Multipolare Neuronen: Aufbau, Funktion und Bedeutung im Nervensystem

Ständig gereizt? Diese Frage müssten unsere Nervenzellen wohl eindeutig mit Ja beantworten. Doch auch wenn sie dauernd unter Strom stehen, ist von Chaos im Nervensystem keine Spur. Mit höchster Präzision und Schnelligkeit arbeiten Milliarden von Nervenzellen koordiniert zusammen, um Informationen auszutauschen und uns so Handlungen, Gedanken und Emotionen zu ermöglichen. Die Nervenzelle (med.: Neuron) ist eine hoch spezialisierte Zelle, die der Aufnahme, Weiterleitung und Verarbeitung von Nervenimpulsen dient (sog. Erregungsleitung). Damit die Nervenzellen ihre Funktion als Kommunikationsspezialisten gut erfüllen können, sind sie zu einem großen Netzwerk, dem Nervensystem zusammengeschaltet. Allein in unserem Gehirn, dem Schalt- und Kontrollzentrum des Nervensystems, sind rund 100 Milliarden Nervenzellen im Einsatz.

Die Nervenzelle: Baustein des Nervensystems

Nervenzellen, auch Neuronen genannt, sind die grundlegenden funktionellen Einheiten des Nervensystems. Sie sind hochspezialisierte Zellen, die für die Aufnahme, Verarbeitung und Weiterleitung elektrischer Signale verantwortlich sind. Durch die Vernetzung von Milliarden von Nervenzellen entsteht ein komplexes Netzwerk, das die Grundlage für unsere Wahrnehmung, unser Denken, unser Gedächtnis und unsere Handlungen bildet. Neuronen ermöglichen die Koordination und Steuerung aller körperlichen und geistigen Prozesse.

Aufbau einer Nervenzelle

Der Aufbau einer Nervenzelle ist komplex und faszinierend zugleich. Ein typisches Neuron besteht aus folgenden Hauptbestandteilen:

• Zellkörper (Soma): Der Zellkörper, auch Soma genannt, ist das Stoffwechselzentrum der Nervenzelle. Er enthält den Zellkern mit dem genetischen Material (DNA) sowie verschiedene Zellorganellen wie Mitochondrien, Ribosomen und den Golgi-Apparat, die für die Energieversorgung und die Synthese von Proteinen und anderen Molekülen wichtig sind. Das Cytosol, die Flüssigkeit im Zellkörper, ist von einem Netzwerk aus Proteinsträngen durchzogen, dem Cytoskelett.
• Dendriten: Dendriten sind feine, baumartig verzweigte Fortsätze des Zellkörpers. Sie empfangen Signale von anderen Nervenzellen oder sensorischen Rezeptoren und leiten diese zum Zellkörper weiter. Dendriten stellen somit die "Antennen" der Nervenzelle dar. Die Dendriten tragen kleine Fortsätze, die als dendritische Dornen (engl. "spines") bezeichnet werden. Diese wirken wie die Antennen eines Neurons: Über Synapsen stehen sie in Kontakt mit Axonen oder Nervenzellkörpern, über welche sie hereinkommende Signale aufnehmen. Bis zu 10.000 Fortsätze dendritische Dornen kann ein einzelner Zellkörper haben.
• Axon: Das Axon, auch Neurit genannt, ist ein langer, dünner Fortsatz, der vom Zellkörper ausgeht. Es leitet elektrische Impulse (Aktionspotenziale) vom Zellkörper weg zu anderen Nervenzellen, Muskelzellen oder Drüsenzellen. Das Axon kann sich über beträchtliche Entfernungen erstrecken, in manchen Fällen sogar über einen Meter oder mehr.
• Axonhügel: Der Axonhügel bildet den Ursprung des Axons am Zellkörper. Hier werden die einkommenden elektrischen Impulse gesammelt und verrechnet. Überschreitet die Summe der Impulse einen bestimmten Schwellenwert (Schwellenpotenzial), wird ein Aktionspotenzial ausgelöst und über das Axon weitergeleitet.
• Myelinscheide: Viele Axone, insbesondere die längeren, sind von einer Myelinscheide umgeben. Die Myelinscheide ist eine isolierende Schicht, die aus speziellen Gliazellen gebildet wird: Im peripheren Nervensystem sind es die Schwann-Zellen, im zentralen Nervensystem die Oligodendrozyten (auch als Oligodendroglia bezeichnet). Die Myelinscheide umhüllt das Axon in mehreren Schichten und besteht hauptsächlich aus Lipiden. Sie erhöht die Geschwindigkeit der Erregungsleitung, indem sie eine saltatorische Erregungsleitung ermöglicht.
• Ranviersche Schnürringe: Die Myelinscheide ist nicht durchgängig, sondern wird in regelmäßigen Abständen von unmyelinisierten Bereichen unterbrochen, den Ranvierschen Schnürringen. An diesen Stellen kann das Aktionspotenzial "springen", was die Erregungsleitung beschleunigt.
• Synaptische Endknöpfchen: Am Ende des Axons befinden sich die synaptischen Endknöpfchen. Hier wird das elektrische Signal in ein chemisches Signal umgewandelt, um die Erregung auf die nächste Zelle zu übertragen. Die synaptischen Endknöpfchen bilden Synapsen mit anderen Nervenzellen, Muskelzellen oder Drüsenzellen.

