Nervenzellen, auch Neuronen genannt, sind die grundlegenden Bausteine des Nervensystems und spielen eine entscheidende Rolle bei der Reizweiterleitung und Informationsverarbeitung im Körper. Diese hochspezialisierten Zellen sind miteinander durch Synapsen verbunden, an denen Signale in Form von Botenstoffen übertragen werden. Die Nervenzellen besitzen eine Antennenregion, die durch den Zellkörper und deren Fortsätze (Dendriten) gebildet wird. Die Signale werden dann verrechnet und durch ein „Kabel“, das Axon, in Form von elektrischen Impulsen weitergeleitet.
Aufbau einer Nervenzelle
Eine typische Nervenzelle (Neuron) besteht aus einem Zellkörper (Perikaryon), von dem aus mehrere Dendriten und ein Axon abgehen. Der Zellkörper enthält den Zellkern sowie alle Zellorganellen, die für die Funktionsfähigkeit der Zelle wichtig sind, darunter Nissl-Schollen, Golgi-Apparat und Mitochondrien. Von letzteren ist das Neuron aufgrund seines hohen Energiebedarfs in besonderem Maße abhängig.
Dendriten: Die Antennen der Nervenzelle
Dendriten sind kegelförmige Ausstülpungen des Zellkörpers von Nervenzellen (Perikaryon). Sie sind zweigartige Fortsätze einer Nervenzelle. oder Neuronen, sind Zellen, die Informationen im Körper weiterleiten. Dendriten sind aus vielen, verzweigten Strukturen aufgebaut, die von einem zentralen Zellkörper ausgehen. Diese verzweigten Fortsätze, auch dendritische Bäume genannt, vergrößern die Oberfläche der Nervenzelle. Dendriten sind die verzweigten Fortsätze von Nervenzellen (Neuronen), die eine wichtige Rolle im Nervensystem unseres Körpers spielen. Die primäre Aufgabe eines Dendrits ist die Aufnahme ankommender elektrischer Reize und die Weiterleitung zum Soma. Man kann Dendriten mit den Ästen eines Baumes vergleichen, die wie Antennen wirken und Informationen von anderen Nervenzellen aufnehmen. Diese Informationen werden zum Stamm, dem Zellkörper, weitergeleitet. Dendriten sind feine Verästelungen des Zellkörpers (sog. Zellfortsätze), die über Synapsen mit anderen Nervenzellen in Kontakt stehen. Sie empfangen deren Signale und leiten sie anschließend an den Zellkörper weiter. Dendriten stellen also gewissermaßen die Antennenregion der Nervenzelle dar.
Insgesamt unterscheiden sich Dendriten und Axone in einigen Aspekten:
| 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: Zellorganellen (rER, Ribosomen, Golgi-Apparat) reichen bis in den Dendrit hinein. Hohe Dichte an Natrium-Kanälen in der Membran | Größere Differenz zum Soma: Zellorganellen wie Golgi-Apparat und rER fehlen, aber Mitochondrien, Vesikel und Lysosomen sind vorhanden. |
Der astartige Aufbau spiegelt sich auch im Namen wider, da "Dendrit" aus dem Griechischen kommt und übersetzt "baumartig" bedeutet. Wegen der Ähnlichkeit der Zusammensetzung des Zytoplasmas von Soma und Dendrit scheinen die beiden Abschnitte beinahe fließend ineinander überzugehen. Ihre Einheit wird deshalb auch als somatodendritisches Kompartiment bezeichnet.
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Dendritische Dornen
Manche Dendriten haben kleine dichte Ausstülpungen ihrer Zellmembran, die als dendritic spines (Dornen) bezeichnet werden. Ein besonderes Merkmal von Dendriten sind die dendritischen Dornen. Du kannst sie dir als kleine, pilzförmige Ausstülpungen auf den Dendriten vorstellen. An diesen Dornen befinden sich Synapsen, über die der Dendrit Informationen von anderen Nervenzellen empfängt. Sie bilden Synapsen aus, also Verbindungen zwischen Nervenzellen. Die Anzahl dieser Dornen variiert innerhalb von Sekunden sehr stark, was mit neuronaler Plastizität in Verbindung gebracht wird.
