Nervenzellen, auch Neuronen genannt, sind die fundamentalen Bausteine unseres Nervensystems und für die Reizweiterleitung im Körper verantwortlich. Sie sind hochspezialisierte Zellen, die Reize aus der Umwelt aufnehmen, weiterleiten und verarbeiten. Diese Neuronen sind miteinander zu einem komplexen Netzwerk verschaltet. Um die Funktionsweise einer Nervenzelle und insbesondere der pseudounipolaren Nervenzelle zu verstehen, ist es wichtig, ihren Aufbau und die Mechanismen der Erregungsleitung zu kennen.
Aufbau einer Nervenzelle
Ein Neuron besteht aus verschiedenen Abschnitten:
- Soma (Zellkörper): Enthält den Zellkern und die wichtigsten Zellorganellen wie Mitochondrien. Hier werden Stoffwechselprozesse gesteuert und das Zellwachstum reguliert.
- Dendriten: Diese verzweigten Fortsätze nehmen Reize von anderen Nervenzellen oder Rezeptoren auf und leiten sie zum Soma weiter.
- Axon (Neurit): Ein langer, unverzweigter Fortsatz, der vom Axonhügel ausgeht und Aktionspotentiale zu anderen Nervenzellen oder Zielzellen (z.B. Muskelzellen) weiterleitet.
- Axonhügel: Der Übergang vom Soma zum Axon. Hier werden elektrische Signale gesammelt und summiert. Wenn ein bestimmter Schwellenwert überschritten wird, entsteht ein Aktionspotential.
- Myelinscheide: Eine isolierende Schicht um das Axon, die aus Gliazellen (Schwann-Zellen im peripheren Nervensystem, Oligodendrozyten im zentralen Nervensystem) besteht. Sie ermöglicht eine schnelle und effiziente Weiterleitung von Aktionspotentialen.
- Ranviersche Schnürringe: Unterbrechungen der Myelinscheide, an denen das Axon frei liegt. Hier findet die Regeneration des Aktionspotentials statt.
- Synaptische Endknöpfchen: Die Enden des Axons, die Synapsen mit anderen Nervenzellen oder Zielzellen bilden. Hier wird das elektrische Signal in ein chemisches Signal umgewandelt, um die Erregung auf die nächste Zelle zu übertragen.
Arten von Nervenzellen
Nervenzellen lassen sich anhand ihrer Struktur und Funktion in verschiedene Typen einteilen:
- Unipolare Nervenzellen: Besitzen nur einen Fortsatz (Axon) und keine Dendriten. Sie sind typisch für das Nervensystem von Wirbellosen, kommen aber auch bei Wirbeltieren vor.
- Bipolare Nervenzellen: Haben zwei Fortsätze, einen Dendriten und ein Axon, die an gegenüberliegenden Polen des Somas entspringen. Sie sind hochspezialisierte Sensorneuronen, z.B. in der Retina oder der Riechschleimhaut.
- Multipolare Nervenzellen: Besitzen zahlreiche Dendriten und ein Axon. Sie sind der häufigste Neuronentyp im Nervensystem von Wirbeltieren.
Pseudounipolare Nervenzellen
Eine pseudounipolare Nervenzelle ist eine spezielle Form, bei der Dendrit und Axon in der Nähe des Somas zu einem einzigen Fortsatz verschmolzen sind. Dieser Fortsatz teilt sich kurz darauf T- oder Y-förmig auf. Obwohl sie wie unipolare Zellen erscheinen, sind sie tatsächlich "pseudo"-unipolar, da beide Fortsätze die strukturellen und funktionellen Eigenschaften eines Axons haben.
Der periphere Fortsatz nimmt Reize aus der Peripherie auf und leitet sie als Aktionspotential direkt zum zentralen Fortsatz weiter, der das Signal ins zentrale Nervensystem (ZNS) transportiert. Pseudounipolare Nervenzellen sind typischerweise sensorische Neuronen, die Informationen aus Haut, Gelenken und Muskeln empfangen. Sie finden sich beispielsweise in den Spinalganglien, wo sensorische Empfindungen verschaltet werden, bevor sie ins Rückenmark gelangen.
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Das Aktionspotential: Grundlage der Erregungsleitung
Die Erregungsleitung in Nervenzellen basiert auf dem Aktionspotential, einer kurzzeitigen Änderung des Membranpotentials, die sich entlang des Axons ausbreitet.
Ruhepotential
Im Ruhezustand herrscht zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Nervenzelle eine elektrische Spannung, das Ruhepotential. Dieses Potential beträgt etwa -70 mV und entsteht durch unterschiedliche Ionenkonzentrationen (hauptsächlich Natrium und Kalium) innerhalb und außerhalb der Zelle sowie durch die selektive Permeabilität der Zellmembran für diese Ionen.
Depolarisation
Wird die Nervenzelle durch einen Reiz erregt, öffnen sich Natriumkanäle in der Zellmembran. Natriumionen strömen in die Zelle ein, wodurch das Membranpotential positiver wird (Depolarisation). Überschreitet die Depolarisation einen bestimmten Schwellenwert (ca. -55 mV), kommt es zur Entstehung eines Aktionspotentials.
Aktionspotential
Beim Aktionspotential öffnen sich noch mehr Natriumkanäle, wodurch ein starker Natriumeinstrom erfolgt und das Membranpotential auf bis zu +30 mV ansteigt.
