Die Reizübertragung zwischen Nerven und Muskeln ist ein komplexer, aber faszinierender Prozess, der für unsere Bewegungsfähigkeit und viele andere Körperfunktionen unerlässlich ist. Elektrische und chemische Signale spielen dabei eine entscheidende Rolle.
Die Bedeutung elektrischer Vorgänge im Körper
Elektrizität ist nicht nur ein Phänomen der Technik, sondern auch in Lebewesen von großer Bedeutung. Luigi Galvani entdeckte bereits 1789, dass elektrische Vorgänge in der belebten Natur eine Rolle spielen. Er beobachtete, dass sich ein Froschschenkel zuckte, wenn er ihn mit einem Metallbügel aus zwei verschiedenen Materialien berührte. Heute wissen wir, dass viele Prozesse im menschlichen Körper mit Elektrizität verbunden sind. So wird beispielsweise der Herzschlag durch elektrische Impulse ausgelöst und auch die Steuerung unserer Muskeln erfolgt durch elektrische Signale.
Grundlagen der Nervenbahnen und Neuronen
Eine Nervenbahn besteht aus einer Kette von Nervenzellen, den sogenannten Neuronen. Neuronen sind spezialisierte Zellen, die für die Übertragung von Reizen zuständig sind. Sie bestehen aus einem Zellkörper mit Fortsätzen, von denen man zwei Typen unterscheidet:
- Dendriten: Sie empfangen den Reiz.
- Axon: Es überträgt den Impuls an andere benachbarte Zellen (Reizweiterleitung).
Am Ende des Axons befindet sich die Synapse. Wenn der Reiz die Synapse erreicht, regt sie das nächste Neuron an (Reizübertragung). Früher ging man davon aus, dass die Informationsübertragung in den Nerven durch Ladungsträger (Ionen) erfolgt, ähnlich wie beim Strom in Elektrolyten.
Die Rolle der Motorischen Endplatte
Die motorische Endplatte ist die Kontaktstelle zwischen einer Nervenzelle und einer Muskelzelle. Sie ermöglicht die Kommunikation des motorischen Nervensystems mit der Muskelfaser. Fehler an dieser Schnittstelle können zu schwerwiegenden Muskelfehlfunktionen führen.
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Aufbau und Funktion
Die motorische Endplatte ist eine spezialisierte Form einer chemischen Synapse. Eine Muskelfaser wird durch ein Alpha-Motoneuron innerviert, dessen Axon sich im Bereich der motorischen Endplatte in mehrere synaptische Endknöpfchen aufteilt. Jede Endplatte besteht aus dem Endknöpfchen einer Nervenzelle sowie einem strukturierten Membranabschnitt der Muskelzelle. Beide Bestandteile sind stark aufgefaltet, um die Oberfläche und somit die Signalübertragung zu vergrößern.
Die Hauptfunktion der motorischen Endplatte ist die Übertragung eines Aktionspotenzials von einem Alpha-Motoneuron auf eine Muskelfaser. Hierfür ist der Neurotransmitter Acetylcholin notwendig.
Der Prozess der Signalübertragung
- Acetylcholin wird in Vesikeln an der präsynaptischen Membran gespeichert.
- Bei einem Reiz wird Acetylcholin in den synaptischen Spalt freigesetzt.
- Acetylcholin bindet an nikotinerge Acetylcholin-Rezeptoren auf der postsynaptischen Membran der Muskelzelle.
- Die Rezeptoren öffnen sich und Kationen (positive Ionen) strömen in die Muskelzelle ein, was zu einer Depolarisation führt.
- Es entsteht ein Endplattenpotenzial, das sich ausbreitet und die Muskelzelle erregt.
- Acetylcholin löst sich wieder von seinem Rezeptor und wird durch das Enzym Acetylcholinesterase in Cholin und Acetat abgebaut, um die Wirkung zu beenden.
- Cholin und Acetat werden von der Präsynapse wieder aufgenommen und zur Synthese von neuem Acetylcholin verwendet.
Manipulationen und Erkrankungen der motorischen Endplatte
Bestimmte Substanzen können die Funktion der motorischen Endplatte manipulieren. Nikotin, das in Tabakrauch enthalten ist, kann beispielsweise an die postsynaptischen Kanäle andocken und diese blockieren. Andere Stoffe, wie das Botulinumtoxin (Botox), binden permanent an die Rezeptoren und verhindern die Wirkung von Acetylcholin.
