Pyramidenzellen und Nervenzellen: Unterschiede und Besonderheiten

Die Vielfalt der Nervenzellen im Gehirn ist enorm. Sie ermöglichen komplexe Funktionen wie Wahrnehmung, Denken und Bewegung. Zu den wichtigsten Zelltypen gehören die Pyramidenzellen, die eine besondere Rolle in der Großhirnrinde spielen. Dieser Artikel beleuchtet die Unterschiede und Gemeinsamkeiten zwischen Pyramidenzellen und anderen Nervenzellen, ihre Struktur, Funktion und Bedeutung für das Nervensystem.

Einführung in die Nervenzellen

Nervenzellen, auch Neuronen genannt, sind die grundlegenden Bausteine des Nervensystems. Sie sind spezialisiert auf die Aufnahme, Verarbeitung und Weiterleitung elektrischer Signale. Das Nervengewebe besteht aus zwei Haupttypen von Zellen: Neuronen und Stützzellen (Gliazellen). Neuronen sind die strukturellen und funktionellen Einheiten des Nervensystems. Es gibt verschiedene Arten von Neuronen, die aufgrund ihrer anatomischen Struktur und Funktion unterschieden werden können.

Grundlegende Struktur einer Nervenzelle

Ein Neuron besteht typischerweise aus drei Hauptteilen:

• Zellkörper (Soma oder Perikaryon): Das Stoffwechselzentrum der Zelle, enthält den Zellkern und die Organellen. Er ist üblicherweise etwa 20 Mikrometer groß. Hier werden fast alle Stoffe synthetisiert, welche die Zelle braucht, und von dort in Axone und Dendriten transportiert. Der Zellkörper, der auch Soma genannt wird, ist gefüllt mit Cytosol. Als Cytosol werden die flüssigen Bestandteile des Zytoplasmas der Zellen bezeichnet. Es besteht aus Wasser, darin gelösten Ionen, sowie kleinen und größeren wasserlöslichen Molekülen, wie etwa Proteinen. Das Cytosol wird von einem Netzwerk von fadenförmigen Proteinsträngen in unterschiedlicher Anordnung und Dicke durchzogen, darunter Mikrotubuli, Aktinfilamente und Intermediärfilamente, die zusammen das Cytoskelett bilden. Darin eingelagert finden sich die gleichen Strukturen wie in allen tierischen Zellen: die Organellen. Dazu zählt der Zellkern, der das genetische Material enthält, die DNA. Auch Mitochondrien, Ribosomen und der Golgiapparat gehören zu den Organellen.

• Dendriten: Baumartig verzweigte Fortsätze, die Signale von anderen Neuronen empfangen. Sie tragen kleine Fortsätze, die als dendritische Dornen ("spines") bezeichnet werden. Diese wirken wie die Antennen eines Neurons: Über Synapsen stehen sie in Kontakt mit Axonen oder Nervenzellkörpern, über welche sie hereinkommende Signale aufnehmen. Bis zu 10.000 Fortsätze dendritische Dornen kann ein einzelner Zellkörper haben.

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• Axon: Ein langer, schlanker Fortsatz, der Signale an andere Neuronen oder Zielzellen weiterleitet. Jede Nervenzelle besitzt nur ein Axon, in dessen Verlauf allerdings Kollateralen abzweigen können. In der Zielregion kann sich das Axon mehrfach verzweigen (Telodendron) und mit mehreren nachgeschalteten Nervenzellen Synapsen bilden.

