Nervenzelle ohne Schwann-Zelle: Aufbau und Funktion

Die Nervenzelle, auch Neuron genannt, ist die kleinste eigenständige Funktionseinheit im Nervensystem und spielt eine entscheidende Rolle bei der Kommunikation zwischen Gehirn, Organen und Geweben. Ihre regelrechte Funktion ist unerlässlich.

Grundlegender Aufbau einer Nervenzelle

Eine typische Nervenzelle besteht aus mehreren Hauptteilen:

• Zellkörper (Soma): Das Soma ist das Stoffwechselzentrum der Nervenzelle und enthält den Zellkern sowie das Perikaryon. Hier finden der Zellstoffwechsel, die Produktion von Proteinen und die Abwehr von Krankheitserregern statt. Das Soma ist gefüllt mit Cytosol, welches aus Wasser, gelösten Ionen und wasserlöslichen Molekülen besteht. Das Cytosol wird vom Cytoskelett durchzogen, welches aus Mikrotubuli, Aktinfilamenten und Intermediärfilamenten besteht. Im Soma befinden sich auch die Organellen wie Zellkern, Mitochondrien, Ribosomen und der Golgiapparat.
• Dendriten: Dendriten sind die Signalempfänger der Nervenzellen. Sie nehmen elektrische oder chemische Informationen auf und leiten sie zum Zellkörper weiter. Bei der chemischen Kommunikation besteht ein synaptischer Spalt zwischen den Dendriten und den Nachbarzellen, in den Neurotransmitter ausgeschüttet werden, um das Signal zu übertragen. Bei der elektrischen Kommunikation besteht ein direkter Kontakt der Dendriten mit den benachbarten Zellen.
• Axonhügel: Der Axonhügel ist der Bereich am Übergang vom Zellkörper zum Axon. Hier entscheidet sich, ob ein Reiz stark genug ist, um als Aktionspotential fortgeleitet zu werden, oder ob es sich um einen Störimpuls handelt.
• Axon: Das Axon, auch Neurit oder Nervenfaser genannt, ist ein langer, röhrenförmiger Fortsatz, der aus dem Axonhügel hervorgeht. Es leitet Aktionspotentiale zu anderen Nerven- oder Muskelzellen weiter. Das Axon enthält ein Proteingerüst, die Mikrotubuli, entlang derer die im Zellkörper gebildeten Transmitter zum Ende des Axons transportiert werden.

Die Aufgaben des Axons im Detail

Das Axon ist ein Schlüsselelement jeder Nervenzelle und dient als "Informationsautobahn". Elektrische Signale, die als Aktionspotentiale bekannt sind, reisen entlang des Axons von der Nähe des Zellkörpers zum Axonterminal, wo die Signale dann auf andere Zellen übertragen werden. Es ist maßgeblich für die Übertragung von Nervensignalen zuständig. Da es in den meisten Neuronen der längste Fortsatz ist, sorgt es für die schnelle Weiterleitung von Informationen über weite Strecken.

Der interne Aufbau des Axons umfasst:

• Zytoskelett: Bestehend aus Mikrotubuli, Neurofilamenten und Aktinfasern, die dem Axon Stabilität und Form verleihen.
• Axonmembran: Sie beinhaltet verschiedene Ionenkanäle, die bei einem Aktionspotential geöffnet werden und so einen Ionenstrom ermöglichen. Einer dieser Kanäle ist der spannungsabhängige Natriumkanal, der bei Erreichen einer bestimmten Membranspannung geöffnet wird und so Natriumionen in die Zelle strömen lässt.

Myelinscheide und Ranviersche Schnürringe

Viele Axone sind von einer Myelinscheide umhüllt, einer Markscheide aus isolierenden Zellen. Im peripheren Nervensystem (außerhalb von Gehirn und Rückenmark) werden diese Zellen als Schwann-Zellen bezeichnet. Im Zentralen Nervensystem bilden Oligodendrozyten die Markscheide. Die Myelinscheide besteht aus fettreichen Membranen, die in mehreren Schichten um das Axon gewickelt sind und es isolieren.

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In regelmäßigen Abständen finden sich zwischen diesen Zellen kurze Unterbrechungen der Markscheide, die sogenannten „Ranvierschen Schnürringe“. An diesen Stellen liegt das Axon frei, es ist nicht-myelinisiert. Kommt es am Axonhügel zur Auslösung einer elektrischen Erregung, einem Aktionspotenzial, so „springt“ das Signal von einem Schnürring zum nächsten und lässt dabei die myelinisierten Teile des Axons aus. Damit erreicht es das Ende des Axons sehr schnell. Das ist vor allem bei den langen Nervenfasern zwischen Rückenmark und unterer Extremität sehr wichtig.

Synapse

Die Synapse ist der Ort der Kommunikation einer Nervenzelle mit ihren Nachbarn. Im Fall einer chemischen Synapse umfasst sie den letzten Abschnitt des Axons, das „synaptisches Endknöpfchen“, in dem die Neurotransmitter gelagert sind, sowie den synaptischen Spalt und die Dendriten der nachfolgenden Zelle. Bei einer elektrischen Synapse ist das Ende der Nervenzelle über Proteinverbindungen, Gap junctions, direkt mit den Nachbarn verbunden.

