Die Nervenzelle: Biologie, Definition und Fachbegriffe

Die Nervenzelle, auch Neuron genannt, ist die grundlegende Baueinheit des Nervensystems. Um die komplexen Funktionen des Nervensystems zu verstehen, ist es unerlässlich, die Struktur und Funktionsweise dieser Zellen zu kennen.

Aufbau der Nervenzelle (Neuron)

Der Neuron-Aufbau gliedert sich in mehrere wichtige Bestandteile:

• Soma (Zellkörper): Enthält den Zellkern und steuert alle Stoffwechselprozesse sowie das Zellwachstum. Der Zellkörper (Zytosoma) enthält alles, was eine Zelle zum Leben braucht. Für die meisten Quellen gehört auch der Zellkern nicht zum Zellkörper.
• Dendriten: Verzweigte Fortsätze, die Signale von anderen Nervenzellen oder Sinneszellen empfangen und zum Zellkörper leiten. Die Dendriten vergrößern die Oberfläche einer Nervenzelle enorm und schaffen Platz für Tausende von Synapsen.
• Axon: Ein langer, röhrenförmiger Ausläufer, der elektrische Signale (Aktionspotentiale) vom Zellkörper weg zu anderen Zellen leitet. Das Axon, oft auch als "Neuraxon" bezeichnet, ist eine Art Informationsautobahn. Elektrische Signale reisen entlang des Axons von der "Axonhügel", der Nähe des Zellkörpers, zum "Axonterminal", wo die Signale dann auf andere Zellen übertragen werden.
• Axonhügel: Der Anfangsbereich des Axons, an dem Aktionspotentiale erzeugt werden. Der Axonhügel sammelt die bei den Dendriten eingehenden elektrischen Potenziale. Nur wenn eine bestimmte Potenzialschwelle überschritten wird, gibt der Axonhügel das elektrische Potenzial an das Axon weiter. Dies ist eine Art Schutzmaßnahme des Nervensystems, um eine Reizüberflutung, die nicht verarbeitet werden kann, zu verhindern.
• Myelinscheide: Eine isolierende Schicht um das Axon, die von Gliazellen (Hüllzellen oder Schwann-Zellen) gebildet wird und eine schnelle Signalweiterleitung ermöglicht. Viele Axone im peripheren Nervensystem (der Teil des Nervensystems, der nicht zu Gehirn und Rückenmark gehört) werden durch einen Mantel aus speziellen Zellen (Schwann-Zellen = Hüll- und Stützzellen) elektrisch isoliert. Dabei entsteht keine durchgängige Umhüllung.
• Ranviersche Schnürringe: Unterbrechungen in der Myelinscheide, die eine saltatorische Erregungsleitung ermöglichen, bei der das Aktionspotential von Schnürring zu Schnürring springt und so die Geschwindigkeit der Signalübertragung erhöht. Die Abschnitte, an denen das Axon frei liegt, werden Ranviersche Schnürringe genannt und dienen einer schnelleren Übertragung von Nervensignalen - die Erregung wird hierbei in Sprüngen von einem Schnürring zum nächsten weitergegeben (saltatorische Erregungsleitung).
• Endknöpfchen: Verdickte Enden der Axonverzweigungen, die Synapsen mit anderen Zellen bilden. Die Endknöpfchen Funktion ist besonders wichtig für die Signalübertragung zwischen Nervenzellen. An den Enden der verzweigten Axone befinden sich kleine Verdickungen, die sogenannten Endknöpfchen.

Funktion der Nervenzelle

Die Hauptfunktion der Nervenzelle besteht darin, Informationen in Form von elektrischen und chemischen Signalen zu empfangen, zu verarbeiten und weiterzuleiten.

Ruhepotential und Aktionspotential

Die Nervenzelle Aufbau und Funktion basiert auf dem Fluid-Mosaik-Modell der Biomembran. Diese besteht aus einer flexiblen Lipiddoppelschicht mit eingelagerten Proteinen. Die Membran fungiert als selektive Barriere und kontrolliert den Ionentransport durch spezielle Kanalproteine. Das Ruhepotential ist die Grundlage für die Erregbarkeit der Nervenzelle beschriftet. Es entsteht durch unterschiedliche Ionenkonzentrationen zwischen Innen- und Außenraum der Zelle.

