Das Nervensystem ist ein komplexes Netzwerk, das Informationen im Körper weiterleitet. Oft wird es mit einem Telefonsystem verglichen, um seine Funktionsweise zu veranschaulichen. Dieser Artikel beleuchtet die Parallelen und Unterschiede zwischen dem Nervensystem und Telefonkabeln, um ein besseres Verständnis der Informationsübertragung im Körper zu ermöglichen.
Das Nervensystem: Ein komplexes Kommunikationsnetzwerk
Das menschliche Nervensystem ist ein hochkompliziertes Netzwerk, das sich nach seiner Lage in das periphere und das zentrale Nervensystem gliedert. Das zentrale Nervensystem (ZNS) ist das lebenswichtige Steuerungszentrum, das zusammen mit dem Hormonsystem alle Körperfunktionen steuert und regelt. Es ermöglicht Wahrnehmungen über die Sinnesorgane und verbindet den Menschen mit der Umwelt. Darüber hinaus ist es die Grundlage für höhere Funktionen wie Bewusstsein, Empfinden, Denken und Lernen.
Das periphere Nervensystem (PNS) umfasst alle Nerven, die den Körper als dreidimensionales Netz durchziehen. Die Nerven übermitteln Informationen, als elektrische Impulse kodiert, zwischen Rückenmark bzw. Gehirn und dem übrigen Körper. Die zum Rückenmark gehörenden Nerven heißen Spinal- oder Rückenmarknerven, die zum Gehirn gehörenden entsprechend Hirnnerven.
Aufbau des zentralen Nervensystems
Das Rückenmark (RM) ist der unterste Abschnitt des zentralen Nervensystems und zieht sich im Wirbelkanal der Wirbelsäule vom Übergang zwischen Kopf und Nacken bis zur Lendenwirbelsäule abwärts. Es ist der zentrale Kabelstrang zwischen Körper und Gehirn und gleichzeitig ein dem Gehirn untergeordnetes Steuerungszentrum. Über unbewusste Reflexe ermöglicht das Rückenmark beispielsweise Schutzreaktionen.
Nach oben geht das Rückenmark nahtlos in das verlängerte Mark als untersten Gehirnabschnitt über. Verlängertes Mark, Brücke und Mittelhirn bilden zusammen den Hirnstamm. Hier liegen Nervenzellanhäufungen (Kerne), die lebenswichtige Körperfunktionen wie die Atmung regulieren, die Sinnesorgane versorgen und an der Bewegungssteuerung beteiligt sind.
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Mit dem Hirnstamm verbunden ist das Kleinhirn, das der Bewegungskoordination und den Gleichgewichtsreaktionen dient. Es sorgt dafür, dass Bewegungen richtig dosiert werden und nicht über ihr Ziel hinausschießen.
Das oberhalb von Hirnstamm und Kleinhirn liegende Zwischenhirn ist ebenfalls an der Steuerung lebenswichtiger Prozesse beteiligt, etwa der Regulierung der Körpertemperatur. Es ist das zentrale Bindeglied zwischen Nervensystem und Hormonsystem und filtert Informationen aus dem Körper und der Umwelt, bevor es einen Teil davon zum Großhirn weiterleitet ("Tor zum Bewusstsein").
Das Großhirn ist der größte und entwicklungsgeschichtlich jüngste Gehirnabschnitt. Es wird durch eine große Längsfurche in zwei Hälften geteilt (Hemisphären) und hat durch Auffaltung in Gehirnwindungen und -furchen eine riesige Oberfläche. Im Großhirn werden die Meldungen der Sinnesorgane registriert und verarbeitet (aus dem Sehen wird ein Erkennen) und Bewegungen bis hin zu komplexen Handlungsketten entworfen. Auch unsere Gedanken, Gefühle und moralischen Wertvorstellungen sind Leistungen des Großhirns.
Einige Großhirnfunktionen können heute recht genau lokalisiert werden. So haben etwa die Steuerungsbefehle für willkürliche Bewegungen ihren Ursprung in einem bandförmigen Gebiet der Großhirnoberfläche. Berührungsempfindungen der Haut kommen in der parallel davorliegenden Hirnwindung an. Ein Schaden dieser Gebiete oder der dazugehörenden Leitungsbahnen, etwa durch einen Schlaganfall oder durch einen Tumor, führt somit zu eng umgrenzten Ausfällen.
