Neuron des peripheren Nervensystems: Aufbau und Funktion

Das Nervensystem ist ein komplexes Netzwerk, das es dem Körper ermöglicht, Informationen zu verarbeiten, zu reagieren und sich anzupassen. Eine zentrale Rolle spielen dabei die Neuronen, die als grundlegende Funktionseinheiten des Nervensystems fungieren. Dieser Artikel beleuchtet den Aufbau und die Funktion der Neuronen im peripheren Nervensystem (PNS) und erklärt, wie sie zur Kommunikation und Steuerung verschiedener Körperfunktionen beitragen.

Das Neuron: Die grundlegende Einheit des Nervensystems

Die Nervenzelle, auch Neuron genannt, ist eine spezialisierte Zelle, die elektrische Signale empfangen, verarbeiten und weiterleiten kann. Schätzungen zufolge befinden sich etwa 86 Milliarden Neuronen im menschlichen Gehirn. Neuronen ermöglichen komplexe Funktionen des Nervensystems wie Wahrnehmung, Denken, Gedächtnis, Bewegungskoordination und viele andere kognitive und motorische Prozesse. Sie sind für die Kommunikation zwischen den verschiedenen Teilen des Nervensystems verantwortlich und ermöglichen so die Koordination und Steuerung aller körperlichen und geistigen Prozesse.

Bestandteile eines Neurons

Ein typisches Neuron besteht aus verschiedenen Bestandteilen:

• Zellkörper (Soma): Das runde oder ovale Zentrum der Zelle, das den Zellkern enthält.
• Dendriten: Kurze, verästelte Fortsätze, die vom Soma ausgehen. Sie dienen als Empfänger für Signale von anderen Neuronen oder sensorischen Rezeptoren. Die Dendriten sind vergleichbar mit Empfangsantennen. Sie nehmen elektrische Signale von Nachbarzellen auf.
• Axonhügel: Der Bereich zwischen dem Soma und dem Axon. 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.
• Axon: Ein langer Fortsatz, der vom Soma ausgeht und Signale von diesem weg transportiert. Es dient gewissermaßen als Übertragungskabel für elektrische Impulse, die vom Neuron erzeugt werden und kann sich über große Entfernungen erstrecken. Umgekehrt können über das Axon Impulse an andere Zellen weitergeleitet werden. Es fungiert gewissermaßen als Sendemast und kann über einen Meter lang sein.
• Myelinscheide: Eine Isolierschicht, die das Axon umgibt und überwiegend aus Lipiden und Proteinen besteht. Sie ermöglicht die Saltatorische Erregungsleitung, bei der elektrische Signale in schnellen Sprüngen entlang des Axons weitergeleitet werden.

Informationsverarbeitung und -übertragung

Neuronen nehmen über ihre Dendriten elektrische Signale von anderen Neuronen oder sensorischen Rezeptoren auf. Im Soma erfolgt die Informationsverarbeitung, indem die eingehenden elektrischen Impulse analysiert und summiert werden. Wenn ein Schwellenwert überschritten wird, entsteht ein Aktionspotenzial.

Aktionspotenziale

Aktionspotenziale entstehen durch den Einstrom positiv geladener Ionen, was zu einer rapiden Umkehrung des Membranpotenzials führt. Anschließend leiten die aktivierten Neuronen das Aktionspotenzial über ihre Axone weiter.

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Synapsen und Neurotransmitter

Das Axon endet meist in Verbindungsstellen, den Synapsen, wo das elektrische Signal einen weiteren Mechanismus auslöst. Oft führt das Signal zur Ausschüttung von Neurotransmittern. Diese Neurotransmitter werden anschließend in den synaptischen Spalt freigesetzt und binden an spezifische Rezeptoren auf der Membran der Zielzelle. Sowohl die Überleitung als auch die Hemmung von Erregungsausbreitungen an den Synapsen erfolgen beim Menschen jeweils durch chemische Substanzen (Neurotransmitter). Aufbau, Abbau und Speicherung der Neurotransmitter können durch Medikamente und auch durch bestimmte Tumoren beeinflusst werden, so dass entweder ein Überschuss oder ein Mangel von Transmittern erzeugt wird.