Im Ruhezustand herrscht im Zellinneren eine negative elektrische Ladung im Vergleich zum Außenraum (Ruhepotential). Diese Ladungsdifferenz wird durch unterschiedliche Ionenkonzentrationen (Natrium, Kalium, Chlorid) und die selektive Permeabilität der Zellmembran aufrechterhalten. Die Neuron - Aufbau und Funktion basiert auf der selektiven Permeabilität der Zellmembran für Natrium- und Kaliumionen. Im Ruhezustand sind mehr Kaliumkanäle geöffnet, was das negative Ruhepotential von -60 bis -90mV verursacht.

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Wird die Nervenzelle durch einen Reiz aktiviert, ändert sich die Durchlässigkeit der Zellmembran für bestimmte Ionen. Natriumkanäle öffnen sich, und Natriumionen strömen in die Zelle ein, wodurch das Zellinnere positiver wird (Depolarisation). Bei der Entstehung eines Aktionspotentials folgt dem "Alles-oder-Nichts-Prinzip" und durchläuft die Phasen der Depolarisation, Repolarisation und Hyperpolarisation.

Erreicht die Depolarisation einen bestimmten Schwellenwert, wird ein Aktionspotential ausgelöst. Das Aktionspotential ist eine kurzzeitige, aber starke Veränderung des Membranpotentials, die sich entlang des Axons ausbreitet.

Nach der Depolarisation schließen sich die Natriumkanäle, und Kaliumkanäle öffnen sich. Kaliumionen strömen aus der Zelle aus, wodurch das Zellinnere wieder negativer wird (Repolarisation). Manchmal kommt es zu einer kurzzeitigen Hyperpolarisation, bevor das Ruhepotential wiederhergestellt ist.

Refraktärzeit

Die Nervenzelle Funktion wird maßgeblich durch die Refraktärzeit bestimmt. Diese unterteilt sich in die absolute und relative Refraktärzeit, die für die geordnete Weiterleitung von Nervenimpulsen essentiell sind. Die absolute Refraktärzeit findet während der Depolarisation und Repolarisation statt und dauert etwa 1-2 Millisekunden. In dieser Phase werden die Natriumkanäle durch kugelförmige Proteinteile im Intrazellularraum inaktiviert, wodurch keine weiteren Natriumionen einströmen können. Die relative Refraktärzeit schließt sich an die absolute Refraktärzeit an und dauert etwa 2 Millisekunden. In dieser Phase strömen vermehrt Kaliumionen aus dem Axon aus, was zu einer Hyperpolarisation führt.

Synaptische Übertragung

Am Ende des Axons, an den Endknöpfchen, wird das elektrische Signal in ein chemisches Signal umgewandelt. Das Aktionspotential führt zur Freisetzung von Neurotransmittern in den synaptischen Spalt.

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Die Neurotransmitter diffundieren über den synaptischen Spalt und binden an Rezeptoren auf der postsynaptischen Zelle (der nächsten Nervenzelle oder einer Muskelzelle). Die Bindung der Neurotransmitter an die Rezeptoren löst in der postsynaptischen Zelle ein neues elektrisches Signal aus (erregendes oder hemmendes postsynaptisches Potential).

Die Neurotransmitter werden anschließend abgebaut oder wieder in die präsynaptische Zelle aufgenommen, um die Signalübertragung zu beenden.

Die Neuronen Synapsen spielen eine zentrale Rolle bei der Reflexverarbeitung und ermöglichen die zuverlässige Signalübertragung in Neuronen Synapsen.

Reizweiterleitung

Die Reizweiterleitung im Nervensystem ist ein komplexer Vorgang, bei dem elektrische sowie chemische Potenziale angewandt werden - und das im Bruchteil einer Sekunde. Denn nur so können wir schnell reagieren, beispielsweise im Straßenverkehr, wenn wir einem Auto ausweichen müssen. Die Reizaufnahme im Nervensystem geschieht über die Dendriten, dünne Fortsätze der Neuronen.

