Die menschlichen Nervenfasern sind essenziell für die schnelle und effiziente Übertragung von Nervenimpulsen im Körper. Diese Fasern lassen sich in markhaltige (myelinisierte) und marklose (nicht-myelinisierte) Nervenfasern unterteilen, wobei jede Art spezifische Eigenschaften und Funktionen besitzt. Der Fokus dieses Artikels liegt auf dem Aufbau und der Funktion von markhaltigen Nervenfasern.
Grundlagen des Nervensystems
Das Nervensystem ist ein komplexes Netzwerk, das aus dem Gehirn, dem Rückenmark und den Nervenbahnen besteht. Es dient der Aufnahme und Verarbeitung von Reizen aus der Umwelt sowie der Steuerung von Körperfunktionen. Die Nervenzellen, auch Neuronen genannt, sind die grundlegenden Funktionseinheiten des Nervensystems. Sie bestehen aus einem Zellkörper (Soma), Dendriten, die Signale empfangen, und einem Axon, das Signale weiterleitet. Gliazellen unterstützen die Neuronen, indem sie sie umgeben und Räume zwischen ihnen ausfüllen.
Das Nervensystem lässt sich topographisch in das zentrale Nervensystem (ZNS), bestehend aus Gehirn und Rückenmark, und das periphere Nervensystem (PNS) unterteilen. Funktionell unterscheidet man das somatische Nervensystem (SNS), das willkürliche Bewegungen steuert, und das vegetative Nervensystem (VNS), das unwillkürliche Körperfunktionen wie Atmung und Verdauung reguliert.
Das Axon: Der Nervenzellfortsatz
Das Axon, auch Neurit genannt, ist ein schlauchartiger Fortsatz der Nervenzelle, der elektrische Signale weiterleitet. Es entspringt am Axonhügel des Zellkörpers und endet in bäumchenartigen Verzweigungen, den Endknöpfchen, die die Verbindungsstellen zu anderen Nervenzellen bilden. Axone können je nach Typ und Funktion der Nervenzelle unterschiedlich lang sein, von wenigen Millimetern bis zu einem Meter. Nervenfasern, bestehend aus Axon und Hüllstruktur, lassen sich in markhaltige und marklose Fasern unterscheiden.
Aufbau der markhaltigen Nervenfaser
Markhaltige Nervenfasern sind von einer Myelinscheide umgeben, die aus mehreren Schichten von Gliazellen besteht. Im zentralen Nervensystem werden diese Myelinscheiden von Oligodendrozyten gebildet, während im peripheren Nervensystem Schwann-Zellen dafür verantwortlich sind. Die Myelinscheide wirkt wie eine Isolierung und ermöglicht eine schnelle und effiziente Erregungsleitung.
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Die Myelinscheide ist nicht durchgehend, sondern wird in regelmäßigen Abständen von den Ranvierschen Schnürringen unterbrochen. An diesen Schnürringen ist das Axon ungeschützt und weist eine hohe Konzentration an spannungsgesteuerten Natriumkanälen auf.
Die Schwann-Zellen und ihre Rolle
Schwann-Zellen umhüllen das Axon mehrlagig und bilden so die Myelinscheide. Diese Schicht besteht aus Lipiden (Fetten) und Proteinen und isoliert das Axon elektrisch. Zwischen den einzelnen Schwann-Zellen befinden sich die Ranvierschen Schnürringe, an denen das Axon frei liegt.
Myelinscheide: Isolation und Schutz
Die Myelinscheide isoliert das Axon wie ein elektrisches Kabel und ermöglicht eine deutlich schnellere Erregungsweiterleitung im Vergleich zu nicht-myelinisierten Nervenfasern. Diese Isolation verhindert, dass Ionen entlang des gesamten Axons aus- und einströmen müssen.
Ranviersche Schnürringe: Beschleunigung der Erregungsleitung
Die Ranvierschen Schnürringe sind entscheidend für die saltatorische Erregungsleitung. Da die Myelinscheide das Axon isoliert, können Aktionspotenziale nur an den Schnürringen entstehen. Das Aktionspotenzial "springt" von einem Schnürring zum nächsten, was die Geschwindigkeit der Erregungsleitung erheblich erhöht.
Funktion der markhaltigen Nervenfaser
Die Hauptfunktion der markhaltigen Nervenfaser ist die schnelle und effiziente Weiterleitung von Nervenimpulsen. Dies wird durch die saltatorische Erregungsleitung ermöglicht, bei der das Aktionspotenzial von Schnürring zu Schnürring springt.
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Saltatorische Erregungsleitung: Das "Springen" des Aktionspotenzials
Bei der saltatorischen Erregungsleitung springt das Aktionspotenzial von einem Ranvierschen Schnürring zum nächsten. An dem Schnürring, an dem gerade ein Aktionspotenzial herrscht, hat das Membranpotenzial einen Wert von +30 mV. Am benachbarten Schnürring kann man in diesem Augenblick ein Membranpotenzial von vielleicht -50 mV messen. Diese überschwellige Depolarisierung am benachbarten Schnürring reicht zur Induktion eines neuen Aktionspotenzials völlig aus. Die Zeitspanne für diesen "Sprung" ist sehr kurz, und wenn am benachbarten Schnürring das Aktionspotenzial entstanden ist, wird bereits am übernächsten Schnürring ein neues Aktionspotenzial induziert.