Die Synapse: Schaltstelle der Nervenzelle

Synapsen sind die Verbindungsstellen zwischen Nervenzellen oder zwischen Nervenzellen und anderen Zellen (z.B. Muskelzellen). An den Synapsen wird das elektrische Signal (Aktionspotenzial) in ein chemisches Signal umgewandelt, um die Erregung auf die nächste Zelle zu übertragen. Dieser Vorgang läuft wie folgt ab:

1. Wenn ein Aktionspotenzial an den synaptischen Endknöpfchen ankommt, öffnen sich Calciumkanäle. Calcium-Ionen strömen in die Zelle ein.
2. Der Calciumeinstrom führt dazu, dass synaptische Vesikel, kleine Bläschen gefüllt mit Neurotransmittern, mit der präsynaptischen Membran verschmelzen.
3. Die Neurotransmitter werden in den synaptischen Spalt freigesetzt, den schmalen Raum zwischen der präsynaptischen und der postsynaptischen Zelle.
4. Die Neurotransmitter diffundieren durch den synaptischen Spalt und binden an spezifische Rezeptoren auf der postsynaptischen Membran.
5. Die Bindung der Neurotransmitter an die Rezeptoren löst in der postsynaptischen Zelle eine Reaktion aus, z.B. die Öffnung von Ionenkanälen oder die Aktivierung von Enzymen. Dies führt zu einer Veränderung des Membranpotenzials der postsynaptischen Zelle.
6. Die Neurotransmitter werden entweder durch Enzyme abgebaut, von der präsynaptischen Zelle wieder aufgenommen (Reuptake) oder diffundieren aus dem synaptischen Spalt.

Je nachdem, welcher Neurotransmitter freigesetzt wird und welche Rezeptoren in der postsynaptischen Zelle vorhanden sind, kann die Erregung entweder weitergeleitet (exzitatorische Synapse) oder gehemmt werden (inhibitorische Synapse).

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Multipolare Neuronen: Struktur und Vorkommen

Nervenzellen lassen sich nach verschiedenen Kriterien einteilen, z.B. nach der Anzahl ihrer Fortsätze, ihrer Funktion oder ihrer chemischen Eigenschaften. Eine wichtige Unterscheidung ist die nach der Anzahl der Fortsätze, die vom Zellkörper ausgehen:

• Unipolare Neuronen: Diese Nervenzellen haben nur einen Fortsatz, das Axon. Sie kommen vor allem bei Wirbellosen vor.
• Bipolare Neuronen: Diese Nervenzellen haben zwei Fortsätze: ein Axon und einen Dendriten. Sie sind beispielsweise in der Retina des Auges zu finden und dienen der Vermittlung bestimmter Sinne.
• Pseudounipolare Neuronen: Bei diesen Nervenzellen entspringen Axon und Dendrit aus einem gemeinsamen Fortsatz in der Nähe des Zellkörpers. Ein Beispiel sind die sensorischen Nervenzellen in den Spinalganglien, die Informationen zum Rückenmark leiten.
• Multipolare Neuronen: Diese Nervenzellen haben viele Dendriten und ein Axon. Sie sind der am häufigsten vorkommende Typ von Nervenzellen im Nervensystem von Wirbeltieren und spielen eine wichtige Rolle bei der Verarbeitung komplexer Informationen und der Steuerung von Bewegungen.

Multipolare Neuronen sind durch ihre charakteristische Struktur mit zahlreichen Dendriten und einem langen Axon gekennzeichnet. Die Dendriten verzweigen sich in der Nähe des Zellkörpers und bilden ein komplexes Netzwerk, das eine große Oberfläche für den Empfang von Signalen von anderen Nervenzellen bietet. Das Axon kann sich über weite Strecken erstrecken und ermöglicht die Weiterleitung von Signalen zu entfernten Zielzellen.