Neuronale Plastizität

Ein bemerkenswerter Aspekt der Neuronen ist ihre Plastizität. Diese bezeichnet die Fähigkeit der Neuronen, sich an Veränderungen anzupassen. Plastizität ermöglicht es den Neuronen, sich durch wiederholte Aktivierung und Lernprozesse zu verändern und Verbindungen zu verstärken, abzuschwächen oder neue Verbindungen auszubilden.

Klassifikation von Nervenzellen

Die Klassifikation von Nervenzellen erfolgt auf unterschiedliche Weise, basierend auf Beobachtungen einzelner Zellen oder den ihnen zugeordneten Eigenschaften in Zellverbänden. In Bezug auf die Morphologie werden Nervenzellen in verschiedene Typen unterteilt, abhängig von ihrer äußeren Form und Struktur. Hierzu gehören zum einen unipolare Nervenzellen, die in der Lage sind, sensorische Informationen von der Peripherie zum Zentralnervensystem zu leiten. Typisch für das periphere Nervensystem sind pseudounipolare Nervenzellen, die sensorische Signale von den Rezeptoren zum Zentralnervensystem weiterleiten. Der am häufigsten vorkommende Typ von Neuronen sind jedoch multipolare Nervenzellen. Diese sind für komplexe Verarbeitungsprozesse und motorische Steuerung verantwortlich. Apolare Nervenzellen hingegen weisen weder ein Axon noch Dendriten auf. Diese sind noch nicht entwickelt und haben daher noch keine Polarität. Eine andere Möglichkeit zur Klassifikation ist die Betrachtung der Funktion der Neuronen. Motorische Nervenzellen sind für die Steuerung von Bewegungen verantwortlich, sowohl im somatomotorischen Bereich als auch im vegetativen Bereich, wo sie viszeromotorisch wirken und den sympathischen oder parasympathischen Zweig des autonomen Nervensystems regulieren.

Das periphere Nervensystem (PNS)

Das Nervensystem des Menschen wird in das zentrale und das periphere Nervensystem unterteilt. Darüber hinaus fungieren das sympathische, parasympathische und enterische Nervensystem als Teile des autonomen Nervensystems. Das periphere Nervensystem besteht aus neuronalen Komponenten, die sich aus dem ZNS fortsetzen. Rückenmark, die sich außerhalb des ZNS befinden. In einfachen Worten, das PNS ist das Netzwerk aus Nerven und Neuronen, die sich außerhalb des Zentralnervensystems befinden. Diese Nerven erstrecken sich über den ganzen Körper und verbinden das Gehirn und das Rückenmark mit den äußeren und inneren Körperstrukturen. Das PNS kann daher als das Kommunikationsnetzwerk definiert werden, das dem Körper ermöglicht, auf die Umgebung zu reagieren und verschiedene Funktionen zu koordinieren. Man kann das PNS als die "Hände und Füße" des Nervensystems betrachten. Es sorgt für die "Arbeit vor Ort" und ist dafür verantwortlich, sensorische Informationen an das Gehirn zu senden und Befehle von ihm an die Muskeln und Organe zu liefern.

