Nervenzellen, auch Neuronen genannt, sind die grundlegenden Bausteine des Nervensystems. Sie ermöglichen die Aufnahme, Weiterleitung und Verarbeitung von Nervenimpulsen, was als Erregungsleitung bezeichnet wird. Neuronen sind hoch spezialisierte Zellen, die in einem komplexen Netzwerk miteinander verbunden sind, um Informationen auszutauschen und so Handlungen, Gedanken und Emotionen zu ermöglichen.
Aufbau einer Nervenzelle
Eine Nervenzelle besteht aus verschiedenen Komponenten:
- Zellkörper (Soma): Enthält den Zellkern und alle Zellorganellen, die für die Funktionsfähigkeit der Zelle wichtig sind.
- Dendriten: Baumartig verzweigte Fortsätze, die Signale von anderen Nervenzellen empfangen und zum Zellkörper weiterleiten. Sie stellen die Antennenregion der Nervenzelle dar.
- Axon (Neurit): Ein Fortsatz, der aus dem Axonhügel hervorgeht und elektrische Impulse vom Zellkörper zum Ende der Nervenzelle leitet.
- Axonhügel: Der Ursprung des Axons am Zellkörper, wo einkommende elektrische Impulse gesammelt und verrechnet werden.
- Schwannsche Zellen: Stütz- und Hüllzellen der Neuronen im peripheren Nervensystem, die die Nervenzelle stabilisieren und ernähren.
- Myelinscheide (Markscheide): Eine elektrische Isolationsschicht, die von Schwannschen Zellen gebildet wird und das Axon umgibt. Sie schützt das Axon und beschleunigt die Erregungsleitung.
- Ranviersche Schnürringe: Freiliegende Axonbereiche entlang des Axons, die die Myelinscheide unterbrechen und es dem elektrischen Impuls ermöglichen, über längere umhüllte Bereiche zu springen.
- Synaptische Endknöpfchen: Das Ende der Nervenzelle, an dem ankommende elektrische Signale mithilfe von Synapsen zur nächsten Nervenzelle oder einer anderen Zelle übertragen werden.
Das Axon im Detail
Das Axon, auch Neurit oder Nervenfaser genannt, ist ein schlauchförmiger Fortsatz der Nervenzelle, der für die Weiterleitung von Nervenimpulsen zur nächsten Zelle zuständig ist. Es entspringt am Axonhügel und kann sich vielfach verzweigen, um eine Vielzahl nachgeschalteter Nervenzellen zu erreichen. Die Länge eines Axons kann von wenigen Millimetern bis zu über einem Meter betragen.
Struktur des Axons
Das Axon besteht aus verschiedenen Komponenten:
- Axolemm: Die Zellmembran des Axons.
- Axoplasma: Das Zytoplasma des Axons.
- Myelinscheide: Eine isolierende Schicht, die das Axon umgibt und die Erregungsleitung beschleunigt.
- Ranviersche Schnürringe: Unterbrechungen der Myelinscheide, die eine saltatorische Erregungsleitung ermöglichen.
- Axonterminal (Endknöpfchen): Die Enden des Axons, die Synapsen mit anderen Zellen bilden.
Funktion des Axons
Die Hauptfunktion des Axons ist die Weiterleitung elektrischer Erregungen (Aktionspotentiale) vom Zellkörper zu den Synapsen. Diese Aktionspotentiale entstehen am Axonhügel, wenn die einkommenden elektrischen Impulse eine bestimmte Schwelle überschreiten. Das Axon leitet diese Impulse dann weiter, bis sie das Axonterminal erreichen.
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An den Synapsen wird das elektrische Signal in ein chemisches Signal umgewandelt, indem Neurotransmitter freigesetzt werden. Diese Neurotransmitter binden an Rezeptoren auf der Zielzelle und lösen dort eine Reaktion aus, z. B. die Weiterleitung des Signals an eine andere Nervenzelle, die Kontraktion eines Muskels oder die Freisetzung von Drüsensekreten.