Arten von Nervenzellen

Es gibt verschiedene Arten von Nervenzellen, die sich in ihrer Struktur und Funktion unterscheiden. Einige wichtige Typen sind:

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• Sensorische Neuronen (afferente Nervenzellen): Leiten Informationen von Sinnesorganen zum Zentralnervensystem (Gehirn und Rückenmark). Die sensorischen - oder auch afferenten (= "hinführenden") - Nervenbahnen leiten die Impulse vom Sinnesorgan zum Gehirn.
• Motorische Neuronen (efferente Nervenzellen): Leiten Signale vom Zentralnervensystem zu Muskeln oder Drüsen, um eine Bewegung oder Reaktion auszulösen. Die motorischen - oder auch efferenten (="hinaustragenden") - Nervenbahnen leiten die Impulse von Gehirn zum ausführenden Organ.
• Interneuronen: Verbinden sensorische und motorische Neuronen innerhalb des Zentralnervensystems und ermöglichen komplexe Verarbeitungsprozesse. Im Rückenmark wird der Reiz durch Interneuronen verarbeitet, die als Regulatoren mit erregenden und hemmenden Synapsen fungieren.

Das Nervensystem

Das Nervensystem arbeitet durch ein komplexes Zusammenspiel verschiedener Neuronentypen. Verschiedene Quellen gliedern unsere Nervensysteme unterschiedlich. Man unterscheidet zwischen zentralem und peripherem Nervensystem. Zum zentralen Nervensystem zählen das Gehirn im Schädel und das Rückenmark in der Wirbelsäule. Man unterscheidet außerdem zwischen dem willkürlichen (auch somatisch oder cerebrospinal genannten) und dem autonomen (auch vegetativ oder viszeral genannten) Nervensystem. Zum willkürlichen (somatischen) Nervensystem zählen alle Nervenzellen, die der bewussten Wahrnehmung mittels Sinnesorganen (sensorische Nervenzellen) oder der bewussten Steuerung unserer Muskeln (motorische Nervenzellen) dienen. Zum vegetativen Nervensystem zählen alle Nervenzellen, die der unbewussten Wahrnehmung innerer Körperzustände sowie der automatischen Steuerung innerkörperlicher Vorgänge (z.B.: Atmung, Herzschlag und Schweißbildung) und der inneren Organe (z.B.

Innerhalb des autonomen Nervensystems unterscheidet man zwischen dem sympathischen, dem parasympathischen und dem enterischen Nervensystem. Das enterische Nervensystem ist das Nervensystem des Verdauungstrakts. Es funktioniert auch ohne Einwirkung des Kopf-Gehirns, steht mit diesem aber in einem regen Informationsaustausch. Die Gegenspieler Sympathikus (Leistungsnerv) und Parasympathikus (Ruhenerv) unterliegen stärker der Regulation durch das Zentralnervensystem. Dabei macht der durch Stress und Angst aktivierte Sympathikus den Körper flucht- oder kampfbereit, während der durch Ruhe und Entspannung aktivierte Parasympathikus den Körper auf Erholung und Regeneration einstellt. Der Parasympathikus reduziert die Durchmesser von Pupillen und Bronchienn sowie die Aktivitäten von Herz und Leber. Der Sympathikus vergrößert die Durchmesser von Pupillen und Bronchienn sowie die Aktivitäten von Herz und Leber. Der Sympathikus wird reguliert durch das Zentralnervensystem. Er vergrößert die Durchmesser von Pupillen und Bronchienn sowie die Aktivitäten von Herz und Leber. Der Parasympathikus wird reguliert durch das Zentralnervensystem. Er reduziert die Durchmesser von Pupillen und Bronchienn sowie die Aktivitäten von Herz und Leber.

Reflexe

Der Neuron - Aufbau und Funktion ist grundlegend für das Verständnis des Reflexbogens. Ein Reflex beginnt mit der Aufnahme eines Reizes durch spezielle Rezeptoren. Die Reizweiterleitung erfolgt über das afferente Nervensystem zum Zentralnervensystem (ZNS). Bei der Klassifizierung unterscheiden wir zwischen Eigenreflexen und Fremdreflexen. Beim Eigenreflex liegen Rezeptor und Erfolgsorgan nah beieinander - wie beim Kniereflex. Eigenreflexe sind monosynaptisch aufgebaut, das heißt sie nutzen nur eine Synapse zwischen zwei Neuronen. Die Reflexzeit - also die Zeit zwischen Reiz und Reaktion - unterscheidet sich deutlich: Bei Eigenreflexen beträgt sie etwa 20 Millisekunden und ist konstant. Eine wichtige Eigenschaft von Reflexen ist ihre Anpassungsfähigkeit.

Neuroplastizität

Die Neuroplastizität ermöglicht es dem Nervensystem, sich an neue Anforderungen anzupassen.

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