Geschwindigkeit der Erregungsleitung
Die Geschwindigkeit der Erregungsleitung in markhaltigen Nervenfasern ist deutlich höher als in marklosen Nervenfasern. Sie kann bis zu 120 m/s betragen. Diese hohe Geschwindigkeit ist essenziell für schnelle Reaktionen und Koordination im Körper. Die Geschwindigkeit hängt von verschiedenen Faktoren ab:
- Dicke des Axons: Je dicker das Axon, desto größer die Geschwindigkeit. Genauer gesagt, die Geschwindigkeit der Erregungsleitung ist dem Durchmesser des Axons proportional. Doppelter Durchmesser = doppelte Geschwindigkeit.
- Myelinisierung: Die Myelinscheide isoliert das Axon und ermöglicht die saltatorische Erregungsleitung.
- Temperatur: Höhere Temperaturen können die Geschwindigkeit der Erregungsleitung erhöhen.
Vergleich mit marklosen Nervenfasern
Im Gegensatz zu markhaltigen Nervenfasern sind marklose Nervenfasern nicht von einer Myelinscheide umgeben. Die Erregungsleitung erfolgt kontinuierlich entlang des Axons, was deutlich langsamer ist. Marklose Nervenfasern finden sich vor allem in Bereichen, in denen schnelle Reaktionen nicht erforderlich sind, wie beispielsweise im Magen-Darm-Trakt.
Klinische Bedeutung
Schädigungen der Myelinscheide können zu schweren neurologischen Erkrankungen führen, wie beispielsweise Multiple Sklerose (MS). Bei MS greift das Immunsystem die Myelinscheide an, was zu einer Verlangsamung oder Blockierung der Nervenimpulse führt. Dies kann zu verschiedenen Symptomen wie Muskelschwäche, Koordinationsstörungen und Sensibilitätsverlust führen.
Das limbische System und seine Bedeutung
Das limbische System ist ein entwicklungsgeschichtlich alter Bereich des Gehirns, der sich zwischen dem Neocortex und dem Hirnstamm befindet. Es ist das Zentrum aller Emotionen, kontrolliert unsere Äußerungen von Wut, Angst und Freude und hat Einfluss auf das Sexualverhalten, auf vegetative Funktionen des Organismus und auf das Gedächtnis und die Merkfähigkeit.
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Aufbau des limbischen Systems
Das limbische System besteht aus verschiedenen Hirnarealen, die eng miteinander verbunden sind. Es enthält Teile des Stirn-, Scheitel- und Schläfenlappens des Großhirns. Zu den wichtigsten Strukturen gehören:
- Hippocampus: Spielt eine zentrale Rolle bei der Gedächtnisbildung.
- Amygdala (Mandelkern): Verantwortlich für die Verarbeitung von Emotionen, insbesondere Angst.
- Gyrus cinguli: Beteiligt an der Steuerung von Aufmerksamkeit und Motivation.
- Hypothalamus: Reguliert vegetative Funktionen wie Körpertemperatur, Hunger und Durst.
Funktion des limbischen Systems
Das limbische System reguliert das Affekt- und Triebverhalten gegenüber der Umwelt. Alle eingehenden sensorischen Informationen werden im limbischen System koordiniert und finden hier ihre emotionale Antwort. Besonders eng ist zum Beispiel der Geruchssinn mit dem limbischen System verknüpft. Auch überlebenswichtige vegetative Funktionen wie Atmung, Schlaf-Wach-Rhythmus sowie Motivation werden durch unser limbisches System gesteuert.
Lernvorgänge sind nur möglich, wenn den Inhalten, die gespeichert werden sollen, auch Aufmerksamkeit entgegengebracht wird. Um Wissen über Ereignisse im richtigen Kontext abspeichern und auch wieder abrufen zu können, sich zu erinnern (Langzeitgedächtnis), über früher Erlebtes berichten zu können und die Fähigkeit, sich in einer neuen Umgebung zurecht zu finden, sich orientieren zu können - alle diese Funktionen sind nur über unser Limbische System möglich.
Störungen des limbischen Systems
Wird unser limbisches System geschädigt, können Erinnerungen nur noch neutral, ohne ihren emotionalen Inhalt, bewertet werden. Die betroffenen Patienten werden gleichgültig, und das soziale Verhalten ist undifferenziert. Defekte im limbischen System behindern das Abspeichern von Gedächtnisinhalten und Erinnerungen. Krankheiten wie das Korsakow-Syndrom nach Alkoholmissbrauch oder die Alzheimer-Krankheit sind zum Teil eine Folge von Störungen im limbischen System. Hier sind die Schaltkreise, die zu Hirnarealen führen, welche die Übertragung in die Großhirnrinde ermöglichen, gestört. Gedächtnisstörungen, posttraumatische Belastungsstörungen, Depressionen und Phobien können ebenfalls oft auf Schädigungen des limbischen Systems zurückgeführt werden.
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