Erkrankungen, die auf pathologischen Veränderungen an der motorischen Endplatte beruhen, werden als Endplattenerkrankungen bezeichnet. Beispiele hierfür sind:
- Myasthenia gravis: Eine Autoimmunerkrankung, bei der Antikörper die nikotinergen Acetylcholin-Rezeptoren blockieren und zerstören.
- Lambert-Eaton-Syndrom: Eine Krankheit, bei der Antikörper die Calcium-Kanäle in der Präsynapse stören, was die Freisetzung von Acetylcholin behindert.
Reizweiterleitung über elektrische Impulse am Beispiel der Haut
Die Reizweiterleitung über elektrische Impulse lässt sich gut am Beispiel unserer Haut verdeutlichen. Temperatur, Berührungen und Druck werden über die Rezeptoren der Haut aufgenommen und in elektrische Impulse umgewandelt. Wenn wir uns beispielsweise mit einer Nadel in den Arm stechen, empfinden wir Schmerz und ziehen die Hand zurück.
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Sensorische und motorische Nervenbahnen
Die sensorischen und motorischen Nervenbahnen sind Teil des peripheren Nervensystems.
- Sensorische (afferente) Nervenbahnen: Sie leiten die Impulse vom Sinnesorgan zum Gehirn.
- Motorische (efferente) Nervenbahnen: Sie leiten die Impulse vom Gehirn zum ausführenden Organ.
Aufbau einer Nervenzelle (Neuron)
Eine Nervenzelle besteht aus drei Abschnitten:
- Zellkörper: Enthält den Zellkern und verzweigt sich in viele Fortsätze, die Dendriten.
- Dendriten: Nehmen Signale von anderen Nervenzellen auf.
- Axon: Leitet die von den Dendriten aufgenommenen Reize weiter. Am Ende verzweigt sich das Axon baumartig in Endknöpfchen.
Die Synapse und Neurotransmitter
Zwischen den Endknöpfchen einer Nervenzelle und den Dendriten der nächsten Nervenzelle liegt der synaptische Spalt. Dieser Spalt muss zur Übertragung der Reize überbrückt werden. Hier wird der elektrische Impuls in ein chemisches Signal umgewandelt.
Die Überbrückung des synaptischen Spalts übernehmen Neurotransmitter, auch Botenstoffe genannt. Es gibt mindestens 50 verschiedene Botenstoffe, die der Erregungsleitung zwischen den Neuronen dienen. Bekannte Neurotransmitter sind Noradrenalin, Acetylcholin, Dopamin und Serotonin. Der Überträgerstoff entscheidet darüber, ob die nachgeschaltete Nervenzelle, eine Drüse oder ein Muskel aktiviert oder gehemmt wird.
- Acetylcholin: Wirkt aktivierend auf die Skelettmuskulatur.
- Noradrenalin: Fördert oder hemmt je nach Zelle, an die es abgegeben wird. Wird überwiegend im Sympathikus ausgeschüttet und aktiviert die Herzmuskelzellen, während es die Muskelzellen des Darms hemmt.
Drogen sind Wirkstoffe, die den Neurotransmittern im Aufbau sehr ähnlich sind und daher auf dieselben Synapsen wirken.
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- Nikotin: Ist dem Acetylcholin verwandt und wirkt anregend.
- Curare: Bindet an den Rezeptoren, die normalerweise für das Acetylcholin zur Verfügung stehen, hemmt diese jedoch.
- Opiate: Haben eine ähnliche Struktur wie Endorphin und lösen Glücksgefühle im Gehirn aus.
Die Reizweiterleitung im Nervensystem
Die Reizweiterleitung im Nervensystem ist ein komplexer Vorgang, bei dem elektrische sowie chemische Potenziale angewandt werden. Ein Reiz kann unterschiedlicher Natur sein, z. B. eine Temperaturveränderung, ein visueller Reiz oder Schmerz.
Reizaufnahme und Axonhügel
Die Reizaufnahme im Nervensystem geschieht über die Dendriten. 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.
Myelinscheide und Ranviersche Schnürringe
Viele Axone im peripheren Nervensystem werden durch eine Myelinscheide (gebildet aus Schwann-Zellen) elektrisch isoliert. Die Abschnitte, an denen das Axon frei liegt, werden Ranviersche Schnürringe genannt und dienen einer schnelleren Übertragung von Nervensignalen (saltatorische Erregungsleitung).
Ruhepotential und Aktionspotential
Wenn kein Reiz weitergegeben werden muss, herrscht im Neuron eine bestimmte Verteilung elektrischer Ladung (Ruhepotential):
- Zellinneres: Hohe Konzentration an Kaliumionen (K+) und organischen Anionen.
- Zelläußeres: Überwiegend Natrium- (Na+) und Chloridionen (Cl-).
