Multipolare Nervenzellen: Struktur, Funktion und Beispiele

Nervenzellen, auch Neuronen genannt, sind die fundamentalen Einheiten des Nervensystems. Sie sind für die Reizweiterleitung im Körper verantwortlich und ermöglichen so die Kommunikation zwischen Gehirn, Organen und Geweben. Diese hochspezialisierten Zellen nehmen Reize auf, leiten sie weiter und verarbeiten sie. Um diese Aufgaben zu erfüllen, sind Nervenzellen zu einem komplexen Netzwerk verschaltet. Allein im menschlichen Gehirn befinden sich schätzungsweise 86 Milliarden Neuronen.

Der Aufbau einer Nervenzelle

Ein Neuron besteht aus verschiedenen Abschnitten, die jeweils spezifische Funktionen erfüllen:

• Zellkörper (Soma oder Perikaryon): Das Soma ist das Stoffwechselzentrum der Nervenzelle und enthält den Zellkern sowie Organellen wie Mitochondrien, Ribosomen und den Golgi-Apparat. Hier werden Proteine und andere für die Zelle notwendige Stoffe synthetisiert. Das Cytosol, die Flüssigkeit im Zellkörper, enthält Ionen und wasserlösliche Moleküle und wird von einem Cytoskelett aus Proteinsträngen durchzogen.
• Dendriten: Dendriten sind feine, oft stark verzweigte Fortsätze des Zellkörpers. Sie empfangen Signale von anderen Nervenzellen oder Sinneszellen und leiten diese zum Zellkörper weiter. Dendriten tragen häufig kleine Fortsätze, sogenannte dendritische Dornen (Spines), die als Kontaktstellen für Synapsen dienen.
• Axon (Neurit): Das Axon ist ein langer, unverzweigter Fortsatz, der aus dem Axonhügel hervorgeht. Seine Hauptaufgabe ist die Weiterleitung von Aktionspotentialen (elektrischen Signalen) zu anderen Nervenzellen oder Muskelzellen. Axone können bis zu einem Meter lang sein.
• Axonhügel: Der Axonhügel ist der Übergangsbereich zwischen dem Soma und dem Axon. Hier werden die von den Dendriten empfangenen Signale gesammelt und summiert. Wenn eine bestimmte Schwelle, das Schwellenpotential, überschritten wird, entsteht ein Aktionspotential, das über das Axon weitergeleitet wird.
• Myelinscheide (Markscheide): Viele Axone sind von einer Myelinscheide umgeben, einer isolierenden Schicht, die von Gliazellen gebildet wird. Im peripheren Nervensystem (PNS) sind dies Schwann-Zellen, im zentralen Nervensystem (ZNS) Oligodendrozyten. Die Myelinscheide beschleunigt die Weiterleitung von Aktionspotentialen.
• Ranviersche Schnürringe: Die Myelinscheide ist in regelmäßigen Abständen durch freiliegende Axonbereiche unterbrochen, die Ranvierschen Schnürringe. An diesen Stellen kann das Aktionspotential "springen", was die Erregungsleitung beschleunigt (saltatorische Erregungsleitung).
• 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 setzen Neurotransmitter in den synaptischen Spalt frei.
• Synapse: Die Synapse ist die Verbindungsstelle zwischen zwei Nervenzellen oder zwischen einer Nervenzelle und einer anderen Zelle (z.B. Muskelzelle). Hier findet die Übertragung von Signalen statt. Es gibt chemische Synapsen, bei denen Neurotransmitter die Signalübertragung vermitteln, und elektrische Synapsen, bei denen die Zellen direkt miteinander verbunden sind.

