Neuronen und Neuroglia: Unterschiede und Bedeutung im Nervensystem

Das Nervensystem, ein komplexes Netzwerk, das für die Steuerung und Koordination aller Körperfunktionen verantwortlich ist, besteht aus zwei Hauptzelltypen: Neuronen und Gliazellen. Während Neuronen traditionell als die primären Akteure der Informationsübertragung galten, hat die Forschung der letzten Jahre die entscheidende Rolle der Gliazellen bei der Unterstützung, Modulation und aktiven Teilnahme an neuronalen Prozessen hervorgehoben. Dieser Artikel beleuchtet die Unterschiede zwischen Neuronen und Gliazellen, ihre jeweiligen Funktionen und ihre Bedeutung für die Gesundheit und Krankheit des Nervensystems.

Einführung in Neuronen und Gliazellen

Nervengewebe besteht aus 2 Haupttypen von Zellen: Neuronen und Stützzellen. Neuronen sind die grundlegenden Funktionseinheiten des Nervensystems. Ein Neuron ist die strukturelle und funktionelle/elektrisch erregbare Einheit des Nervensystems, die elektrische Signale empfängt, verarbeitet und über ihre Zellfortsätze zu und von anderen Teilen des Nervensystems weiterleitet. Sie sind spezialisiert auf die Erzeugung und Weiterleitung elektrischer Signale, die es uns ermöglichen zu denken, zu fühlen und zu handeln. Es gibt mehrere Arten von Neuronen, die aufgrund ihrer anatomischen Struktur und Funktion als sensorische Neuronen, Motoneuronen und Interneuronen klassifiziert werden können. Zu den funktionellen Komponenten eines Neurons gehören Dendriten (um Signale zu empfangen), ein Zellkörper (für den Zellstoffwechsel), ein Axon (um Impulse zu Zielzellen weiterzuleiten) und synaptische Verbindungen (spezialisierte Verbindungen zwischen Neuronen, die die Übertragung von Impulsen zwischen ihnen erleichtern; sie kommen außerdem zwischen Axonen und Effektor-/Zielzellen, wie Muskel- und Drüsenzellen, vor).

Im Gegensatz dazu sind Gliazellen, auch Neuroglia oder Stützzellen genannt, nicht direkt an der Signalübertragung beteiligt. Gliazellen oder Neuroglia-Zellen bilden das Stützgewebe im Nervensystem. Sie unterscheiden sich in ihrer Struktur und ihrer Funktion von den klassischen Nervenzellen. Gliazellen bilden nicht nur das Stützgewebe für die Nervenzellen, sie sind auch an ihrer Ernährung und an der Informationsweiterleitung beteiligt. Lange Zeit galten Gliazellen einfach als Kitt, der die Nervenzellen im Gehirn an Ort und Stelle hält. Erst vor rund 20 Jahren änderte sich das. Forschern war aufgefallen, dass diese zwar keine elektrischen Impulse aussenden, aber Neurotransmitter aussenden und empfangen. Heute geht man davon aus, dass die Gliazellen die Botschaften der Neurone abhören und modifizieren. Geht diese Mittlerfunktion der Gliazellen verloren, äußert sich das in schwerwiegenden Erkrankungen, etwa einer Epilepsie. Etwa die Hälfte aller Zellen im Gehirn sind Gliazellen. Seit wenigen Jahren stehen sie vermehrt im Fokus der Forschung, da man entdeckt hat, dass sie auch eine aktive Funktion bei der neuronalen Signalverarbeitung haben. Im Nervensystem gibt es zwei unterschiedliche Arten von Zellen: Neuronen und Gliazellen.Obwohl Gliazellen 50 % der Zellen im Gehirn ausmachen, schenkte man ihnen lange Zeit keine Beachtung. Bis ins 20. Jahrhundert war man der Meinung, dass nur die Neuronen für die Signalweiterleitung im Nervensystem wichtig seien. Gliazellen hielt man für "Füllmasse" um das Gehirn auszustopfen. Deshalb wurden alle Zellen, die nicht Neuronen sind, Gliazellen genannt. Dabei gibt es ganz unterschiedliche Typen von Gliazellen mit unterschiedlichen Funktionen.