Aufbau des peripheren Nervensystems

Der Aufbau des peripheren Nervensystems ist aus neuronalen Strukturen konzipiert, die außerhalb des Zentralnervensystems liegen. Diese Strukturen bestehen hauptsächlich aus Nerven und Ganglien. Nerven sind Bündel von Millionen von neuronalem Gewebe (Neuronen), die von einer Hülle, der Myelinscheide, umgeben sind. Diese Nerven fungieren als Kommunikationsleitungen, die Elektrizität und chemische Signale innerhalb des Körpers übertragen. Das periphere Nervensystem hat drei Arten von Nerven: sensorische, motorische und Mischbündel. Sensorische Nerven leiten Informationen von den sensorischen Rezeptoren zur zentralen Verarbeitungsstelle im Zentralnervensystem. Motorische Nerven leiten die Reaktion auf diese sensorischen Daten von der zentralen Verarbeitungsstelle zu den relevanten Muskeln oder Drüsen. Mischbündel sind Nerven, die sowohl sensorische als auch motorische Fasern enthalten und so Informationen in beide Richtungen leiten können. Ganglien sind Ansammlungen von Neuronenzellkörpern im peripheren Nervensystem, die als Relaisstationen für Informationen dienen und auch und die Speicherung und Verarbeitung von Informationen unterstützen. Ein peripherer Nerv besteht aus zahlreichen Nervenfasern (Neuronen), die in Bündel, sogenannte Faszikel, zusammengefasst sind. Diese Faszikel sind von Bindegewebe, der Perineurium, umgeben. Das gesamte Nervenbündel ist zusätzlich durch eine äußere Schicht, das Epineurium, geschützt.

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Funktionelle Unterteilung des PNS

Das PNS ist auf zwei Arten beschaffen: somatische und autonome. Die somatischen Nerven geben den freiwilligen Muskeln Anweisungen, die es dir ermöglichen, dich zu bewegen und auf deine Umgebung zu reagieren. Dies könnte einfach das Heben einer Tasse oder das Springen, wenn du überrascht bist. Die autonomen Nerven hingegen, automatisieren die internen Prozesse, von denen du nicht bewusst "denkst". Das könnte die Regulation der Körpertemperatur, die Verdauung oder das Schlagen deines Herzens sein. Interessanterweise ist das autonome Nervensystem weiter in das sympathische und das parasympathische Nervensystem unterteilt. Das sympathische Nervensystem bereitet deinen Körper auf Aktivität und Stress vor, während das parasympathische Nervensystem deinen Körper beruhigt und Erholung fördert.

Teil des PNS|Funktion------- | --------

Somatisches Nervensystem|Kontrolliert freiwillige BewegungenAutonomes Nervensystem|Reguliert automatisierte Körperprozesse

Aufgaben des peripheren Nervensystems

Die Aufgaben des peripheren Nervensystems sind vielfältig und in die Grundfunktionen des menschlichen Körpers eingebunden. Einige der Hauptaufgaben umfassen:

• Sammeln von sensorischen Informationen aus der Umwelt. Dies beinhaltet ein breites Spektrum an Informationen, von der Erkennung von Temperatur und Berührungen auf der Haut bis hin zum Sehen und Hören.
• Informationsaustausch zwischen verschiedenen Teilen des Körpers und dem Zentralnervensystem. Dies ermöglicht die schnelle Kommunikation von sensorischen Informationen und motorischen Befehlen zwischen dem Gehirn, dem Rückenmark und dem Rest des Körpers.
• Ausführen motorischer Befehle vom ZNS an die Muskulatur. Diese Befehle ermöglichen uns Bewegungen und Aktivitäten, von einfachen Muskelfunktionen wie Blinzeln bis hin zu komplexen Bewegungsabläufen wie Laufen oder Schreiben.
• Regulierung und Kontrolle der Funktionen der inneren Organe. Dazu zählen zum Beispiel die Verdauung, die Atmung oder die Regulierung des Herzschlags.