Die Funktion der Nervenzelle: Reizweiterleitung

Nervenzellen sind für die Aufnahme, Weiterleitung und Verarbeitung von Reizen verantwortlich. Dieser Prozess lässt sich am Beispiel einer Berührung veranschaulichen:

1. Reizaufnahme: Eine Berührung der Haut wird von Sinneszellen aufgenommen und in ein elektrisches Signal umgewandelt.
2. Signalweiterleitung: Die Dendriten der sensorischen Nervenzelle leiten das Signal zum Zellkörper weiter.
3. Aktionspotentialauslösung: Wenn die Erregung am Axonhügel stark genug ist, entsteht ein Aktionspotential.
4. Erregungsleitung: Das Aktionspotential wird entlang des Axons weitergeleitet. Die Myelinscheide und die Ranvierschen Schnürringe ermöglichen eine schnelle, "springende" Weiterleitung.
5. Signalübertragung an der Synapse: An den synaptischen Endknöpfchen wird das elektrische Signal in ein chemisches Signal umgewandelt. Neurotransmitter werden in den synaptischen Spalt freigesetzt.
6. Rezeptorbindung: Die Neurotransmitter binden an Rezeptoren auf der nachfolgenden Zelle (z.B. einer anderen Nervenzelle oder einer Muskelzelle).
7. Erregungsübertragung: Die Bindung der Neurotransmitter an die Rezeptoren löst in der nachfolgenden Zelle ein neues elektrisches Signal aus.
8. Signalverarbeitung im Gehirn: Das Signal wird über eine Kette von Nervenzellen bis zum Gehirn geleitet, wo es verarbeitet und interpretiert wird.

Klassifizierung von Nervenzellen

Nervenzellen können anhand verschiedener Kriterien in Gruppen eingeteilt werden. Eine gängige Einteilung basiert auf der Anzahl der Zellfortsätze:

• Unipolare Nervenzellen: Diese Zellen haben nur einen einzigen Fortsatz, der sich in einen empfangenden und einen aussendenden Anteil aufspaltet. Sie sind relativ selten und kommen hauptsächlich bei Wirbellosen vor.
• Bipolare Nervenzellen: Bipolare Nervenzellen besitzen zwei Fortsätze: ein Axon und einen Dendriten. Sie sind vor allem in Sinnesorganen wie der Retina des Auges zu finden.
• Pseudounipolare Nervenzellen: Diese Zellen haben einen einzigen Fortsatz, der sich in der Nähe des Zellkörpers in zwei Äste teilt: einen Dendriten und ein Axon. Sensorische Nervenzellen sind typischerweise pseudounipolar.
• Multipolare Nervenzellen: Multipolare Nervenzellen sind der häufigste Typ von Neuronen. Sie besitzen viele Dendriten und ein Axon. Diese Struktur ermöglicht es ihnen, Signale von vielen anderen Nervenzellen zu empfangen und zu verarbeiten.

Multipolare Nervenzellen: Struktur und Funktion

Multipolare Nervenzellen zeichnen sich durch ihre Vielzahl von Dendriten aus, die vom Zellkörper ausgehen. Diese Dendriten bilden ein weitverzweigtes Netzwerk, das es der Zelle ermöglicht, Signale von zahlreichen anderen Neuronen gleichzeitig zu empfangen. Das einzelne Axon leitet die verarbeiteten Informationen dann an andere Zellen weiter.

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Beispiele für multipolare Nervenzellen:

• Motoneurone: Diese Nervenzellen steuern die Muskelbewegungen. Ihre Zellkörper befinden sich im Rückenmark, und ihre Axone erstrecken sich zu den Muskeln im Körper.
• Pyramidenzellen: Pyramidenzellen sind in der Großhirnrinde (Cortex) zu finden und spielen eine wichtige Rolle bei kognitiven Funktionen wie Lernen und Gedächtnis. Sie haben eine charakteristische dreieckige Form des Zellkörpers und einen langen, apikalen Dendriten.
• Purkinje-Zellen: Purkinje-Zellen sind im Kleinhirn lokalisiert und sind für die Koordination von Bewegungen und das Gleichgewicht zuständig. Sie zeichnen sich durch ihren stark verzweigten Dendritenbaum aus.
• Interneurone: Interneurone sind Nervenzellen, die innerhalb des Gehirns und Rückenmarks arbeiten, um Signale zwischen anderen Neuronen zu verarbeiten und weiterzuleiten. Sie können sowohl inhibitorisch als auch exzitatorisch wirken und spielen eine wichtige Rolle bei der Feinabstimmung neuronaler Schaltkreise.