Funktionelle Einteilung des Nervensystems
Das Nervensystem kann außerdem nach der Funktion eingeteilt werden in willkürliches (somatisches) und vegetatives Nervensystem (autonomes Nervensystem, unwillkürliches Nervensystem). Während das willkürliche Nervensystem alle dem Bewusstsein und dem Willen unterworfenen Vorgänge (z. B. die Muskelbewegungen) steuert, ist das vegetative Nervensystem der direkten willentlichen Kontrolle weitgehend entzogen. Dazu gehören insbesondere die inneren Aktivitäten des Körpers wie etwa Herzschlag, Atmung und Verdauung. Das vegetative Nervensystem wird klassischerweise gegliedert in einen sympathischen (Sympathikus) und einen parasympathischen Teil (Parasympathikus). Sympathikus und Parasympathikus haben oft gegensätzliche Wirkungen und ermöglichen in ihrem Zusammenspiel eine Anpassung an die jeweiligen Bedürfnisse des Körpers.
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Schutz des Nervensystems
Das zentrale Nervensystem ist lebenswichtig und gleichzeitig sehr empfindlich. Das Gehirn liegt gut geschützt unter den Schädelknochen, das Rückenmark wird von der Wirbelsäule umgeben. Zusätzlichen Schutz bieten drei bindegewebige Häute: Unterhalb der Schädelknochen und Wirbel liegt die harte Hirn- bzw. Rückenmarkhaut, nach innen folgen zwei weiche Hirn- bzw. Rückenmarkhäute. Der Raum dazwischen ist mit einer wässrigen Flüssigkeit gefüllt, dem Liquor (Gehirn-Rückenmark-Flüssigkeit, Nervenwasser). Auch im Gehirn selbst gibt es Hohlräume, die Hirnkammern, die mit Liquor gefüllt sind. Wie ein Wasserkissen puffert der Liquor Stöße ab.
Telefonkabel: Analoge Informationsübertragung
Telefonkabel sind ein Medium zur Übertragung von Sprache und Daten über elektrische Signale. Sie bestehen aus einem oder mehreren Kupferdrähten, die von einer Isolierung umgeben sind. Die Informationen werden in Form von analogen oder digitalen Signalen übertragen.
Analoge Telefonkabel
Analoge Telefonkabel übertragen Sprache in Form von kontinuierlichen elektrischen Signalen. Die Spannung des Signals variiert entsprechend dem Schalldruck der Stimme. Analoge Telefonkabel sind anfällig für Störungen und Rauschen, was die Qualität der Übertragung beeinträchtigen kann.
Digitale Telefonkabel
Digitale Telefonkabel übertragen Sprache und Daten in Form von diskreten digitalen Signalen. Die Informationen werden in Bits codiert, die als elektrische Impulse übertragen werden. Digitale Telefonkabel sind weniger anfällig für Störungen und Rauschen als analoge Telefonkabel, was eine höhere Übertragungsqualität ermöglicht.
Vergleich: Nervensystem vs. Telefonkabel
Das Nervensystem und Telefonkabel haben einige Gemeinsamkeiten in Bezug auf die Informationsübertragung:
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- Informationsübertragung: Beide Systeme dienen der Übertragung von Informationen von einem Ort zum anderen.
- Netzwerkstruktur: Sowohl das Nervensystem als auch Telefonnetze sind als komplexe Netzwerke aufgebaut.
- Signalübertragung: Beide Systeme verwenden elektrische Signale zur Übertragung von Informationen.
Es gibt jedoch auch wesentliche Unterschiede:
- Art der Signale: Das Nervensystem verwendet elektrochemische Signale (Aktionspotentiale), während Telefonkabel elektrische Signale verwenden.
- Übertragungsgeschwindigkeit: Die Übertragungsgeschwindigkeit im Nervensystem ist begrenzt, während Telefonkabel eine viel höhere Übertragungsgeschwindigkeit ermöglichen.
- Komplexität: Das Nervensystem ist ein äußerst komplexes System mit einer Vielzahl von Funktionen, während Telefonkabel eine relativ einfache Funktion haben.
- Flexibilität und Anpassungsfähigkeit: Das Nervensystem ist in der Lage, sich an veränderte Bedingungen anzupassen und neue Verbindungen zu bilden, während Telefonkabel statisch sind.
- Reparaturmechanismen: Das Nervensystem besitzt begrenzte Reparaturmechanismen, um beschädigte Nervenzellen zu regenerieren. Telefonkabel müssen bei Beschädigung ausgetauscht werden.
