Wenn wir etwas berühren, sehen oder riechen, werden Reize erzeugt, die unser Körper erfahrbar macht. Diese Reize, auch Erregungen genannt, werden zum Gehirn geleitet, dort entschlüsselt und interpretiert. Nervenzellen, auch Neuronen genannt, spielen eine entscheidende Rolle bei diesem Prozess. Sie sind für die Aufnahme, Weiterleitung und Verarbeitung aller Reize und Informationen verantwortlich.
Was ist eine Nervenzelle?
Nervenzellen (Neuronen) sind spezialisierte Zellen, die Informationen aufnehmen, verarbeiten und weiterleiten können. Sie sind die kleinsten funktionellen Einheiten des Nervensystems und leiten elektrische Signale aus dem Körper ins Gehirn und umgekehrt. Ein Mensch besitzt bis zu 1 Billion Nervenzellen. Im Nervensystem erfüllen Gliazellen wichtige Funktionen, indem sie Neuronen schützen, elektrisch abschirmen und mit Nährstoffen versorgen.
Der Aufbau einer Nervenzelle (Neuron)
Eine Nervenzelle besteht aus einem Zellkörper und seinen Fortsätzen. Empfangende Fortsätze nennen sich Dendriten, sendende Axone. Das Neuron lässt sich in unterschiedliche Abschnitte gliedern.
Soma (Zellkörper)
Der Zellkörper einer Nervenzelle wird Soma genannt. Es ist das Stoffwechselzentrum der Zelle und enthält den Zellkern mit den Erbanlagen sowie Zellorganellen wie Mitochondrien und Ribosomen. Vom Zellkörper gehen die Dendriten und das Axon ab.
Dendriten
Die Dendriten sind die verästelten Ausläufer des Somas und dienen als Kontaktstelle zu anderen Zellen oder Neuronen. Hier kommt ein Reiz zuerst an und wird dann an das Soma weitergeleitet. Eine einzige Nervenzelle kann bis zu 10.000 Verbindungen mit anderen Zellen eingehen.
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Axonhügel
Die Dendriten und das Soma werden am Axonhügel gebündelt, welcher den Übergang zum Axon bildet. Hier werden die von den Dendriten aufgenommenen Erregungen gesammelt und an das Axon weitergeleitet. Dies geschieht jedoch nur, wenn die Reize gemeinsam ein bestimmtes elektrisches Potenzial überschreiten, das sogenannte Schwellenpotenzial.
Axon (Neurit)
Das Axon ist der Fortsatz der Nervenzelle, der für die Weiterleitung eines Nervenimpulses zur nächsten Zelle zuständig ist. Es kann in unterschiedlichen Längen vorliegen und sich vielfach verzweigen, um eine Vielzahl nachgeschalteter Nervenzellen zu erreichen. Die längsten Axone im menschlichen Körper können bis zu einem Meter lang sein. Das Axon endet in einer oder mehreren Synapsen.
Myelinscheide (Markscheide)
Viele Axone sind von einer Myelinscheide umgeben, die aus Schwannschen Zellen besteht. Diese lipidreiche Ummantelung isoliert das Axon und ermöglicht eine schnelle und verlustfreie Weiterleitung von Informationen. Die Myelinscheide ist nicht durchgängig, sondern wird regelmäßig von Ranvierschen Schnürringen unterbrochen. Neuronen mit Myelinscheide nennt man markhaltig.
Ranviersche Schnürringe
Die Ranvierschen Schnürringe sind Unterbrechungen der Myelinscheide am Axon. An diesen unisolierten Stellen wird die Erregung sprunghaft weitergegeben (saltatorische Erregungsleitung), was die Geschwindigkeit der Reizweiterleitung deutlich erhöht.
Synapse (Endknöpfchen)
Am Ende des Axons befinden sich die synaptischen Endigungen, auch Endknöpfchen genannt. Dies sind die Übergangsstellen zu weiteren Neuronen oder zu bestimmten Zielzellen. An den Synapsen werden die Erregungen in chemische Reaktionen übertragen, die es ermöglichen, diese Erregungen weiterzugeben.
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Funktion der Bestandteile eines Neurons
Jeder Bestandteil des Neurons hat bei der Reizverarbeitung und -weiterleitung eine spezielle Aufgabe.
Reizaufnahme und -weiterleitung
Wenn du zum Beispiel etwas siehst oder berührst, erfährt dein Körper einen Reiz. Die Dendriten der Nervenzelle leiten den Reiz zum Zellkörper weiter. Die Erregung durch das Antippen ist stark genug, dass am Axonhügel ein Aktionspotential entsteht.
Aktionspotential und Schwellenwert
Am Axonhügel werden die eingehenden Signale gesammelt und erst weitergegeben, wenn ein bestimmter Schwellwert überschritten ist. Dies verhindert, dass unser Körper jedes kleinste Signal weiterleitet und verarbeitet. Das Aktionspotential wird entlang der Axone immer weitergeleitet, ohne an Stärke zu verlieren.
Saltatorische Erregungsleitung
Die Erregungsleitung erfolgt blitzschnell und kann eine Höchstgeschwindigkeit von bis zu etwa 150 m/s erreichen. Dies ist durch die saltatorische Erregungsleitung an den Ranvierschen Schnürringen möglich, bei der die Erregung von einem Schnürring zum nächsten "springt".
Synaptische Übertragung
Wenn das Aktionspotential die Synapsen erreicht, kommt es zur Ausschüttung von Neurotransmittern in den synaptischen Spalt. Diese chemischen Botenstoffe wandern von den Synapsen zu den Dendriten einer nachgeschalteten Nervenzelle und bewirken dort eine vorübergehende Öffnung von Ionenkanälen. Es entsteht ein elektrisches Signal in der nächsten Nervenzelle, und so geschieht die Reizweiterleitung über miteinander vernetzte Nervenzellen bis in dein Gehirn.
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Beispiel: Berührung der Schulter
Nehmen wir an, jemand tippt dir von hinten auf die Schulter. An der chemischen Synapse wird das elektrische Signal in ein chemisches Signal umgewandelt. Dazu setzen die synaptischen Endknöpfchen chemische Moleküle (Neurotransmitter) in den synaptischen Spalt frei. Die Moleküle binden an Rezeptoren auf der anderen Seite des Spalts. Das führt zur Entstehung eines elektrischen Signals in der nächsten Zelle. Das Signal wird so über Nervenzellen bis in dein Gehirn geleitet. Dort wird es verarbeitet und das Gehirn erhält das Signal „Du wurdest berührt“.
Vielfalt der Nervenzellen
Es ist ein verbreiteter Irrtum anzunehmen, dass alle Nervenzellen die gleiche Struktur haben. Es gibt verschiedene Arten von Nervenzellen, die sich in ihrem Aufbau und ihrer Funktion unterscheiden. Unipolare Nervenzellen haben nur einen kurzen Fortsatz (Axon) und keine Dendriten. Multipolare Nervenzellen kommen sehr häufig vor und haben mehrere Dendriten und ein Axon. Interneuronen haben eine Vermittlerfunktion und verbinden verschiedene Nervenzellen miteinander.
Schutz der Nervenzellen
Ausgeklügelte Schutzmechanismen wie der Schädel und die Wirbelsäule sollen Neurone vor gefährlichen, äußeren Einflüssen (zum Beispiel Verletzungen durch einen Unfall) schützen.
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