Arten von Neuronen mit Dendriten
Es gibt verschiedene Typen von Neuronen, die man anhand ihres Aufbaus unterscheiden kann. Kriterien für die Unterscheidung sind v. a. Anzahl und Anordnung der Dendriten und Axone.
Folgende Nervenzellen hingegen verfügen über Dendriten:
- Bipolare Neuronen
- Pseudounipolare Nervenzellen
- Multipolare Neuronen
Bipolare Neuronen: Bipolare Nervenzellen sind spezielle Nervenzellen in deinem Körper. Sie bestehen aus einem Dendrit und einem Axon. Bei bipolaren Neuronen liegt ein Dendrit einem Axon gegenüber. Zwischen ihnen befindet sich das Perikaryon. Ein Beispiel für bipolare Nervenzellen findest du im Auge. In der Netzhaut helfen sie dabei, die visuellen Signale zu sammeln und weiterzugeben.
Pseudounipolare Neuronen: Sie haben einen Zellkörper mit einem Abgang. Der teilt sich t-förmig in zwei Äste auf. Einer empfängt Signale, wie ein Dendrit. Der andere sendet Signale, wie ein Axon. Pseudounipolare Neurone wirken, vom Zellkörper aus betrachtet, beinahe wie eine normale unipolare Zelle. Das Perikaryon selbst hat nämlich nur einen direkten Abgang. Allerdings zweigt sich dieser Abgang T-förmig in ein Axon und einen Axon-ähnlichen Dendriten auf. Die Zellen sitzen in den Spinalganglien. Pseudounipolare Nervenzellen findet man z. B. in den Spinalganglien. Dort werden sensorische Empfindungen verschaltet, bevor sie im Rückenmark weitergeleitet werden.
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Multipolare Neuronen: Sie sind die häufigsten Nervenzellen in deinem Körper. Multipolare Neuronen sind der häufigste Neuronentyp im Körper. Sie verfügen über ein Axon und einen weit verzweigten Dendritenbaum. Aufbau und Funktion: Dendriten sind kurz und stark verzweigt, um viele Signale von anderen Nervenzellen zu empfangen. Signalweiterleitung: Elektrische Signale werden von Dendriten aufgenommen und zum Zellkörper weitergeleitet.
Verbreitete Untertypen der multipolaren Neuronen sind die Pyramiden-Zellen und die Purkinje-Zellen.
- Pyramiden-Zellen haben ein großes, beinahe pyramidenförmiges Perikaryon. Sie besitzen ein Axon, aber zahlreiche Dendriten, die mit dendritischen Dornen besetzt sind. Pyramiden-Zellen besitzen Apikal-Dendriten und Basal-Dendriten. Apikal-Dendriten sind länger und verlassen das Soma gegenüber vom Axon. Pyramiden-Zellen sind v. a. in der Großhirnrinde vertreten, wo sie dicht aneinander gereiht liegen. Sie sind in der Lage, Verbindungen über größere Distanzen zu bilden. So z. B. auch Betzsche Riesenpyramiden-Zellen, die man im primär-motorischen Kortex findet. Die durch ihre Axone gebildeten Nervenfasern bezeichnet man zusammengefasst als Pyramidenbahn. Sie leiten Signale zur Bewegung unserer Muskeln.
- Purkinje-Zellen sind ein zentraler Zelltyp der Kleinhirn-Rinde. Man erkennt sie leicht an ihrem auffällig stark verzweigten Dendritenbaum. Die Verschaltung an Purkinje-Zellen dient dort der Modifikation von Bewegungsabläufen, sowie dem motorischen Lernen.
Funktion der Dendriten
Die primäre Funktion von Dendriten ist die Aufnahme elektrischer Reize und die Weiterleitung zum Soma. Dendriten sind entscheidend für den Informationsaustausch zwischen Nervenzellen. Empfang von Signalen: Dendriten nehmen chemische Signale (in Form von Neurotransmitter, also Botenstoffe) von anderen Nervenzellen auf. Integration von Informationen: Aufgrund ihrer vielen Verzweigungen können Dendriten Signale aus verschiedenen Quellen gleichzeitig empfangen und verarbeiten. Weiterleitung der elektrischen Signale: Nachdem die Signale verarbeitet wurden, leiten Dendriten die elektrischen Impulse zum Zellkörper weiter. Diese Reize werden mithilfe von Synapsen übertragen. Am häufigsten sind die chemischen Synapsen vertreten, die zwischen verschiedenen Bauteilen von Nervenzellen bestehen können.