Arten von Gliazellen und ihre Funktionen

Das ZNS besteht aus 4 Arten von Gliazellen: Oligodendrozyten, Astrozyten, Mikroglia und Ependymzellen, die jeweils eine andere Funktion haben. Im PNS werden die unterstützenden Zellen als periphere Neuroglia bezeichnet und umfassen Schwann-Zellen, Mantelzellen und verschiedene andere Zellen mit spezifischen Strukturen und Funktionen. Es gibt verschiedene Typen von Gliazellen: Astrozyten, Oligodendrozyten und Mikroglia. Die Gliazellen untergliedern sich in drei Typen.

Astrozyten: Die vielseitigen Helfer

Die häufigste Art von Gliazellen im Gehirn sind Astrozyten (Astroglia). Bei 80 Prozent der Glia im Gehirn handelt es sich um Astrozyten. Das sind sternförmige Zellen, die mit ihren feinen Fortsätzen die Kontaktstellen der Nervenzellen, die Synapsen, umhüllen. Astrozyten versorgen Neuronen mit Nährstoffen und induzieren die Bildung von endothelialen Tight Junctions, die eine wichtige Rolle für Blut-Hirn-Schranke spielen. Sie füllen auch den Extrazellularraum des ZNS aus. Eine der Hauptaufgaben der Astrozyten ist die Aufrechterhaltung der Homöostase im Gehirn. Sie regulieren den Ionengehalt, insbesondere die Kaliumkonzentration, im Extrazellulärraum und puffern den pH-Wert. Darüber hinaus sind sie an der Aufnahme und dem Abbau von Neurotransmittern beteiligt und verhindern so eine Überstimulation der Neuronen.

Lesen Sie auch: Neuronen einfach erklärt

Astrozyten spielen auch eine wichtige Rolle bei der Bildung und Aufrechterhaltung der Blut-Hirn-Schranke, einer selektiven Barriere, die das Gehirn vor schädlichen Substanzen schützt. Sie umgeben die Blutgefäße im Gehirn und bilden eine enge Verbindung mit den Endothelzellen, die die Gefäßwände auskleiden. Durch die Freisetzung von Faktoren, die die Bildung von Tight Junctions zwischen den Endothelzellen fördern, tragen Astrozyten zur Dichtigkeit der Blut-Hirn-Schranke bei.

In den letzten Jahren hat sich gezeigt, dass Astrozyten auch aktiv an der Signalübertragung im Gehirn beteiligt sind. Sie können Neurotransmitter freisetzen, sogenannte Gliotransmitter, die die Aktivität der Neuronen beeinflussen. Darüber hinaus können sie über Kalziumwellen miteinander kommunizieren und so ein Netzwerk bilden, das Informationen über große Entfernungen im Gehirn übertragen kann.

Oligodendrozyten und Schwann-Zellen: Die Isolatoren

Oligodendrozyten und Schwann-Zellen sind für die Myelinisierung der Nervenfasern verantwortlich. Oligodendrozyten bilden im zentralen Nervensystem das Myelin. Im ZNS produzieren und erhalten Oligodendrozyten die Myelinscheide. Sie bilden Myelin, eine weiße, komplex zusammengesetzte Substanz aus Fett- und Eiweißmolekülen, die nahezu alle Nervenfortsätze umhüllt wie der Kunststoffmantel ein Kabel. Schwannsche Zellen umgeben die Nervenfasern im peripheren Nervensystem und bilden deren Markscheide. Im PNS werden die Axone von Schwann-Zellen myelinisiert. Diese Isolierung befähigt zur rasanten Erregungsleitung in den neuronalen Fortsätzen. Mit bis zu 200 Metern pro Sekunde flitzen die elektrischen Potenziale durch die schnellsten Nervenfasern. Myelinisierte neuronale Verbindungen übertragen die Nachricht hundertmal so schnell wie nackte Fasern. Oligodendrozyten im zentralen Nervensystem = Schwann-Zellen im peripheren Nervensystem. Oligodendrozyten können verschiedene Axone mit Myelin umwickeln. Die Schwann-Zellen hingegen nur eines.