Klassifizierung von Nervenzellen

Nervenzellen können nach verschiedenen Kriterien klassifiziert werden:

• Anzahl der Fortsätze:

  • Multipolare Neurone: Besitzen ein Axon und zahlreiche Dendriten. Dies ist der häufigste Zelltyp im menschlichen Nervensystem. Beispiele sind Motoneurone im Rückenmark, Pyramidenzellen in der Großhirnrinde und Purkinje-Zellen in der Kleinhirnrinde.
  • Bipolare Neurone: Besitzen zwei Fortsätze, ein Axon und einen Dendriten, die an gegenüberliegenden Polen des Perikaryons abgehen. Sie kommen in der Retina, im Riechepithel, im Innenohr und in Geschmacksknospen vor.
  • Unipolare Neurone: Besitzen nur ein Axon und keine Dendriten. Sie sind sehr selten und kommen beispielsweise in der Netzhaut vor.
  • Pseudounipolare Neurone: Besitzen einen kurzen Stammfortsatz, der sich T-förmig in zwei Äste aufteilt. Einer der Fortsätze zieht zur Peripherie, der andere zum Zentralnervensystem (ZNS). Sie entwickeln sich aus bipolaren Neuronen durch Verschmelzung der Fortsätze in der Nähe des Perikaryons und kommen in sensiblen Ganglien vor.

• Funktion:

  • Sensorische Neurone: Leiten Informationen von Sinnesorganen zum ZNS.
  • Motorische Neurone (Motoneurone): Leiten Signale vom ZNS zu Muskeln oder Drüsen.
  • Interneurone: Verschalten Nervenzellen innerhalb derselben Region und dienen der Informationsverarbeitung und lokalen Signalmodulation.

• Neurotransmitter:

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  • Exzitatorische Neurone: Bewirken eine Erregung der Zielzelle. Typische Neurotransmitter sind Acetylcholin und Glutamat.
  • Inhibitorische Neurone: Bewirken eine Hemmung der Zielzelle. Typische Neurotransmitter sind GABA und Glycin.

• Morphologie:

  • Pyramidenzellen: Besitzen einen pyramidenförmigen Zellkörper und einen ausgeprägten Apikaldendriten.
  • Sternzellen: Besitzen einen sternförmigen Zellkörper mit vielen Dendriten.
  • Körnerzellen: Kleine Neurone mit einem körnigen Aussehen.
  • Purkinje-Zellen: Große Neurone mit einem stark verzweigten Dendritenbaum in der Kleinhirnrinde.

Gliazellen: Die unterstützenden Zellen

Neben den Neuronen gibt es im Nervensystem auch Gliazellen, die eine unterstützende Funktion haben. Sie isolieren, stützen und ernähren die Neuronen. Im Zentralnervensystem (ZNS) gibt es vier Haupttypen von Gliazellen:

• Astrozyten: Versorgen Neuronen mit Nährstoffen, regulieren das chemische Milieu im extrazellulären Raum und induzieren die Bildung von endothelialen Tight Junctions, die eine wichtige Rolle für die Blut-Hirn-Schranke spielen. Sie füllen auch den Extrazellularraum des ZNS aus. Astrozyten können identifiziert werden, weil sie im Gegensatz zu anderen ausgereiften Gliazellen saures Gliafaserprotein (GFAP) exprimieren.
• Oligodendrozyten: Bilden die Myelinscheide um die Axone im ZNS, was die Geschwindigkeit der Nervenleitgeschwindigkeit erhöht.
• Mikroglia: Immunzellen des ZNS, die Phagozytose betreiben und Entzündungsreaktionen modulieren.
• Ependymzellen: Kleiden die Ventrikel des Gehirns und den Zentralkanal des Rückenmarks aus und produzieren Liquor cerebrospinalis.

Im peripheren Nervensystem (PNS) gibt es zwei Haupttypen von Gliazellen:

• Schwann-Zellen: Bilden die Myelinscheide um die Axone im PNS.
• Mantelzellen: Umgeben die Zellkörper der Neuronen in den Ganglien des PNS.

Pyramidenzellen: Struktur und Funktion

Pyramidenzellen sind eine spezielle Art von Nervenzellen, die hauptsächlich in der Großhirnrinde (Kortex) und im Hippocampus vorkommen. Sie sind nach ihrem pyramidenförmigen Zellkörper benannt.