Afferente Nervenfasern

In der Struktur des peripheren Nervensystems spielen afferente Nervenfasern - auch als sensorische Nervenfasern bekannt - eine entscheidende Rolle. Der Begriff "afferent" stammt von dem lateinischen Wort "affere", was "bringen zu" bedeutet. Die Hauptfunktion dieser Nervenfasern besteht darin, Informationen von den peripheren Sinnesrezeptoren zum zentralen Nervensystem zu bringen. Afferente Nervenfasern sind Nervenbahnen, die sensorische Informationen von den Sinnes- und Inneren Organen zu den Verarbeitungsstellen im Zentralnervensystem leiten. Afferente Nervenfasern übertragen eine Vielzahl von sensorischen Informationen, einschließlich Informationen über Berührung, Temperatur, Schmerz, Körperposition und Bewegung. Sie übermitteln auch Informationen aus den inneren Organen, einschließlich Viscerosensorik, die uns über innerkörperliche Zustände wie Magenfülle oder Herzrate informiert. Ein Beispiel könnten die Informationen sein, die unser Körper erhält, wenn wir barfuß über eine Kiesstrasse laufen. Verschiedene Arten von Sinnesrezeptoren in deinen Füßen registrieren die harte und unebene Oberfläche. Diese Information läuft über afferente Nervenbahnen in dein Rückenmark und weiter ins Gehirn. Dort wird diese Information verarbeitet und du nimmst bewusst wahr, dass du auf etwas Hartem und Unebenem läufst.

Zusammenspiel von ZNS und PNS

Das menschliche Nervensystem kann grob in zwei Hauptabschnitte unterteilt werden: das Zentralnervensystem (ZNS) und das Periphere Nervensystem (PNS). Beide sind für die effiziente und effektive Funktion des menschlichen Körpers entscheidend. Das Zentralnervensystem umfasst das Gehirn und das Rückenmark. Es ist das "Kontrollzentrum" des Körpers und verantwortlich für das Empfangen, Verarbeiten und Speichern von Informationen sowie für das Auslösen von Reaktionen darauf. Das periphere Nervensystem umfasst alle Nerven, die sich außerhalb des Gehirns und des Rückenmarks befinden. Es ist das "Übermittlungssystem" des Körpers. Das PNS übermittelt Informationen von den Sinnesorganen an das ZNS und gibt die Befehle des ZNS an die verschiedenen Teile des Körpers weiter. Das ZNS und das PNS arbeiten zusammen, um den Körper als Ganzes zu steuern. Das ZNS verarbeitet Informationen und trifft Entscheidungen, während das PNS diese Entscheidungen in die Tat umsetzt. Ein einfaches Beispiel dafür ist der Reflexbogen. Wenn du deine Hand auf eine heiße Herdplatte legst, sendet dein PNS diese Information an dein ZNS, das dann sofort eine Botschaft an die Muskeln in deiner Hand sendet, sich zu bewegen und die Hitzequelle zu vermeiden.

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Reizweiterleitung im Nervensystem

Die Reizweiterleitung im Nervensystem ist ein komplexer Vorgang, bei dem elektrische sowie chemische Potenziale angewandt werden - und das im Bruchteil der Sekunde. Denn nur so können wir schnell reagieren, beispielsweise im Straßenverkehr, wenn wir einem Auto ausweichen müssen. Ganz allgemein kann ein Reiz unterschiedlicher Natur sein: zum Beispiel das Wahrnehmen einer Temperaturveränderung, ein visueller Reiz oder Schmerz. Die Reizaufnahme im Nervensystem geschieht über die Dendriten, dünne Fortsätze der Neuronen. 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. 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). 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 (zum Beispiel Eiweiß), 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. 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 (sogenannte 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

Erkrankungen des peripheren Nervensystems können unterschiedliche Ursachen haben und sich in vielfältigen Symptomen äußern. Beispiele hierfür sind:

• Amyotrophe Lateralsklerose (ALS): Eine neurodegenerative Erkrankung der ersten und zweiten Motoneurone, die zu Muskelschwäche und Lähmungen führt.
• Läsionen des ersten oder zweiten Motoneurons: Schädigungen dieser Neurone können zu unterschiedlichen Defiziten führen, wie Spastik, Klonus, Lähmung, Muskelatrophie und Areflexie.

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