Analogie in der Anästhesie
Das Nervensystem als Telefonsystem lässt sich gut am Beispiel der Anästhesie erklären. Bei einer Lokalanästhesie wird, wie beim Telefonbeispiel, der Hörer neben die Gabel gelegt, sodass keine Nachrichten gesendet werden können. Bei größeren Operationen, bei denen Lokalanästhetika in die Nähe von Nerven oder des Rückenmarks injiziert werden, ist es, als wäre das Telefonkabel abgeklemmt. Bei einer Allgemeinanästhesie machen die Mitarbeiter der Telefonvermittlung ein Nickerchen, was bedeutet, dass ankommende Anrufe nicht weitervermittelt werden.
Analogie bei Nervenschädigungen
Eine gestörte Funktion des Nervensystems ist mit einem defekten Telefonkabel zu vergleichen, bei dem nur noch Teile der Informationen den Empfänger erreichen. Je nach Stärke der Blockade kommen Informationen unvollständig an, was zu Problemen bei der Wahrnehmung und Steuerung von Körperfunktionen führen kann.
Chamäleons: Telefonkabel-Prinzip im Tierreich
Ein interessantes Beispiel für die Analogie zwischen Nervensystem und Telefonkabel findet sich bei Chamäleons. Ihre Sehnerven ähneln Telefonkabeln, da sie spiralförmig aufgerollt sind. Diese Struktur ermöglicht es den Chamäleons, ihre Augen extrem weit zu verdrehen und einen nahezu 360-Grad-Blick zu erreichen. Die aufgerollten Sehnerven können je nach Augenposition flexibel verlängert oder verkürzt werden.
Antiepileptika und Antivertiginosa: Störungen der Signalübertragung
Antiepileptika (Antikonvulsiva) sind Medikamente zur Unterdrückung zerebraler Anfälle. Um zu wirken, müssen sie dauerhaft und regelmäßig eingenommen werden. Diese Medikamente beeinflussen die Signalübertragung im Gehirn, um die Anfallsaktivität zu reduzieren.
Antivertiginosa sind Medikamente gegen Schwindel. Sie lindern Schwindel und Übelkeit, beseitigen aber nicht deren Ursache. Diese Medikamente wirken im Gehirn und beeinflussen die Signalübertragung, die für das Gleichgewicht zuständig ist.
Diagnose von Nervensystemerkrankungen
Die klinisch-neurologische Untersuchung ist der erste und oft entscheidende Bestandteil der Diagnostik von Nervensystemerkrankungen. Sie kann sehr aufwendig sein, und jeder Untersucher entwickelt seine eigene Reihenfolge, um nichts zu vergessen. Die verschiedenen Untersuchungsbereiche können dabei je nach Verdachtsdiagnose ganz kurz ausfallen oder sehr viel Zeit in Anspruch nehmen.
Untersuchung von Bewusstsein und Sprache
Die Untersuchung von Bewusstsein und Sprache erfolgt meist während der Anamneseerhebung. Ist der Patient wach, schläfrig oder nicht ansprechbar? Weiß er, wo er sich befindet und weshalb? Kann er seine Beschwerden selbst darstellen, bereitet ihm das Finden einzelner Wörter Mühe, spricht er nur in Floskeln oder gar nicht? Ist seine Sprache angestrengt oder mühelos, deutlich oder verwaschen? Weitergehende Untersuchungen, etwa eine genaue Einschätzung des Bewusstseins mithilfe der Glasgow-Koma-Skala oder spezielle Sprachtests, folgen bei entsprechendem Verdacht.
Untersuchung von Bewegung und Koordination
Zur Bewegungsprüfung lässt der Arzt den Patienten meist einige Male durch den Raum laufen, auch im „Gänsefüßchenschritt“, rückwärts und mit geschlossenen Augen. Beidseitiges Händeschütteln und das Anheben-Lassen der Beine im Liegen gegen Widerstand decken Seitenunterschiede der Muskelkraft und damit leichte Lähmungen auf. Stehen und Auf-der-Stelle-Gehen mit geschlossenen Augen, das Berühren der Nasenspitze mit dem Zeigefinger oder im Liegen das Berühren des Knies mit der Ferse des anderen Fußes (beides ebenfalls mit geschlossenen Augen) sind einfache, aber aussagekräftige Koordinationstests. Im Rahmen der Bewegungs- und Koordinationsprüfungen achtet der Untersucher auch auf den Muskeltonus (die Muskelgrundspannung), also darauf, ob die Muskeln zu „steif“ oder zu „schlaff“ sind, sowie auf sichtbar geschrumpfte Muskulatur.