Morphologie der Pyramidenzellen

Pyramidenzellen sind multipolare Neurone mit einem charakteristischen Aussehen:

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• Pyramidenförmiger Zellkörper (Soma): Der Zellkörper ist dreieckig oder pyramidenförmig, mit einer breiten Basis und einer schmalen Spitze. Er hat einen Durchmesser von bis zu 100 Mikrometern und ist damit relativ groß.
• Apikaldendrit: Ein langer, dicker Dendrit, der von der Spitze des Zellkörpers ausgeht und sich in die obersten Schichten der Hirnrinde erstreckt.
• Basaldendriten: Mehrere kürzere Dendriten, die von der Basis des Zellkörpers ausgehen.
• Axon: Ein einzelnes Axon, das von der Basis des Zellkörpers ausgeht und sich in tiefere Schichten der Hirnrinde oder in andere Hirnregionen erstreckt.

Vorkommen von Pyramidenzellen

Pyramidenzellen sind besonders gut in der inneren und äußeren Pyramidenzellschicht des Endhirns anzutreffen. In der inneren Pyramidenzellschicht finden sich Betz-Riesenpyramidenzellen. Sie sind Projektionsneurone der Großhirnrinde und bilden die Pyramidenbahn, den Tr. corticospinalis.

Funktion der Pyramidenzellen

Pyramidenzellen sind exzitatorische Neurone, die den Neurotransmitter Glutamat freisetzen. Sie spielen eine wichtige Rolle bei vielen kognitiven Funktionen, darunter:

• Lernen und Gedächtnis: Pyramidenzellen im Hippocampus sind entscheidend für die Bildung neuer Gedächtnisinhalte.
• Bewusstsein und Wahrnehmung: Pyramidenzellen in der Großhirnrinde sind an der Verarbeitung sensorischer Informationen und der Bildung bewusster Wahrnehmungen beteiligt.
• Motorische Kontrolle: Pyramidenzellen in der motorischen Rinde steuern willkürliche Bewegungen.

Besondere Merkmale der Pyramidenzellen

Eine Besonderheit einiger Pyramidenzellen im Hippocampus ist, dass ihr Axon direkt aus einem der Dendriten entspringt und nicht wie üblich am Zellkörper. Dadurch entsteht eine Art neuronale Umgehungsstraße, welche die Reizweiterleitung erleichtert. Signale, die an diesem Dendriten ankommen, müssen nicht erst über den Zellkörper geleitet werden.

Unterschiede zwischen Pyramidenzellen und anderen Nervenzellen

Obwohl Pyramidenzellen auch Nervenzellen sind, gibt es einige wichtige Unterschiede zu anderen Neuronen:

• Morphologie: Pyramidenzellen haben eine einzigartige pyramidenförmige Gestalt, während andere Neuronen unterschiedliche Formen haben können (z.B. sternförmig, kugelförmig).
• Vorkommen: Pyramidenzellen sind hauptsächlich in der Großhirnrinde und im Hippocampus lokalisiert, während andere Neuronen in verschiedenen Regionen des Nervensystems vorkommen.
• Funktion: Pyramidenzellen spielen eine zentrale Rolle bei kognitiven Funktionen, während andere Neuronen spezialisierte Funktionen in der sensorischen Verarbeitung, motorischen Kontrolle oder autonomen Regulation haben können.
• Vernetzung: Pyramidenzellen sind stark miteinander vernetzt und bilden komplexe neuronale Schaltkreise, die für die Verarbeitung komplexer Informationen notwendig sind.

Die Rolle der Myelinscheide

Die Myelinscheide ist eine fettreiche Isolierschicht, die von Oligodendrozyten im ZNS und Schwann-Zellen im PNS um die Axone vieler Nervenzellen gebildet wird. Sie beschleunigt die Nervenleitgeschwindigkeit, indem sie eine saltatorische Erregungsleitung ermöglicht. Dabei springt der elektrische Reiz von Ranvier-Schnürring zu Ranvier-Schnürring, den kleinen Lücken in der Myelinscheide.

Myelinisierung von Pyramidenzellen

Die Myelinisierung der Axone von Pyramidenzellen ist nicht einheitlich. Studien haben gezeigt, dass die Struktur der Myelinhüllen bei verschiedenen Nervenfasern überraschend stark variiert. Es gibt ausgedehnte Abschnitte, die nicht umhüllt sind. Die Myelinisierung der Axone schwankt stark in den verschiedenen Lagen des Kortex, und selbst unter benachbarten Zellen der gleichen Kortex-Schicht gibt es deutliche Unterschiede. Die Ausprägung der Myelinschicht hängt nicht von der Größe der Axone ab.