Beispiele für multipolare Neuronen

Multipolare Neuronen kommen in verschiedenen Regionen des Nervensystems vor und erfüllen dort unterschiedliche Funktionen. Einige Beispiele sind:

• Motoneuronen: Diese Nervenzellen befinden sich im Vorderhorn des Rückenmarks und steuern die Muskelbewegungen. Sie gehören zu den größten Nervenzellen im Körper und haben lange Axone, die bis zu den Muskeln reichen. Alpha-Motoneurone innervieren quergestreifte Skelettmuskelfasern über motorische Endplatten. Ein Alpha-Motoneuron bildet mit allen von ihm innervierten Skelettmuskelfasern eine motorische Einheit. Die kleineren Gamma- Motoneurone innervieren die intrafusalen Muskelfasern der Muskelspindeln.
• Pyramidenzellen: Diese Nervenzellen sind in der Großhirnrinde (Cortex) zu finden und spielen eine wichtige Rolle bei kognitiven Funktionen wie Lernen, Gedächtnis und Entscheidungsfindung. Sie haben eine pyramidenförmige Zellform und einen apikalen Dendriten, der sich in die obersten Schichten der Hirnrinde erstreckt.
• Purkinje-Zellen: Diese Nervenzellen befinden sich im Kleinhirn und sind für die Koordination von Bewegungen und das motorische Lernen verantwortlich. Sie haben einen stark verzweigten Dendritenbaum, der wie ein Fächer aussieht.
• Interneurone: Interneurone sind Nervenzellen, die zwischen sensorischen und motorischen Neuronen geschaltet sind. Sie spielen eine wichtige Rolle bei der Verarbeitung und Weiterleitung von Informationen im Nervensystem. Interneurone haben meist kurze Axone und stehen mit Nervenzellen in der nahen Umgebung in Kontakt.

Funktion multipolarer Neuronen

Multipolare Neuronen sind aufgrund ihrer Struktur und ihrer vielfältigen Verbindungen in der Lage, komplexe Informationen zu verarbeiten und zu integrieren. Sie empfangen Signale von zahlreichen anderen Nervenzellen über ihre Dendriten, verrechnen diese Signale im Zellkörper und leiten die Ergebnisse über ihr Axon an andere Zielzellen weiter.

Die Funktion multipolarer Neuronen hängt von ihrer spezifischen Lokalisation und ihren Verbindungen im Nervensystem ab. Motoneuronen steuern beispielsweise die Muskelbewegungen, Pyramidenzellen sind an kognitiven Prozessen beteiligt und Purkinje-Zellen koordinieren Bewegungen.

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Rolle bei neurologischen Erkrankungen

Störungen in der Funktion multipolarer Neuronen können zu verschiedenen neurologischen Erkrankungen führen. Einige Beispiele sind:

• Amyotrophe Lateralsklerose (ALS): Diese neurodegenerative Erkrankung betrifft vor allem die Motoneuronen im Rückenmark und im Gehirn. Der fortschreitende Verlust von Motoneuronen führt zu Muskelschwäche, Lähmungen und schließlich zum Tod.
• Parkinson-Krankheit: Diese neurodegenerative Erkrankung ist durch den Verlust von dopaminproduzierenden Neuronen in der Substantia nigra, einem Teil der Basalganglien, gekennzeichnet. Die Basalganglien spielen eine wichtige Rolle bei der Steuerung von Bewegungen. Der Verlust von Dopamin führt zu Zittern, Muskelsteifheit, verlangsamten Bewegungen und Gleichgewichtsstörungen.
• Multiple Sklerose (MS): Diese chronisch-entzündliche Autoimmunerkrankung führt zur Zerstörung der Myelinscheide im Gehirn und Rückenmark. Die Demyelinisierung beeinträchtigt die Erregungsleitung in den Nervenfasern und führt zu verschiedenen neurologischen Symptomen wie Sehstörungen, Muskelschwäche, Sensibilitätsstörungen und Koordinationsproblemen.
• Gliome: Gliome sind Tumoren, die von Gliazellen ausgehen. Astrozytome, die von Astrozyten abstammen, sind die häufigste Form von Gliomen. Gliome können verschiedene neurologische Symptome verursachen, je nach Lokalisation und Größe des Tumors.

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