Das Nervensystem ist ein komplexes Netzwerk, das die Grundlage für unsere Wahrnehmung, unser Denken und unsere Handlungen bildet. Milliarden von Nervenzellen, auch Neuronen genannt, kommunizieren miteinander, um Informationen zu verarbeiten und weiterzuleiten. Eine Schlüsselkomponente dieser Kommunikation sind die Dendriten, die verzweigten Fortsätze der Neuronen, die wie Antennen wirken und Signale von anderen Nervenzellen empfangen.
Einführung in das Nervensystem
Unser Nervensystem gliedert sich in das Zentralnervensystem (ZNS), bestehend aus Gehirn und Rückenmark, und das periphere Nervensystem, das alle Nervenzellen außerhalb des Gehirns und Rückenmarks umfasst. Das Gehirn, das Schalt- und Kontrollzentrum des Nervensystems, enthält schätzungsweise 86 Milliarden Neuronen. Diese Neuronen sind hochspezialisierte Zellen, die Nervenimpulse aufnehmen, weiterleiten und verarbeiten.
Aufbau und Struktur der Neuronen
Neuronen bestehen aus einem Zellkörper (Soma), Dendriten und einem Axon. Der Zellkörper enthält den Zellkern und die Zellorganellen, die für die Funktion der Zelle notwendig sind. Dendriten sind kurze, verzweigte Fortsätze, die vom Soma ausgehen und Signale von anderen Neuronen oder sensorischen Rezeptoren empfangen. Das Axon ist ein langer Fortsatz, der vom Soma ausgeht und Signale von diesem wegtransportiert.
Dendriten im Detail
Dendriten sind die verzweigten Fortsätze von Nervenzellen, die wie die Äste eines Baumes aussehen. Sie sind kürzer und stärker verzweigt als Axone, was ihnen ermöglicht, viele Verbindungen zu anderen Neuronen einzugehen. Die Reizaufnahme im Nervensystem geschieht über die Dendriten.
Ein besonderes Merkmal vieler Dendriten sind die dendritischen Dornen, kleine, pilzförmige Ausstülpungen, die als Kontaktstellen für andere Neuronen dienen. Diese Dornen vergrößern die Oberfläche der Dendriten und ermöglichen so den Empfang einer größeren Anzahl von Signalen.
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Dendriten vs. Axone
Obwohl Dendriten und Axone beides Fortsätze von Nervenzellen sind, unterscheiden sie sich in Struktur und Funktion. Dendriten sind kürzer, stärker verzweigt und dienen der Reizaufnahme und Weiterleitung zum Zellkörper, während Axone länger sind und die Erregungsleitung zu anderen Neuronen oder Zielzellen übernehmen.
| Aspekt | Dendrit | Axon |
|---|---|---|
| Primäre Funktion | Reizaufnahme, Weiterleitung zum Zellkörper | Erregungsleitung zu anderem Neuron, Bildung von Aktionspotenzialen |
| Lokalisation | Zweigen astartig vom Perikaryon ab | Zweigt vom Soma ab, es folgen Axonhügel und Initialsegment. |
| Länge | Eher kurz | Im Menschen bis zu 1,5 m möglich |
| Myelinisierung | Keine Myelinisierung | Myelinisierung möglich: Beginnt hinter dem Initialsegment, wo Aktionspotenziale entstehen. |
| Leitungsgeschwindigkeit | Eher langsam (durch fehlende Myelinisierung) | Durch Myelinisierung hohe Leitungsgeschwindigkeiten möglich |
| Zytoplasmatische Zusammensetzung | Starke Ähnlichkeit mit dem Zytoplasma des Somas | Größere Differenz zum Soma: Zellorganellen wie Golgi-Apparat und rER fehlen, aber Mitochondrien, Vesikel und Lysosomen sind vorhanden. Hohe Dichte an Natrium-Kanälen in der Membran |
Zytoskelett der Dendriten
Im Inneren der Dendriten befindet sich ein Gerüst aus winzigen Röhrchen, den sogenannten Mikrotubuli. Dieses Zytoskelett sorgt dafür, dass die Dendriten ihre Form behalten und sich flexibel verzweigen können.
Dendritische Typen
Dendriten kommen in verschiedenen Typen von Neuronen vor, die sich anhand ihres Aufbaus unterscheiden lassen. Man unterscheidet zwischen unipolaren, pseudounipolaren, bipolaren und multipolaren Nervenzellen.