Funktion der Myelinscheide über die Isolation hinaus

Die Rolle der Myelinscheide reicht weit über die Isolierung hinaus. Die myelinfreien Abschnitte könnten die Vernetzung der Zellen beeinflussen. So könnten solche Stellen Synapsen bilden oder Botenstoffe an andere Nervenzellen abgeben.

Erkrankungen im Zusammenhang mit der Myelinscheide

Schäden an der Myelinscheide tragen zu etlichen Erkrankungen bei, etwa zu Multipler Sklerose, bei der das Immunsystem die Myelinscheiden angreift. Dies führt zur Schädigung und Degeneration von Axonen, was die Übertragung von Aktionspotentialen beeinträchtigt. Weitere Erkrankungen sind das Guillain-Barré-Syndrom (GBS), eine immunvermittelte demyelinisierende Polyneuropathie, und verschiedene Leukodystrophien.

Klinische Bedeutung von Nervenzellen und Pyramidenzellen

Erkrankungen, die Nervenzellen oder Gliazellen betreffen, können zu einer Vielzahl neurologischer und psychiatrischer Störungen führen.

Neurodegenerative Erkrankungen

• Alzheimer-Krankheit: Eine neurodegenerative Erkrankung, die durch den Verlust von Neuronen und Synapsen im Gehirn gekennzeichnet ist, insbesondere im Hippocampus und der Großhirnrinde. Dies führt zu Gedächtnisverlust, kognitiven Beeinträchtigungen und Verhaltensänderungen.
• Parkinson-Krankheit: Eine neurodegenerative Erkrankung, die durch den Verlust von dopaminproduzierenden Neuronen in der Substantia nigra, einem Teil der Basalganglien, verursacht wird. Dies führt zu Zittern, Muskelsteifheit, langsamer Bewegung und posturaler Instabilität.
• Amyotrophe Lateralsklerose (ALS): Eine neurodegenerative Erkrankung, die durch den Verlust von Motoneuronen im Gehirn und Rückenmark gekennzeichnet ist. Dies führt zu Muskelschwäche, Muskelatrophie und schließlich zum Tod.
• Multiple Sklerose (MS): Eine chronisch-entzündliche Autoimmunerkrankung, die zur Zerstörung von Oligodendrozyten und somit zur Demyelinisierung von Nerven im ZNS führt. Dies führt zu einer Beeinträchtigung der Übertragung von Aktionspotentialen und zu neurologischen Symptomen, die das Sehvermögen, die motorischen Funktionen, die Sensorik und die autonomen Funktionen beeinflussen.

Hirntumore

Hirntumore können von Neuronen oder Gliazellen ausgehen. Gliome, die von Gliazellen abstammen, sind die häufigste Form von Hirntumoren. Beispiele sind Astrozytome, Oligodendrogliome und Ependymome.

Andere neurologische Erkrankungen

• Epilepsie: Eine neurologische Erkrankung, die durch wiederholte Krampfanfälle gekennzeichnet ist. Krampfanfälle können durch eine übermäßige Erregung von Neuronen im Gehirn verursacht werden.
• Schizophrenie: Eine psychiatrische Erkrankung, die durch Halluzinationen, Wahnvorstellungen, Denkstörungen und soziale Rückzug gekennzeichnet ist. Veränderungen in der Funktion von Neuronen und Neurotransmittern im Gehirn spielen eine Rolle bei der Entstehung der Schizophrenie.
• Tollwut (Rabies): Eine Virusinfektion, die am häufigsten durch den Biss eines infizierten Tieres auf den Menschen übertragen wird. Das Tollwutvirus befällt vor allem neurales Gewebe und dringt in die peripheren motorischen und sensorischen Nerven ein, um retrograd zum ZNS zu wandern.

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