Myelinisierte und nicht-myelinisierte Nervenfasern spielen eine entscheidende Rolle im Nervensystem. Sie ermöglichen die schnelle und effiziente Übertragung von Nervenimpulsen, die für die Kommunikation zwischen verschiedenen Teilen des Körpers unerlässlich sind. Dieser Artikel befasst sich mit den strukturellen und funktionellen Unterschieden zwischen markhaltigen (myelinisierten) und marklosen (nicht myelinisierten) Nervenfasern und beleuchtet die wichtige Funktion der Schwann-Zellen.
Struktur und Aufbau von Nervenfasern
Eine Nervenfaser besteht aus einem Axon, dem Fortsatz einer Nervenzelle, und einer Hüllstruktur. Je nach Art der Hüllstruktur unterscheidet man zwischen markhaltigen und marklosen Nervenfasern.
Markhaltige (myelinisierte) Nervenfasern
Bei markhaltigen Nervenfasern umhüllen Schwann-Zellen das Axon mehrmals und bilden eine isolierende Myelinscheide. Diese Myelinscheide besteht aus Fetten (Lipiden) und Proteinen und ist für die elektrische Isolierung des Axons verantwortlich. Die Myelinscheide ist nicht durchgehend, sondern weist in regelmäßigen Abständen Unterbrechungen auf, die als Ranviersche Schnürringe bezeichnet werden. Die Abschnitte des Axons, die von der Myelinscheide umgeben sind, werden als Internodien bezeichnet und haben eine Länge von 0,1 bis 1,5 Millimeter. Gelegentlich treten auch schräg verlaufende Unterbrechungen in der Myelinschicht auf, die als Schmidt-Lanterman-Einkerbungen bekannt sind.
Marklose (nicht myelinisierte) Nervenfasern
Im Gegensatz dazu wickeln sich bei marklosen Nervenfasern die Schwann-Zellen nur einfach um das Axon herum, ohne eine Myelinscheide zu bilden. Mehrere Axone können von einer einzigen Schwann-Zelle umhüllt werden, ohne dass jedes Axon einzeln isoliert ist.
Funktion der Schwann-Zellen
Schwann-Zellen sind spezialisierte Gliazellen des peripheren Nervensystems (PNS) und haben ektodermalen Ursprung. Sie kommen ausschließlich im PNS vor und übernehmen dort wichtige Aufgaben.
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Myelinisierung
Die Hauptfunktion der Schwann-Zellen besteht in der Bildung der Myelinscheide um die Axone markhaltiger Nervenfasern. Durch die mehrfache Umwicklung des Axons mit der Zellmembran der Schwann-Zelle entsteht eine isolierende Schicht, die die Geschwindigkeit der Nervenimpulsleitung deutlich erhöht.
Ernährung und Stabilität
Schwann-Zellen isolieren und ernähren Axone, sorgen für Stabilität und spielen eine zentrale Rolle bei der Regeneration und Reparatur von Nervenfasern. Auch marklose Nervenfasern werden durch ihr Zytoplasma schützend umhüllt.
Regeneration
Nach einer Verletzung von Nervenfasern können Schwann-Zellen ein wachstumsförderndes Milieu schaffen und so die Regeneration der Axone unterstützen.
Unterschiede in der Erregungsleitung
Die Myelinscheide ermöglicht eine saltatorische (sprunghafte) Erregungsleitung in myelinisierten Axonen. Spannungsgesteuerte Ionenkanäle sind nur in den Ranvierschen Schnürringen vorhanden, wodurch das Aktionspotential von Schnürring zu Schnürring "springen" kann. Dies führt zu einer deutlich schnelleren Signalweiterleitung im Vergleich zu nicht myelinisierten Axonen, bei denen sich die Ionenkanäle entlang des gesamten Axons befinden und sich kontinuierlich öffnen und schließen müssen.
Geschwindigkeit der Erregungsleitung
Die Geschwindigkeit der Erregungsleitung hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter der Durchmesser des Axons und das Vorhandensein einer Myelinscheide. Bei marklosen Axonen ist die Geschwindigkeit der Erregungsleitung der Quadratwurzel des Axondurchmessers proportional, während sie bei myelinisierten Axonen linear mit dem Durchmesser zunimmt. Das bedeutet, dass eine Verdopplung des Durchmessers bei einem myelinisierten Axon zu einer Verdopplung der Geschwindigkeit führt, während bei einem marklosen Axon die Geschwindigkeit nur um den Faktor Wurzel 2 zunimmt.
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Vergleich mit Wirbellosen
Interessanterweise haben Wirbeltiere oft dünnere Axone als Wirbellose, erreichen aber dennoch höhere Erregungsleitungsgeschwindigkeiten. Dies ist auf die Myelinisierung zurückzuführen, die eine effizientere und schnellere Signalübertragung ermöglicht.
Klinische Bedeutung
Schädigungen der Myelinscheide oder der Schwann-Zellen können zu neurologischen Erkrankungen führen.
Multiple Sklerose (MS)
Multiple Sklerose ist eine chronisch-entzündliche Autoimmunerkrankung, bei der die Myelinscheide im zentralen Nervensystem (ZNS) durch Oligodendrozyten-Zerstörung abgebaut wird (Demyelinisierung). Dies führt zu einer Beeinträchtigung der Signalübertragung und kann vielfältige neurologische Symptome verursachen, die das Sehvermögen, die motorischen Funktionen, die Sensorik und die autonomen Funktionen betreffen.
Guillain-Barré-Syndrom (GBS)
Das Guillain-Barré-Syndrom ist eine immunvermittelte demyelinisierende Polyneuropathie, die das periphere Nervensystem betrifft. Hier greift das Immunsystem die Myelinscheide und die Schwann-Zellen an, was zu einer aufsteigenden Lähmung führen kann.
Schwannome
Schwann-Zellen können Ausgangspunkt gutartiger Tumoren sein, die als Schwannome bezeichnet werden. Ein bekanntes Beispiel ist das Vestibularis-Schwannom (Akustikusneurinom), ein gutartiger Tumor der Myelinscheide des Nervus vestibularis, der Hör- und Gleichgewichtsstörungen verursachen kann.
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Weitere Funktionen von Gliazellen
Neben den Schwann-Zellen gibt es im Nervensystem weitere Gliazellen, die unterschiedliche Funktionen erfüllen:
- Oligodendrozyten: Bilden die Myelinscheide im ZNS.
- Astrozyten: Versorgen Neuronen mit Nährstoffen, induzieren die Bildung der Blut-Hirn-Schranke und puffern extrazelluläre Ionenkonzentrationen.
- Mikroglia: Immunzellen des ZNS, die bei Entzündungen und Verletzungen aktiv werden.
- Ependymzellen: Kleiden die Ventrikel des Gehirns und den Zentralkanal des Rückenmarks aus.
- Mantelzellen: Bedecken die Somata von Neuronen im PNS.
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