- Unipolare Neuronen: Diese Neuronen haben nur ein Axon und keine Dendriten. Ein Beispiel hierfür sind Fotorezeptoren.
- Bipolare Neuronen: Diese Neuronen haben einen Dendriten und ein Axon. Sie kommen beispielsweise in der Netzhaut des Auges vor.
- Pseudounipolare Neuronen: Diese Neuronen haben einen Zellkörper mit einem Fortsatz, der sich T-förmig in zwei Äste aufteilt. Sie finden sich in den Spinalganglien.
- Multipolare Neuronen: Dies ist der häufigste Neuronentyp. Sie haben viele Dendriten und ein Axon.
Spezielle Typen multipolarer Neuronen
Innerhalb der multipolaren Neuronen gibt es spezielle Untertypen wie Pyramidenzellen und Purkinje-Zellen.
- Pyramidenzellen: Diese Zellen haben ein pyramidenförmiges Perikaryon und zahlreiche Dendriten, die mit dendritischen Dornen besetzt sind. Sie kommen vor allem in der Großhirnrinde vor und sind in der Lage, Verbindungen über größere Distanzen zu bilden.
- Purkinje-Zellen: Diese Zellen sind ein zentraler Zelltyp der Kleinhirnrinde und zeichnen sich durch ihren stark verzweigten Dendritenbaum aus. Sie dienen der Modifikation von Bewegungsabläufen und dem motorischen Lernen.
Funktion der Dendriten
Die primäre Funktion der Dendriten ist die Aufnahme elektrischer Reize und die Weiterleitung zum Soma. Diese Reize werden mithilfe von Synapsen übertragen.
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Signalübertragung an den Synapsen
An den Synapsen wird der elektrische Impuls in ein chemisches Signal umgewandelt. Das elektrische Potenzial löst die Ausschüttung von Neurotransmittern aus, die an Rezeptoren der Zielzelle binden und dort erneut einen elektrischen Impuls auslösen.
Arten von Synapsen
Es gibt verschiedene Arten von Synapsen, an denen Dendriten beteiligt sein können:
- Axo-dendritische Synapsen: Synapsen zwischen einem Dendriten und einem präsynaptischen Endknöpfchen. Dies ist der häufigste Synapsentyp.
- Dendro-dendritische Synapsen: Verbindungen zwischen Dendriten verschiedener Neuronen.
- Dendro-somatische Synapsen: Verbindung zwischen Soma und Dendrit.
Jede dieser Synapsen kann, abhängig von Neurotransmitter und Rezeptorbesatz der Postsynapse, exzitatorisch (erregend) oder inhibitorisch (hemmend) sein.
Integration von Informationen
Dendriten können Signale aus verschiedenen Quellen gleichzeitig empfangen und verarbeiten. Aufgrund ihrer vielen Verzweigungen können sie Signale aus verschiedenen Quellen gleichzeitig empfangen und verarbeiten. Erst die Summe der verschiedenen erregenden und hemmenden Einflüsse entscheidet am Soma darüber, ob über das Axon eine Erregung weitergeleitet wird.
Neuronale Plastizität und Dendriten
Die Dendriten sind auch sehr flexibel: Sie können ihre Form und die Anzahl ihrer Verzweigungen verändern. Aktionspotentiale können nicht nur in Richtung Zellkörper geschickt werden, sondern können auch in die andere Richtung im Dendrit zurücklaufen. Vor allem das Calcium, das sich nach Depolarisation in den Dendriten ausbreitet, kann über verschiedene Mechanismen die Empfangseigenschaften der Dendriten verändern. Das kann zu einer stärkeren Kopplung zweier Nervenzellen führen, was als Langzeitpotenzierung bezeichnet wird. Dies ist ein wichtiger Teil der neuronalen Plastizität, also der strukturellen Anpassung des Nervensystems abhängig von seiner Nutzung.
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Reizweiterleitung im Nervensystem
Die Reizweiterleitung im Nervensystem ist ein komplexer Vorgang, bei dem elektrische sowie chemische Potenziale angewandt werden. Die Reizaufnahme im Nervensystem geschieht über die Dendriten. 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.
