, dass es weniger wichtig für uns ist. Im Gegenteil: Das vegetative Nervensystem innerviert unser Herz, die Gefäße sowie Drüsen und die glatte Muskulatur der Eingeweide und steuert so sämtliche „Vitalfunktionen“ (u. a. Atmung, Verdauung, Stoffwechsel, Kreislauf, Fortpflanzung, etc.). Das vegetative Nervensystem (autonomes Nervensystem) regelt die Abläufe im Körper, die man nicht mit dem Willen steuern kann. Es ist ständig aktiv und reguliert beispielsweise Atmung, Herzschlag und Stoffwechsel. Hierzu empfängt es Signale aus dem Gehirn und sendet sie an den Körper. In der Gegenrichtung überträgt das vegetative Nervensystem Meldungen des Körpers zum Gehirn, zum Beispiel wie voll die Blase ist oder wie schnell das Herz schlägt. Das vegetative Nervensystem kann sehr rasch die Funktion des Körpers an andere Bedingungen anpassen. Ist einem Menschen beispielsweise warm, erhöht das System die Durchblutung der Haut und die Schweißbildung, um den Körper abzukühlen.

Das vegetative Nervensystem kannst du auch als viszerales Nervensystem oder autonomes Nervensystem bezeichnen. Es steuert alle unwillkürlichen Prozesse deines Körpers, also jene, die außerhalb deines Bewusstseins sind und automatisch ablaufen.

Das autonome Nervensystem (ANS) überwacht und steuert die Funktionen der inneren Organe. Das ANS besteht aus dem parasympathischen und sympathischen Nervensystem.

Sympathikus, Parasympathikus und enterisches Nervensystem: Das vegetative Nervensystem im Detail

Das vegetative Nervensystem, das auch als unwillkürliches Nervensystem bezeichnet wird, kann selbst ebenfalls wieder untergliedert werden. Das autonome NervensystemAls autonomes oder vegetatives Nervensystem wird der Teil des Nervensystems bezeichnet, der alle organischen Funktionen regelt, die nicht durch unseren Willen beeinflusst werden können. Das autonome Nervensystem wacht über alle lebensnotwendigen Grundfunktionen des Körpers. Es ist Tag und Nacht aktiv und steuert alle unwillkürlich ablaufenden, automatischen Funktionen wie Herzschlag, Verdauung und Atmung, die Höhe des Blutdrucks oder die Blasentätigkeit. Das autonome Nervensystem besteht aus zwei Bereichen, dem sympathischen und dem parasympathischen Nervensystem, die in entgegengesetzter Weise auf die Organe einwirken.

Die Tatsache, dass wir es nicht beeinflussen können, bedeutet aber nicht, dass es weniger wichtig für uns ist. Im Gegenteil: Das vegetative Nervensystem innerviert unser Herz, die Gefäße sowie Drüsen und die glatte Muskulatur der Eingeweide und steuert so sämtliche „Vitalfunktionen“ (u. a. Atmung, Verdauung, Stoffwechsel, Kreislauf, Fortpflanzung, etc.). Wenn sich beim Sport unser Puls erhöht und wir zu schwitzen beginnen, verdanken wir das der Arbeit des vegetativen Nervensystems. Darüber hinaus beeinflusst das vegetative Nervensystem auch einzelne Organe und Muskeln, darunter unsere Sexualorgane oder den inneren Augenmuskel, der u.a. für die Pupillenreaktion zuständig ist. Diese werden durch übergeordnete Schaltzentren im verlängerten Rückenmark und Hypothalamus reguliert.

Zwei wichtige Teile des vegetativen Nervensystems sind die beiden Gegenspieler Sympathikus und Parasympathikus. Was beide gemeinsam haben, ist die Tatsache, dass wir sie nicht bewusst steuern können - die Reaktionen laufen unwillkürlich ab. Beide Systeme sind uralte Schutzmechanismen für unseren Körper, die uns helfen, in Gefahrensituationen schnell zu handeln. Nehmen wir das Beispiel eines unserer Vorfahren, der auf der Jagd von einem Säbelzahntiger überrascht wird. Er hat nun zwei Möglichkeiten: Entweder kämpft er gegen das Tier oder er flieht (Fight-or-Flight). In beiden Fällen muss der Körper rasch mit Energie versorgt werden. Dies ist die Aufgabe des Sympathikus, der beispielsweise unsere Atmung beschleunigt, sodass mehr Sauerstoff zu den Muskeln gelangt, und die Energiegewinnung antreibt. Hat der Ur-Mensch den Säbelzahntiger dann besiegt oder ist er erfolgreich geflüchtet, kann er sich anschließend ausruhen. Nun wird der Parasympathikus aktiv und sorgt dafür, dass der Körper sich entspannen kann. Auch in der heutigen Zeit greifen diese Mechanismen: Vor einem wichtigen beruflichen Termin oder einer Prüfung ist der Sympathikus aktiv, danach der Parasympathikus.