Die Myelinscheide besteht aus einer lipidreichen Membran, die mehrfach um das Axon gewickelt ist. Sie wirkt wie eine Isolierschicht und ermöglicht eine schnelle und effiziente Weiterleitung der elektrischen Signale entlang der Nervenfaser. Die Myelinscheide ist nicht kontinuierlich, sondern wird in regelmäßigen Abständen von den Ranvierschen Schnürringen unterbrochen. An diesen Stellen ist das Axon unbedeckt und die Ionenkanäle konzentriert, was eine saltatorische Erregungsleitung ermöglicht. Dabei springt das Aktionspotential von Schnürring zu Schnürring, was die Geschwindigkeit der Signalübertragung deutlich erhöht.

Mikroglia: Die Immunwächter

Als dritter Gliazelltypus kommen so genannte Mikrogliazellen diffus über das Gehirn verteilt vor. Mikroglia sind Gliazellen des zentralen Nervensystems. Mikroglia machen mit 20% aller Gliazellen den zweitgrößten Teil der Gliazellen im zentralen Nervensystem aus. Anders als die Makroglia stammen sie vom mesodermalen Keimblatt ab. Demnach unterscheiden sie sich auch in der Funktion von den Makroglia. Mikroglia sind nämlich Teil der Immunabwehr des zentralen Nervensystems. Für die Mikroglia schlägt die große Stunde, wenn das Gehirn erkrankt. Sie sind die Immunzellen des Gehirns und spielen eine wichtige Rolle bei der Abwehr von Krankheitserregern und der Beseitigung von Zelltrümmern. Mikroglia sind grundsätzlich inaktiv und müssen erst durch einen externen Faktor aktiviert werden. Aktivierte Mikroglia fungieren als Makrophagen. Makrophagen sind sogenannte Fresszellen. Sie können Fremdkörper erkennen, aufnehmen und verdauen. Diesen Vorgang nennt man Phagozytose. Vor allem an der Blut-Hirn-Schranke ist das Erkennen potentiell giftiger Substanzen essentiell. Dadurch schützen sie die nicht regenerierbaren Neuronen. Aber auch nach einer Verletzung des zentralen Nervensystems helfen die Mikroglia beim Aufräumen von totem Nervengewebe. Mikroglia können außerdem weitere Mikroglia und andere Zellen aktivieren und herbeirufen. Dadurch können sie entweder eine Entzündungsreaktion hemmen oder hervorrufen. Des Weiteren können sie die Astrozyten-Proliferation nach einer Verletzung anregen. Dies führt dann zur Bildung von Glianarben.

Lesen Sie auch: Nervenzellen: Eine einfache Erklärung

Im gesunden Gehirn befinden sich Mikroglia in einem Ruhezustand und überwachen ihre Umgebung. Bei einer Schädigung des Gehirns, beispielsweise durch eine Infektion, eine Verletzung oder eine neurodegenerative Erkrankung, werden die Mikroglia aktiviert. Sie verändern ihre Morphologie, wandern zum Ort der Schädigung und setzen Entzündungsmediatoren frei. Durch die Phagozytose von Zelltrümmern und Krankheitserregern tragen Mikroglia zur Beseitigung der Schädigung bei.

Allerdings können aktivierte Mikroglia auch schädliche Auswirkungen haben. Eine übermäßige oder chronische Aktivierung von Mikroglia kann zu einer anhaltenden Entzündung führen, die Neuronen schädigen und zum Fortschreiten neurodegenerativer Erkrankungen beitragen kann.