Gliazellen: Die unterstützenden Zellen des Nervensystems

Neben den Neuronen gibt es im Nervensystem auch Gliazellen, die eine wichtige unterstützende Funktion haben. Gliazellen sind zahlreicher als Neuronen und erfüllen verschiedene Aufgaben:

• Astrozyten: Astrozyten sind die häufigsten Gliazellen im Gehirn. Sie versorgen Neuronen mit Nährstoffen, regulieren das chemische Milieu im extrazellulären Raum und bilden die Blut-Hirn-Schranke mit.
• Oligodendrozyten: Oligodendrozyten bilden die Myelinscheide um die Axone im zentralen Nervensystem.
• Schwann-Zellen: Schwann-Zellen bilden die Myelinscheide um die Axone im peripheren Nervensystem.
• Mikroglia: Mikroglia sind die Immunzellen des Gehirns. Sie phagozytieren Zelltrümmer und Krankheitserreger und spielen eine Rolle bei Entzündungsprozessen.
• Ependymzellen: Ependymzellen kleiden die Ventrikel des Gehirns und den Zentralkanal des Rückenmarks aus. Sie produzieren und transportieren die Zerebrospinalflüssigkeit (Liquor).
• Mantelzellen: Mantelzellen umgeben die Zellkörper von Neuronen in den Ganglien des peripheren Nervensystems und unterstützen deren Funktion.

Erkrankungen des Nervensystems

Erkrankungen des Nervensystems können die Funktion der Nervenzellen und Gliazellen beeinträchtigen und zu vielfältigen neurologischen Symptomen führen. Einige Beispiele sind:

• Multiple Sklerose (MS): Eine Autoimmunerkrankung, bei der die Myelinscheide im ZNS zerstört wird. Dies führt zu einer verlangsamten oder blockierten Reizweiterleitung und zu neurologischen Ausfällen.
• Guillain-Barré-Syndrom (GBS): Eine Autoimmunerkrankung, bei der die Myelinscheide im PNS angegriffen wird. Dies führt zu Muskelschwäche und Lähmungen.
• Amyotrophe Lateralsklerose (ALS): Eine neurodegenerative Erkrankung, bei der Motoneurone im Gehirn und Rückenmark absterben. Dies führt zu Muskelschwäche, Lähmungen und schließlich zum Tod.
• Parkinson-Krankheit: Eine neurodegenerative Erkrankung, die durch den Verlust von dopaminproduzierenden Neuronen in der Substantia nigra verursacht wird. Dies führt zu Zittern, Muskelsteifigkeit, Bewegungsverlangsamung und posturaler Instabilität.
• Alzheimer-Krankheit: Eine neurodegenerative Erkrankung, die durch den Verlust von Neuronen und Synapsen im Gehirn gekennzeichnet ist. Dies führt zu Gedächtnisverlust, kognitiven Beeinträchtigungen und Verhaltensänderungen.
• Gliome: Tumoren, die von Gliazellen ausgehen. Astrozytome, Oligodendrogliome und Ependymome sind verschiedene Arten von Gliomen.
• Tollwut (Rabies): Eine Viruserkrankung, die das Nervensystem befällt und zu Enzephalitis, Koma und Tod führen kann.

Die Blut-Hirn-Schranke

Die Blut-Hirn-Schranke (BHS) ist eine selektive Barriere, die das Gehirn vor schädlichen Substanzen und Krankheitserregern schützt. Sie wird hauptsächlich von den Endothelzellen der Kapillaren und den Astrozyten gebildet. Die BHS erschwert jedoch auch den Transport von Medikamenten ins Gehirn, was die Behandlung neurologischer Erkrankungen erschweren kann.

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