Untersuchung der Hirnnerven
Einige Hirnnerven werden routinemäßig getestet, etwa der Gesichts- oder Fazialisnerv durch Stirnrunzeln, Augenschließen, Backen-Aufblasen und Pfeifen. Andere Hirnnervenfunktionen hingegen, etwa der Geruchssinn, werden im praktischen Alltag nur bei Verdachtsmomenten untersucht.
Untersuchung des Empfindens (Sensibilität)
Auch die Fähigkeit, verschiedene Reize aufzunehmen und zu erkennen, wird im Rahmen der neurologischen Untersuchung geprüft. Getestet wird das Berührungsempfinden (leichtes Berühren der Haut, Zahlen-Schreiben auf die Haut), das Schmerzempfinden (z. B. durch Kneifen), das Temperaturempfinden (etwa indem Röhrchen mit kaltem und warmem Wasser an die Haut gehalten werden) und der Tiefensinn, etwa durch Aufsetzen einer angeschlagenen Stimmgabel auf Knochen. Ganz wesentlich ist es, genau auszutesten, welcher Körperbereich von der Störung betroffen ist, da dies Rückschlüsse auf den Schädigungsort erlaubt.
Reflexprüfung
Wohl bekanntester Bestandteil der neurologischen körperlichen Untersuchung ist die Reflexprüfung und dabei die Prüfung der Eigenreflexe: Ein Muskel wird durch Schlag auf seine Sehne mit einem kleinen Hämmerchen gedehnt. Als Reaktion darauf kommt es normalerweise zu einer Muskelzuckung, dem Reflex. Fehlt der Reflex oder ist er übermäßig stark, deutet dies auf eine Schädigung des Nervensystems hin.
Weitere diagnostische Verfahren
CT und Kernspin haben die Diagnostik bei Erkrankungen des Gehirns und des Rückenmarks revolutioniert. In der Neurologie verdrängt derzeit der Kernspin das CT immer mehr, da er weiche Gewebe wie Gehirn und Rückenmark besser darstellt. Durch Kontrastmittelgabe und anschließende Datenverarbeitung im Computer sind so gute Gefäßdarstellungen und dreidimensionale Bilder möglich (3-D-CT, 3-D-Kernspin), dass dem Patienten belastende und mit Risiken behaftete Untersuchungen oft erspart werden können.
Eine neue Entwicklung ist der funktionelle Kernspin (fMRT): Bei diesem Verfahren wird zunächst ein Kernspin in Ruhe angefertigt und danach ein zweites, während der Patient eine bestimmte Tätigkeit ausführt (z. B. spricht). Die Gehirnanteile, die an dieser Tätigkeit beteiligt sind, verbrauchen mehr Sauerstoff, wodurch sich die beiden Bilder geringfügig unterscheiden. Durch Verrechnung beider Bilder im Computer werden die an dieser Tätigkeit beteiligten Gehirngebiete sichtbar. Der funktionelle Kernspin ist extrem aufwendig und daher speziellen Fragestellungen vorbehalten, etwa ob die Operation eines Tumors im Großhirn voraussichtlich zu schweren Sprachstörungen führen würde und daher eine Strahlenbehandlung besser sei.
SPECT (Single-Photon-Emissions-Computertomografie) und PET (Positronenemissionstomografie) sind nuklearmedizinische Verfahren, bei denen dem Patienten radioaktiv markierte Substanzen gespritzt werden, die sich im Gehirn anreichern. Detektoren und der entsprechende Computer sammeln die Daten und verarbeiten sie wie bei der Computertomografie zu Schnittbildern. SPECT und PET erlauben insbesondere Einblicke in funktionelle Abläufe, z. B. Stoffwechselvorgänge. Während die SPECT bei Epilepsien, Parkinson-Krankheit, Demenz und Tumoren zunehmend eingesetzt wird, ist die PET derzeit noch sehr aufwendig.
Spezialisten für Nervensystemerkrankungen
Spezialist für Diagnostik und Behandlung von Erkrankungen des Nervensystems und bestimmter Muskelerkrankungen ist der Neurologe. Operative Eingriffe am Nervensystem werden vom Neurochirurgen vorgenommen, der auch die notwendigen Nachsorge- und Rehabilitationsmaßnahmen übernimmt bzw. organisiert.
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