Ependymzellen: Die Auskleider

Ependymzellen kleiden die inneren Hohlräume von Gehirn und Rückenmark aus. Sie trennen damit das Nervenwasser (Liquor) vom Nervengewebe. Ependymzellen kommen nur im ZNS und in kleinen Subarachnoidalräumen vor. Sie übernehmen dort eine epithelähnliche Funktion. Sie kleiden die Ventrikel des Gehirns und den Zentralkanal des Rückenmarks aus. Sie sind an der Produktion und Zirkulation des Liquors beteiligt, der das Gehirn umgibt und schützt.

Unterschiede in Struktur und Funktion

Neuronen und Gliazellen unterscheiden sich nicht nur in ihren Funktionen, sondern auch in ihrer Struktur. Neuronen besitzen typischerweise einen Zellkörper (Soma), Dendriten, die Signale von anderen Neuronen empfangen, und ein Axon, das Signale an andere Neuronen oder Zielzellen weiterleitet. Axon initial segment (engl.

Gliazellen hingegen weisen eine größere Vielfalt an Formen und Größen auf. Astrozyten sind sternförmig mit zahlreichen Fortsätzen, Oligodendrozyten haben weniger Fortsätze und umhüllen die Axone mit Myelin, Mikroglia sind klein und beweglich, und Ependymzellen sind kubisch oder zylindrisch und kleiden die Ventrikel aus.

Lesen Sie auch: Überblick: Verschaltung und Erregung

Die funktionellen Unterschiede zwischen Neuronen und Gliazellen sind ebenfalls erheblich. Neuronen sind auf die Erzeugung und Weiterleitung elektrischer Signale spezialisiert, während Gliazellen eine Vielzahl von unterstützenden Funktionen ausüben. Gliazellen leiten keine elektrischen Signale. Neuronen sind allgemein als die aktiven Zellen bekannt, die im Gehirn ‚das Denken übernehmen‘. Doch ohne die Gliazellen gäbe es gar kein Gehirn, denn sie erst ermöglichen die Arbeit der Nervenzellen. Darüber hinaus weiß man inzwischen, dass Gliazellen auch eine aktive Rolle bei neuronalen Prozessen spielen. Sie sind an der Aufrechterhaltung der Homöostase, der Bildung der Blut-Hirn-Schranke, der Myelinisierung der Nervenfasern, der Immunabwehr und der Modulation der Signalübertragung beteiligt.

Gliazellen und neurologische Erkrankungen

Eine Reihe von Erkrankungen steht mit Gliazellen in Verbindung, so Parkinson und Epilepsie, aber auch die Multiple Sklerose, die durch geschädigte Gliazellen hervorgerufen wird. Da Gliazellen, wie inzwischen bekannt ist, auch selbst aktiv an der synaptischen Funktion beteiligt sind, bieten sich hier neue und interessante Ansatzpunkte für mögliche zukünftige Therapien. Die Rolle der Gliazellen bei neurologischen Erkrankungen wird zunehmend erkannt.

Multiple Sklerose

Multiple Sklerose (MS) ist eine chronisch-entzündliche Autoimmunerkrankung, die durch die Zerstörung der Myelinscheide im Gehirn und Rückenmark gekennzeichnet ist. Multiple Sklerose: eine chronische, entzündliche Autoimmunerkrankung, die zur Zerstörung von Oligodendrozyten und somit Demyelinisierung von Nerven im ZNS führt, was zur Schädigung und Degeneration von Axonen führt. Die Übertragung von Aktionspotentialen wird beeinträchtigt. Das klinische Erscheinungsbild ist sehr unterschiedlich, umfasst jedoch typischerweise neurologische Symptome, die das Sehvermögen, die motorischen Funktionen, die Sensorik und die autonomen Funktionen beeinflussen. Die Demyelinisierung wird durch eine Autoimmunreaktion verursacht, bei der die Oligodendrozyten, die für die Myelinisierung verantwortlich sind, angegriffen und zerstört werden. Dies führt zu einer Verlangsamung oder Blockierung der Nervenleitgeschwindigkeit und zu einer Vielzahl von neurologischen Symptomen.