Dendriten sind wichtig bei der Ausbildung axodendritischer Synapsen, also Verbindungen zwischen einem Axonende und einem Dendriten. Dabei handelt es sich um eine chemische Synapse, das heißt die Übertragung von der einen auf die andere Zelle findet über chemische Botenstoffe (Neurotransmitter) statt. Das Ende des Axons ist gefüllt mit Vesikeln dieser Neurotransmitter, die bei einem elektrischen Signal, in der Regel ein Aktionspotential, ausgeschüttet werden. Die Ausschüttung wird über Calcium-Ionen vermittelt, da sich bei einer Änderung des Membranpotentials Calcium-Kanäle öffnen und die Ionen in das Axonende einströmen können. Zwischen dem Axon und dem Dendriten befindet sich ein kleiner Spalt, in den die Neurotransmitter gegeben werden. In der postsynaptischen Membran sind Rezeptoren verbaut, die durch den Transmitter aktiviert werden und eine Wirkung in der Zelle des Dendriten haben.
Synapsentypen mit Beteiligung von Dendriten
Nicht an jeder Synapse muss zwangsläufig ein Dendrit beteiligt sein. Genauso gibt es Synapsen zwischen Axon und Soma (axo-somatische Synapse) und zwischen zwei Axonen (axo-axonale Synapse).
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Dendriten sind ein Teil von folgenden Synapsen-Typen:
- Axo-dendritische Synapsen: Synapsen zwischen einem Dendriten und einem präsynaptischen Endknöpfchen. Häufigster Synapsen-Typ. Ansatz entweder am Schaft des Dendriten oder am Dorn (Dornsynapse)
- Dendro-dendritische Synapsen: Verbindungen zwischen Dendriten verschiedener Neuronen
- Dendro-somatische Synapsen: Verbindung zwischen Soma und Dendrit
Jeder dieser Synapsen kann, abhängig von Neurotransmitter und Rezeptorbesatz der Postsynapse, exzitatorisch (= erregend) oder inhibitorisch (= hemmend) sein. Erst die Summe der verschiedenen erregenden und hemmenden Einflüsse entscheidet am Soma darüber, ob über das Axon eine Erregung weitergeleitet wird. Ist sie zu gering, bzw. überwiegend hemmend, bleibt das Aktionspotenzial aus.
Dendriten und neuronale Plastizität
Die Funktion von Dendriten geht noch über die reine Entgegennahme von Signalen hinaus: 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.
Neuronale Plastizität bezeichnet eigentlich nur Änderungsvorgänge von Nervenzellen, wie sie zum Beispiel beim Lernen durch Wiederholung auftreten. Dabei werden Synapsen sehr oft über einen längeren Zeitraum Reizen ausgesetzt, was als Langzeitpotenzierung bekannt ist. Durch molekulare Prozesse in der Synapse, wird die Calcium Konzentration in der Zelle erhöht, was nach längerer Zeit zu einer Änderungen der Genetik der Nervenzelle führt. Dadurch werden mehr Rezeptoren in die postsynaptische Membran des Dendrits eingebaut, was eine verstärkte Aktivierung der Zelle zufolge hat.
Dies ist ein wichtiger Teil der neuronalen Plastizität, also der strukturellen Anpassung des Nervensystems abhängig von seiner Nutzung. Übrigens: Dendriten sind mitverantwortlich dafür, dass das Gehirn neue Inhalte lernen kann.
Beeinflussung der Dendritenfunktion durch Nervengifte
Verschiedene Gifte wie Curare, das Pfeilgift von südamerikanischer indigener Bevölkerung, können die Rezeptoren der Postsynapse besetzen ohne eine Wirkung hervorzurufen. Transmitter, die in den Spalt gelangt sind können durch spezielle Proteine der präsynaptischen Membran wiederaufgenommen werden. Therapeutisch kann die Wiederaufnahme von Noradrenalin aus dem synaptischen Spalt gehemmt werden, um die Konzentration dieses Neurotransmitters zu erhöhen.
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