Sympathikus und Parasympathikus werden oft als Gegenspieler bzw. Antagonisten bezeichnet. Dabei wirkt der Sympathikus erregend bzw. leistungssteigernd (ergotrop) auf die Organfunktionen und versetzt unseren gesamten Körper in eine „Stresssituation“, den sogenannten „fight-or-flight“ Modus. In der Folge weiten sich die Pupillen, der Herzschlag und die Atmung werden beschleunigt, Energie wird freigesetzt. Vorgänge, die für eine sofortige Aktivität nicht so wichtig sind (z. B. die Verdauung), werden hingegen gehemmt. So ist unser Körper bereit, Höchstleistungen zu vollbringen. Reize, die den Sympathikus aktivieren (sogenannte Stressoren) können sowohl physischer (z. B. Lärm, Hitze) als auch psychischer Natur sein. Anatomisch hat der Sympathikus seinen Ursprung in den Nervenzellkörpern des Rückenmarks, deren Nervenfasern zwischen den Brust- und Lendenwirbeln aus dem Wirbelkanal austreten und sogenannte Ganglien (Ansammlungen von Nervenzellkörpern) bilden. Diese verbinden sich an beiden Seiten der Wirbelsäule zu einem perlschnurartigen sogenannten Grenzstrang aus, über den die Nervenfasersysteme in Verbindung stehen.

Als „Gegenspieler“ des Sympathikus ist der Parasympathikus der Teil des vegetativen Nervensystems, der für die Ruhe -und Regenerationsphasen („rest-and-digest“) verantwortlich ist und das innere Gleichgewicht wiederherstellt. Um dies zu erreichen, beginnt der Parasympathikus nach der Aktivierung des Sympathikus dadurch gegenzusteuern, dass er beispielsweise die Herzfrequenz senkt, die Pupillen verengt und den Stoffwechsel zum Aufbau von Reserven steigert. Gleichzeitig aktiviert der Parasympathikus die Tätigkeit des Verdauungssystems. Die Nerven des Parasympathikus haben ihren Ursprung im Hirnstamm und dem zum Kreuzbein gehörigen Bereich des Rückenmarks. Anders als im Sympathikus liegen die Ganglien des Parasympathikus aber nicht neben der Wirbelsäule, sondern dicht bei den versorgten Organen.

Akuter vs. chronischer Stress: Akuter Stress ist eine natürliche, zeitlich begrenzte Reaktion des Sympathikus, um uns in Situationen, in denen wir gefordert sind, aufmerksamer und leistungsfähiger zu machen. In Urzeiten diente akuter Stress z.B. der Flucht vor einem wilden Tier oder der Jagd.. Und auch heute kann akuter Stress helfen, Herausforderungen zu meistern. Wird der Organismus jedoch in eine Art „Daueralarm-Zustand“ versetzt und der Parasympathikus kann nicht bzw. nur wenig zu Regenerationszwecken eingreifen, wird die Gesundheit früher oder später negativ beeinflusst. Denn chronischer Stress zehrt sowohl an den körperlichen als auch psychischen Reserven. Wer sich dauernd gestresst fühlt, tut daher gut daran, belastende Auslöser zu finden und diese nach Möglichkeit auszuschalten.

Das enterische Nervensystem ist der dritte Bereich des vegetativen Nervensystems, der als Geflecht von Nervenzellen den Verdauungstrakt durchzieht. Interessanterweise steuert das enterische Nervensystem nicht nur Verdauungsprozesse, sondern hat auch einen Einfluss auf unsere Gefühlswelt und unser Wohlbefinden. Umgekehrt scheinen aber auch Veränderungen im Magen-Darm-Trakt Auswirkungen auf Emotionen zu haben. Forschungsarbeiten der letzten Jahre deuten darauf hin, dass die Zusammensetzung der Darmflora hier eine Rolle spielt.

Die Leistung des Nervensystems: Eine immense Datenautobahn

780.000 Kilometer - diese Strecke würde sich ergeben, wenn man alle Nervenfasern des Menschen hintereinander aufreiht. Diese Kilometeranzahl entspricht in etwa der Strecke von der Erde zum Mond und wieder zurück. Kaum vorstellbar - aber gerade aufgrund der großen Anzahl an Nerven kann unser Nervensystem so viel leisten. Das Gehirn stellt dabei die Schaltzentrale dar, die alle ein- und ausgehenden Informationen sammelt, bewertet und weiterverarbeitet. Wir reagieren auf äußere Reize und auch die körpereigenen Funktionen werden so gesteuert.

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.

Läsionen der Motoneurone

Läsion des ersten Motoneurons: Mehrzahl an Defiziten, die nach einer Schädigung eines ersten Motoneurons (z. B. Schlaganfall) auftreten können. Neurologische Untersuchung, Spastik und Klonus.

Läsion des zweiten Motoneurons: Mehrzahl an Defiziten, die nach einer Schädigung eines zweiten Motoneurons (z. B. Trauma oder Impingement) auftreten können. Anzeichen und Symptome können Lähmung oder Parese, Muskelatrophie, Areflexie und Fibrillationen umfassen.

Amyotrophe Lateralsklerose (ALS)

Amyotrophe Lateralsklerose (ALS): auch als Lou-Gehrig-Krankheit bekannt. Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) ist eine sporadisch auftretende oder vererbte neurodegenerative Erkrankung der ersten und zweiten Motoneurone. Gastrointestinale Motilität führen. Die Diagnose wird klinisch gestellt.

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