Im Falle eines elektrischen Impulses, der durch einen Reiz ausgelöst wurde, öffnen sich die Natrium-Kanäle der Zellmembran und Natriumionen strömen vermehrt ins Zellinnere. Dadurch wird die Ladung an der Innen- und Außenseite des Neurons umgekehrt (Aktionspotential). Diese lokale Ladungsänderung wird entlang des Axons bis zum Ende weitertransportiert.
Umwandlung in ein chemisches Signal an der Synapse
Am synaptischen Endknöpfchen wird der elektrische Impuls in ein chemisches Signal umgewandelt. Das elektrische Potenzial löst die Ausschüttung von Neurotransmittern aus. Diese Neurotransmitter lösen an der nächsten Zelle erneut einen elektrischen Impuls aus, der wieder am Axon entlangwandert.
Das Nervensystem als zentrale Informations- und Kommunikationsplattform
Das Nervensystem ist die zentrale Informations- und Kommunikationsplattform unseres Körpers. Es koordiniert sämtliche Körperfunktionen und ermöglicht uns, unsere Umwelt wahrzunehmen. Die Arbeit des Nervensystems erfolgt immer nach demselben Prinzip: dem elektrischen Impuls.
Aufbau des Nervensystems
Das Nervensystem lässt sich in verschiedene Bereiche untergliedern:
- Zentrales Nervensystem (ZNS): Gehirn und Rückenmark.
- Peripheres Nervensystem (PNS): Alle Nerven, die nicht zum ZNS gehören.
- Somatisches (willkürliches) Nervensystem: Steuert die Motorik der Skelettmuskulatur und damit alle bewussten Körperreaktionen.
- Vegetatives (unwillkürliches) Nervensystem: Steuert die Vitalfunktionen (Atmung, Herzschlag, Verdauung usw.).
Das vegetative Nervensystem: Sympathikus und Parasympathikus
Das vegetative Nervensystem besteht aus drei Teilen:
- Sympathikus: Wirkt erregend bzw. leistungssteigernd und versetzt den Körper in eine Stresssituation ("fight-or-flight" Modus).
- Parasympathikus: Sorgt für Ruhe und Regeneration und stellt das innere Gleichgewicht wieder her ("rest-and-digest").
- Enterisches Nervensystem: Durchzieht den Verdauungstrakt und steuert Verdauungsprozesse.
Sympathikus und Parasympathikus wirken oft als Gegenspieler. Der Sympathikus aktiviert den Körper für Leistung, während der Parasympathikus für Entspannung und Regeneration sorgt.
Der Einfluss des Sympathikus auf die Muskulatur
Der Sympathikus steht in Verbindung mit der quergestreiften Muskulatur und kann diese beeinflussen. Bei Überreizung kann der Sympathikus neurogene Entzündungen auslösen und gleichzeitig von ihnen aktiviert werden.
Schutzkontraktionen und Koordinationsstörungen
Die Ansteuerung der Muskulatur durch den Sympathikus erzeugt weniger eine gezielte Kontraktion, sondern vielmehr eine unkontrollierbare reaktive Schutzkontraktion, die in der Lage ist, den Tonus der Muskulatur und des Gewebes zu erhöhen oder eine reine Kontraktion einer Muskelgruppe auszulösen. Diese Schutzkontraktion kann nicht nur eine Tonuserhöhung verursachen, sondern auch die willkürliche Ansteuerung und Reizweiterleitung stören, was zu Koordinationsstörungen der Agonisten und Antagonisten führt.
Ursachen für die Aktivierung des Sympathikus
Verschiedene Ursachen können den Sympathikus aktivieren und eine neuromuskuläre Ansteuerungsstörung hervorrufen. Unbewusste Schmerzen und neurogene Entzündungen sind oft die Hauptproblematik der muskulären Ansteuerungsstörung, aber nicht die Hauptursache. Diese Entzündungen können durch minimale Gelenkdepositionierungen entstehen, die zum Schutz des Überlebens gesichert werden müssen.
Therapieansätze
Eine vorläufige Therapie kann in der Senkung der neurogenen Entzündungen durch Stoßwellentherapie und entzündungshemmende Ernährung bestehen. Eine nachhaltige Verbesserung der neuromuskulären Ansteuerung kann jedoch nur erreicht werden, wenn der gesamte Zusammenhang des sympathischen Nervensystems mit seinen nervalen Verflechtungen und den Gelenkdepositionierungen in Betracht gezogen wird. Auch aktiv-assistive Übungen für die Wiederherstellung der Koordination sind unumgänglich.
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