Viele Axone im peripheren Nervensystem werden durch einen Mantel aus speziellen Zellen (Schwann-Zellen) elektrisch isoliert. Die Abschnitte, an denen das Axon frei liegt, werden Ranviersche Schnürringe genannt und dienen einer schnelleren Übertragung von Nervensignalen (saltatorische Erregungsleitung).
Wenn kein Reiz weitergegeben werden muss, zeigt das Neuron folgende Verteilung elektrischer Ladung: Im Zellinneren herrscht eine hohe Konzentration an Kaliumionen (K+) und organischen Anionen, während außerhalb überwiegend Natrium- (Na+) und Chloridionen (Cl-) anzutreffen sind. Im Ruhezustand besteht ein Gleichgewicht zwischen der Zellinnen und -außenseite, das durch verschiedene Transportmechanismen (Kaliumkanäle und Natrium-Kalium-Pumpen) aufrechterhalten wird (Ruhepotential).
Im Falle eines elektrischen Impulses, der durch einen Reiz ausgelöst wurde, öffnen sich unter anderem die Natrium-Kanäle der Zellmembran und Natriumionen strömen vermehrt ins Zellinnere. Dies bedeutet, dass abschnittsweise die Ladung an der Innen- und Außenseite des Neurons umgekehrt wird. Durch diese lokale Ladungsänderung wird der elektrische Impuls entlang des Axons bis zum Ende weitertransportiert.
Am synaptischen Endknöpfchen, was dem Ende des Axons entspricht, wird der elektrische Impuls in ein chemisches Signal umgewandelt. Das elektrische Potenzial, das dort ankommt, löst die Ausschüttung chemischer Botenstoffe (Neurotransmitter) aus. Dort löst der Neurotransmitter erneut einen elektrischen Impuls aus, der wieder am Axon entlangwandert und so von Zelle zu Zelle weitergegeben wird.
Das Ruhepotential
Wenn kein Reiz weitergegeben werden muss, zeigt das Neuron folgende Verteilung elektrischer Ladung: Im Zellinneren herrscht eine hohe Konzentration an Kaliumionen (K+) und organischen Anionen, während außerhalb überwiegend Natrium- (Na+) und Chloridionen (Cl-) anzutreffen sind. Im Ruhezustand besteht ein Gleichgewicht zwischen der Zellinnen und -außenseite, das durch verschiedene Transportmechanismen (Kaliumkanäle und Natrium-Kalium-Pumpen) aufrechterhalten wird (Ruhepotential). Auf der Innenseite der Zellmembrane ist die Ladung zunächst negativ.
Das Aktionspotential
Im Falle eines elektrischen Impulses, der durch einen Reiz ausgelöst wurde, öffnen sich unter anderem die Natrium-Kanäle der Zellmembran und Natriumionen strömen vermehrt ins Zellinnere. Dies bedeutet, dass abschnittsweise die Ladung an der Innen- und Außenseite des Neurons umgekehrt wird. Durch diese lokale Ladungsänderung wird der elektrische Impuls entlang des Axons bis zum Ende weitertransportiert.
Die Rolle der Myelinscheide
Viele Axone im peripheren Nervensystem werden durch einen Mantel aus speziellen Zellen (Schwann-Zellen) elektrisch isoliert. Die Abschnitte, an denen das Axon frei liegt, werden Ranviersche Schnürringe genannt und dienen einer schnelleren Übertragung von Nervensignalen (saltatorische Erregungsleitung).
Neurotransmitter und synaptische Übertragung
Am synaptischen Endknöpfchen, was dem Ende des Axons entspricht, wird der elektrische Impuls in ein chemisches Signal umgewandelt. Das elektrische Potenzial, das dort ankommt, löst die Ausschüttung chemischer Botenstoffe (Neurotransmitter) aus. Dort löst der Neurotransmitter erneut einen elektrischen Impuls aus, der wieder am Axon entlangwandert und so von Zelle zu Zelle weitergegeben wird.
Klinische Bedeutung
Störungen der Dendritenstruktur oder -funktion können zu neurologischen Erkrankungen führen. Beispielsweise können Veränderungen der dendritischen Dornen mit Lern- und Gedächtnisstörungen in Verbindung gebracht werden. Auch Medikamente und bestimmte Tumoren können Aufbau, Abbau und Speicherung der Neurotransmitter beeinflussen, so dass entweder ein Überschuss oder ein Mangel von Transmittern erzeugt wird.
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