Repolarisation
Nach kurzer Zeit schließen sich die Natriumkanäle wieder, und Kaliumkanäle öffnen sich. Kaliumionen strömen aus der Zelle aus, wodurch das Membranpotential wieder negativer wird (Repolarisation).
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Hyperpolarisation
Durch den anhaltenden Kaliumausstrom kann das Membranpotential kurzzeitig negativer werden als das Ruhepotential (Hyperpolarisation). Anschließend wird das Ruhepotential durch die Natrium-Kalium-Pumpe wiederhergestellt.
Refraktärzeit
Nach einem Aktionspotential ist die Nervenzelle für kurze Zeit nicht oder nur schwer erregbar (Refraktärzeit). Dies verhindert, dass sich das Aktionspotential in die falsche Richtung ausbreitet und sorgt für eine geordnete Erregungsleitung.
Erregungsleitung entlang des Axons
Das Aktionspotential breitet sich entlang des Axons aus, indem es benachbarte Membranbereiche depolarisiert. Bei myelinisierten Axonen erfolgt die Erregungsleitung saltatorisch, d.h. "springend" von Schnürring zu Schnürring. Dies beschleunigt die Erregungsleitung erheblich.
Saltatorische Erregungsleitung
Die Myelinscheide wirkt wie eine Isolation um das Axon und verhindert den Ionenaustausch über die Membran. An den Ranvierschen Schnürringen ist das Axon jedoch unbedeckt, so dass hier ein Ionenaustausch stattfinden kann. Das Aktionspotential "springt" von Schnürring zu Schnürring, wodurch die Erregungsleitung deutlich schneller ist als bei unmyelinisierten Axonen, wo sich die Depolarisation kontinuierlich entlang der Membran ausbreiten muss.
Geschwindigkeit der Erregungsleitung
Die Geschwindigkeit der Erregungsleitung hängt von verschiedenen Faktoren ab, insbesondere vom Durchmesser des Axons und dem Vorhandensein einer Myelinscheide. Dicke, myelinisierte Axone leiten Aktionspotentiale am schnellsten (bis zu 120 m/s), während dünne, unmyelinisierte Axone deutlich langsamer sind (ca. 0,5 m/s).
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Synaptische Übertragung
Am Ende des Axons, an den synaptischen Endknöpfchen, wird das elektrische Signal des Aktionspotentials in ein chemisches Signal umgewandelt.
Freisetzung von Neurotransmittern
Wenn das Aktionspotential die synaptischen Endknöpfchen erreicht, öffnen sich Calciumkanäle. Calciumionen strömen in die Zelle ein und lösen die Freisetzung von Neurotransmittern aus Vesikeln in den synaptischen Spalt aus.
Bindung an Rezeptoren
Die freigesetzten Neurotransmitter diffundieren durch den synaptischen Spalt und binden an spezifische Rezeptoren auf der postsynaptischen Membran der nächsten Nervenzelle oder Zielzelle.
Postsynaptische Potentiale
Die Bindung der Neurotransmitter an die Rezeptoren führt zu einer Änderung des Membranpotentials der postsynaptischen Zelle. Dies kann entweder eine Depolarisation (exzitatorisches postsynaptisches Potential, EPSP) oder eine Hyperpolarisation (inhibitorisches postsynaptisches Potential, IPSP) sein.
Summation von Potentialen
Die postsynaptische Zelle empfängt Signale von vielen verschiedenen Synapsen. Die Summe der EPSPs und IPSPs am Axonhügel entscheidet darüber, ob ein Aktionspotential ausgelöst wird oder nicht.
Neurotransmitter
Es gibt verschiedene Arten von Neurotransmittern, die unterschiedliche Wirkungen auf die postsynaptische Zelle haben können. Beispiele sind Acetylcholin, Glutamat, GABA, Dopamin und Serotonin.
Klinische Bedeutung
Das Verständnis der Funktionsweise von Nervenzellen und Aktionspotentialen ist entscheidend für das Verständnis verschiedener neurologischer Erkrankungen.
Multiple Sklerose (MS)
Eine chronisch-entzündliche Autoimmunerkrankung, die zur Zerstörung der Myelinscheide im ZNS führt (Demyelinisierung). Dies beeinträchtigt die Übertragung von Aktionspotentialen und führt zu vielfältigen neurologischen Symptomen.
Guillain-Barré-Syndrom (GBS)
Eine immunvermittelte demyelinisierende Polyneuropathie, die das periphere Nervensystem betrifft. Das Immunsystem greift die Myelinscheide und Schwann-Zellen an, was zu Muskelschwäche und Lähmungen führen kann.
Amyotrophe Lateralsklerose (ALS)
Eine neurodegenerative Erkrankung, die die motorischen Nervenzellen (Motoneuronen) betrifft und zu Muskelschwäche, Lähmungen und schließlich zum Tod führt.
Parkinson-Krankheit
Eine neurodegenerative Erkrankung, die durch den Verlust von Dopamin-produzierenden Nervenzellen im Gehirn verursacht wird. Dies führt zu Bewegungsstörungen wie Zittern, Steifigkeit und verlangsamten Bewegungen.
Rabiesvirus (Tollwut)
Eine Virusinfektion, die das Nervensystem befällt und zu schweren neurologischen Symptomen und zum Tod führen kann.
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