Myelinisierung und saltatorische Erregungsleitung
Viele Axone sind von einer Myelinscheide umgeben, die von Gliazellen gebildet wird. Im peripheren Nervensystem sind dies Schwannsche Zellen, im zentralen Nervensystem Oligodendrozyten. Die Myelinscheide wirkt wie eine Isolierung und beschleunigt die Erregungsleitung erheblich.
Die Myelinscheide ist nicht durchgängig, sondern wird in regelmäßigen Abständen von den Ranvierschen Schnürringen unterbrochen. An diesen Schnürringen ist das Axon unmyelinisiert und enthält eine hohe Konzentration von Ionenkanälen. Dies ermöglicht eine saltatorische Erregungsleitung, bei der das Aktionspotential von Schnürring zu Schnürring springt, was die Geschwindigkeit der Erregungsleitung deutlich erhöht.
Axonaler Transport
Neben der Weiterleitung von elektrischen Signalen findet im Axon auch ein axonaler Transport statt. Dabei werden verschiedene Stoffe, wie z. B. Zellorganellen, Proteine und Neurotransmitter, entlang des Axons transportiert. Dieser Transport ist essentiell für die Aufrechterhaltung der Axonfunktion und die Versorgung der Synapsen.
Es gibt zwei Arten des axonalen Transports:
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- Anterograder Transport: Transport vom Zellkörper zum Axonterminal, vermittelt durch das Motorprotein Kinesin.
- Retrograder Transport: Transport vom Axonterminal zum Zellkörper, vermittelt durch das Motorprotein Dynein.
Unterschiede zwischen markhaltigen und marklosen Nervenfasern
Axone können entweder von einer Myelinscheide umgeben sein (markhaltige Nervenfasern) oder nicht (marklose Nervenfasern). Markhaltige Nervenfasern leiten elektrische Signale deutlich schneller als marklose Nervenfasern. Dies liegt an der saltatorischen Erregungsleitung, die in myelinisierten Axonen stattfindet.
Marklose Nervenfasern sind typisch für Bereiche, in denen Geschwindigkeit nicht entscheidend ist, z. B. bei der Innervation von inneren Organen.
Axonale Schädigung und Regeneration
Axone können durch verschiedene Faktoren geschädigt werden, z. B. durch Verletzungen, Entzündungen oder degenerative Erkrankungen. Eine Schädigung des Axons kann zu Funktionsstörungen des Nervensystems führen.
Im peripheren Nervensystem können Axone nach einer Verletzung teilweise regenerieren. Schwannsche Zellen spielen dabei eine wichtige Rolle, indem sie die Regeneration des Axons unterstützen und leiten. Im zentralen Nervensystem ist die Regenerationsfähigkeit von Axonen jedoch sehr begrenzt.
Klinische Bedeutung der Axonfunktion
Die Axonfunktion ist für die normale Funktion des Nervensystems unerlässlich. Störungen der Axonfunktion können zu einer Vielzahl von neurologischen Erkrankungen führen, wie z. B.:
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- Multiple Sklerose: Eine Autoimmunerkrankung, bei der die Myelinscheide im zentralen Nervensystem angegriffen wird. Dies führt zu einer Verlangsamung der Erregungsleitung und zu verschiedenen neurologischen Symptomen.
- Diabetische Neuropathie: Eine Nervenschädigung, die durch Diabetes verursacht wird. Sie kann zu Schmerzen, Taubheit und Kribbeln in den Füßen und Beinen führen.
- Amyotrophe Lateralsklerose (ALS): Eine degenerative Erkrankung, die die motorischen Nervenzellen im Gehirn und Rückenmark betrifft. Dies führt zu Muskelschwäche, Lähmungen und schließlich zum Tod.
- Axonale Schädigung durch Trauma: Eine Schädigung des Axons, die durch ein Trauma verursacht wird.