Amyotrophe Lateralsklerose

Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) ist eine neurodegenerative Erkrankung, die durch den Verlust von Motoneuronen im Gehirn und Rückenmark gekennzeichnet ist. Amyotrophe Lateralsklerose (ALS): eine vereinzelt spontan auftretende oder vererbte neurodegenerative Erkrankung der ersten und zweiten Motoneurone. Der genaue Mechanismus ist unbekannt, scheint aber multifaktoriell zu sein. Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) ist durch Anzeichen und Symptome gekennzeichnet, die auf die Koexistenz von Degeneration beider Motoneurone hinweisen. Die Diagnose wird klinisch gestellt. Die Therapie ist supportiv und symptomatisch. Obwohl die Ursache von ALS nicht vollständig geklärt ist, deuten zunehmend Beweise darauf hin, dass Gliazellen, insbesondere Astrozyten und Mikroglia, eine wichtige Rolle bei der Krankheitsentstehung spielen. Aktivierte Mikroglia setzen Entzündungsmediatoren frei, die Neuronen schädigen können, während Astrozyten ihre Fähigkeit verlieren, Neuronen zu unterstützen und zu schützen.

Alzheimer-Krankheit

Die Alzheimer-Krankheit ist die häufigste Form der Demenz und ist durch den Verlust von Neuronen und Synapsen im Gehirn gekennzeichnet. Obwohl die genauen Ursachen der Alzheimer-Krankheit noch nicht vollständig verstanden sind, spielen Gliazellen, insbesondere Mikroglia und Astrozyten, eine wichtige Rolle bei der Krankheitsentstehung. Aktivierte Mikroglia setzen Entzündungsmediatoren frei, die Neuronen schädigen können, während Astrozyten ihre Fähigkeit verlieren, Neuronen zu unterstützen und zu schützen.

Epilepsie

Epileptiker leiden an nicht vorhersagbaren Krampfanfällen, in denen sie die Kontrolle über ihren Körper und manchmal auch über ihr Bewusstsein vorübergehend verlieren. Während eines Anfalls feuern alle Nervenzellen synchron. Deshalb standen diese Zellen jahrelang im Mittelpunkt der Forschung. Aber dann, im Jahr 2005, berichtet Neurowissenschaftlerin Maiken Nedergaard von der University of Rochester im Bundesstaat New York erstmals, dass Astrozyten einen Anfall auslösen könnten: Wenn sie viel Glutamat freisetzen, kann das die umliegenden Nervenzellen zunächst anhaltend aktivieren. Dann folgen die typisch epilepsieartigen Neuronensalven. Die Glia als Urheber der Epilepsie - Steinhäusers Team kann diesen Verdacht mit neuesten Ergebnissen erhärten. Er analysiert zurzeit das Hirngewebe von Epileptikern, denen Medikamente nicht helfen und denen deshalb das erkrankte Gewebe chirurgisch entnommen wird. In diesen Zellproben gibt es keine funktionstauglichen Astrozyten mehr. Das gliale Netzwerk ist zerstört. „Wenn die Astrozyten derart entkoppelt sind, können sie keine Ionen und Botenstoffe von den Neuronen mehr aufnehmen und umverteilen. Das führt zur Überaktivierung der Neuronen“, analysiert Steinhäuser. Der Neurowissenschaftler Giorgio Carmignoto von der Universität Padua in Italien stützt diese Sichtweise mit Experimenten an Tiermodellen. Das Neuronengewitter bei einem Anfall wäre demnach nur ein Symptom und nicht das eigentliche Übel. Zu Anfang versagen die Gliazellen.

tags: #neuronen #und #neuroglium