Funktion der Nervenzellen

Wenngleich die Nervenzelle per se immer ähnlich arbeitet und Reize weiterleitet, so unterscheidet sich die Funktion der Zellen in Abhängigkeit von ihrem Verlauf im Körper. Grundsätzlich lassen sich drei Arten von Nervenzellen unterscheiden:

• Sensorische Nervenzellen: Sie nehmen Reize aus dem Körper oder der Umgebung auf und leiten sie zur Verarbeitung an Rückenmark und Gehirn weiter.
• Motorische Nervenzellen: Sie übertragen Informationen aus dem Gehirn an den Körper, um Reaktionen zu erzeugen. Trifft der motorische Reiz auf eine Muskelzelle, so kann eine aktive, bewusste Bewegung ausgelöst werden. Auch unbewusste Steuerungsprozesse werden vom motorischen Nervensystem initiiert.
• Interneurone: Sie verschalten und verarbeiten die Informationen im Gehirn und Rückenmark und vermitteln zwischen anderen Nervenzellen. Interneurone sind beispielsweise bei komplexen Reflexen beteiligt.

Arten von Nervenzellen

Je nach Anzahl der Fortsätze werden Neurone in unterschiedliche Typen eingeteilt:

• Unipolare Nervenzellen: besitzen einen einzigen Zellfortsatz, der sich nach Verlassen des Zellkörpers in einen empfangenden und einen aussendenden Anteil aufspaltet.
• Bipolare Nervenzellen: besitzen zwei Fortsätze, einen dendritischen und einen axonalen.
• Multipolare Nervenzellen: besitzen viele Dendriten und ein Axon. Typische multipolare Zellen sind motorische Neurone.
• Pseudounipolare Nervenzellen: besitzen einen einzelnen Fortsatz, der in seinem Inneren von Anfang an klar in zwei parallel verlaufende Systeme getrennt ist: den dendritischen Empfänger und das ableitende Axon. Sensorische Nervenzellen sind klassische pseudounipolare Zellen.

Myelinisierte und nicht-myelinisierte Nervenfasern

Nervenfasern können entweder myelinisiert oder nicht-myelinisiert sein. Bei myelinisierten Nervenfasern umhüllen Schwann-Zellen (im PNS) oder Oligodendrozyten (im ZNS) das Axon mehrmals und bilden eine isolierende Myelinscheide. Bei nicht-myelinisierten Nervenfasern wickeln sich die Schwann-Zellen nur einfach um das Axon herum, ohne eine Myelinscheide zu bilden. Die Myelinscheide beschleunigt die Reizweiterleitung entlang des Axons.

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Nervenzellen ohne Schwann-Zellen

Nervenfasern ohne Myelinscheide, also ohne die Ummantelung durch Schwann-Zellen (im PNS) oder Oligodendrozyten (im ZNS), leiten Informationen langsamer weiter. Dies liegt daran, dass die elektrische Erregung nicht von Schnürring zu Schnürring "springen" kann (saltatorische Erregungsleitung), sondern sich kontinuierlich entlang der Axonmembran ausbreiten muss.

Erkrankungen der Nervenzellen und ihrer Hüllzellen

Erkrankungen, die die Nervenzellen oder ihre Hüllzellen betreffen, können zu schweren neurologischen Störungen führen.

• Multiple Sklerose (MS): Eine chronische, entzündliche Autoimmunerkrankung, die zur Zerstörung von Oligodendrozyten im ZNS und somit zur Demyelinisierung von Nerven führt. Dies beeinträchtigt die Übertragung von Aktionspotentialen und führt zu vielfältigen neurologischen Symptomen.
• Guillain-Barré-Syndrom (GBS): Eine immunvermittelte demyelinisierende Polyneuropathie, bei der das Immunsystem die Myelinscheide und Schwann-Zellen im peripheren Nervensystem angreift. Dies führt zu einer aufsteigenden Lähmung, die lebensbedrohlich sein kann, wenn die Atemmuskulatur betroffen ist.
• Amyotrophe Lateralsklerose (ALS): Eine neurodegenerative Erkrankung der ersten und zweiten Motoneurone, die zu Muskelschwäche, Lähmungen und schließlich zum Tod führt.
• Diabetische Neuropathie: Schädigung peripherer Nerven durch Diabetes mellitus, die zu Schmerzen, Taubheit und Funktionsstörungen führen kann.
• Charcot-Marie-Tooth-Krankheit: Eine Gruppe erblicher Neuropathien, die die peripheren Nerven betreffen und zu Muskelschwäche und Sensibilitätsstörungen führen.
• Tumore: Tumore, die von Gliazellen ausgehen (Gliome), können das Nervensystem schädigen. Beispiele hierfür sind Astrozytome, Oligodendrogliome und Ependymome.
• Infektionen: Bestimmte Krankheitserreger können das Nervensystem befallen und Nervenzellen schädigen. Beispiele hierfür sind das Tollwutvirus (Rabiesvirus) und die Verursacher des Wundstarrkrampfes (Tetanus-Bakterien).
• Parkinson-Krankheit: Degeneration von Nervenzellen in den Basalganglien, die für die Muskelphysiologie der Skelettmuskulatur verantwortlich sind.
• Schizophrenie: Eine psychiatrische Erkrankung, die mit Veränderungen in der Struktur und Funktion von Nervenzellen im Gehirn einhergeht.

Die Blut-Hirn-Schranke

Die Blut-Hirn-Schranke (BHS) ist eine physiologische Barriere zwischen dem Blutkreislauf und dem Zentralnervensystem. Sie schützt das Gehirn vor Krankheitserregern und Giftstoffen, erschwert aber auch den Transfer von Neurotransmittern und Wirkstoffen, die zur Behandlung neurobiologischer Erkrankungen benötigt werden. Für die BHS sind vor allem die Endothelzellen der Kapillaren und die Astrozyten wichtig.

Forschung an Schwann-Zellen

Die Forschung an Schwann-Zellen konzentriert sich darauf, die komplexen Zusammenhänge innerhalb dieser Zellen besser zu verstehen, um eines Tages Therapien für Nervenerkrankungen wie Diabetische Neuropathie, Charcot-Marie-Tooth-Krankheit oder das Guillain-Barré-Syndrom entwickeln zu können.

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