Reizweiterleitung im Nervensystem: Eine einfache Erklärung mit Animationen

Nervenzellen oder Neuronen sind die fundamentalen Einheiten des Nervensystems und spielen eine entscheidende Rolle bei der Reizweiterleitung im Körper. Sie ermöglichen die Aufnahme, Weiterleitung und Verarbeitung von Reizen aus der Umwelt. Dieses Netzwerk aus miteinander verschalteten Nervenzellen ermöglicht es uns, auf unsere Umwelt zu reagieren, von einfachen Reflexen bis hin zu komplexen Denkprozessen. Warum bleiben wir stehen, wenn wir eine rote Ampel sehen? Die Antwort liegt in der komplexen Funktionsweise unserer Nervenzellen.

Aufbau einer Nervenzelle (Neuron)

Ein Neuron besteht aus verschiedenen Abschnitten, die jeweils spezifische Funktionen erfüllen:

• Dendriten: Diese Ausläufer des Zellkörpers empfangen Nervenimpulse und leiten Informationen an andere Neuronen weiter. Sie sind die Antennen der Nervenzelle, die Reize aus der Umgebung aufnehmen.

• Soma (Zellkörper oder Perikaryon): Das Soma enthält den Zellkern und alle notwendigen Zellorganellen zur Aufrechterhaltung der Zellfunktion. Hier werden die von den Dendriten empfangenen Informationen verarbeitet.

• Axonhügel: Dieser Bereich bildet den Übergang vom Soma zum Axon. Hier werden elektrische Signale gesammelt und summiert, bis ein bestimmtes Schwellenpotential überschritten wird. Erst dann wird ein Signal an das Axon weitergeleitet. Dies verhindert, dass der Körper jedes kleinste Signal weiterleitet.

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• Axon (Neurit): Das Axon ist ein langer Fortsatz, der aus dem Axonhügel hervorgeht. Seine Hauptaufgabe ist die Weiterleitung von Aktionspotentialen zu Nerven- oder Muskelzellen.

• Schwannsche Zellen (im peripheren Nervensystem) / Oligodendrozyten (im zentralen Nervensystem): Um eine schnelle und verlustfreie Weiterleitung der elektrischen Signale zu gewährleisten, ist das Axon isoliert. Diese Isolierung wird durch Stütz- oder Hüllzellen erreicht. Im peripheren Nervensystem werden diese Zellen als Schwannsche Zellen bezeichnet.

• Ranviersche Schnürringe: Die Umhüllung des Axons ist nicht durchgängig, sondern wird immer wieder durch freiliegende Axonbereiche unterbrochen. Diese Unterbrechungen werden als Ranviersche Schnürringe bezeichnet. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei der saltatorischen Erregungsleitung.

• Synaptische Endknöpfchen: Diese Strukturen bilden das Ende eines Neurons. Hier wird das elektrische Signal auf die nächste Nervenzelle oder z.B. auf eine Sinnes- oder Muskelzelle übertragen. Dazu wird das elektrische Signal meist in ein chemisches Signal umgewandelt.

• Synapse: Die Verbindung am Ende einer Nervenzelle mit einer anderen Zelle wird als Synapse bezeichnet. In den meisten Fällen handelt es sich um chemische Synapsen. Das Endknöpfchen setzt chemische Moleküle (Neurotransmitter) in den synaptischen Spalt - die Lücke zwischen den zwei Zellen - frei. Dort binden sie an Rezeptoren und geben die Erregung weiter.

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Die Reizweiterleitung im Detail

Die Reizweiterleitung ist ein komplexer Prozess, der auf elektrischen und chemischen Signalen basiert. Nehmen wir an, jemand tippt dir von hinten auf die Schulter. Was passiert dann?

1. Reizaufnahme: Die Dendriten der Nervenzelle nehmen den Reiz (das Antippen) auf und leiten ihn zum Zellkörper weiter. Die Sinneszellen der Sinnesorgane sind für die Wahrnehmung der Reize zuständig. Dabei nimmt jedes Sinnesorgan ganz bestimmte und unterschiedliche Reize auf.

2. Aktionspotentialentstehung: Wenn die Erregung durch das Antippen stark genug ist, entsteht am Axonhügel ein Aktionspotential. Das Aktionspotential wird erst generiert, wenn die Stärke des Signals einen Schwellenwert übersteigt. Dies wird auch als Alles-oder-Nichts-Prinzip bezeichnet.

3. Erregungsleitung: Das Aktionspotential wandert entlang des Axons zu den synaptischen Endknöpfchen.

4. Signalübertragung an der Synapse: An der chemischen Synapse wird das elektrische Signal in ein chemisches Signal umgewandelt. Dazu setzen die synaptischen Endknöpfchen chemische Moleküle (Neurotransmitter) in den synaptischen Spalt frei.

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5. Rezeptorbindung: Die Neurotransmitter binden an Rezeptoren auf der anderen Seite des Spalts.

6. Erregungsweiterleitung: Die Bindung der Neurotransmitter führt zur Entstehung eines elektrischen Signals in der nächsten Zelle. Das Signal wird so über Nervenzellen bis in dein Gehirn geleitet.

7. Signalverarbeitung im Gehirn: Im Gehirn wird das Signal verarbeitet, und du erhältst die Information "Du wurdest berührt".

Formen der Erregungsleitung

Es gibt zwei Hauptformen der Erregungsleitung:

Kontinuierliche Erregungsleitung

Diese Form der Erregungsleitung findet in marklosen Nervenfasern statt, d.h. Axonen ohne Myelinscheide. Hier wird das Aktionspotential entlang des gesamten Axons fortgeleitet, ohne zu "springen". Diese Methode ist energetisch aufwendiger und langsamer als die saltatorische Erregungsleitung. Sie ermöglicht aber eine genaue und graduelle Signalübertragung, was besonders wichtig in Bereichen des Körpers ist, wo präzise und fein abgestimmte Bewegungen erforderlich sind.

Saltatorische Erregungsleitung

Diese Form der Erregungsleitung findet in myelinisierten Nervenfasern statt. Die Myelinscheiden wirken wie eine Isolierung, wodurch das Aktionspotential von einem Ranvierschen Schnürring zum nächsten "springt". Dies erhöht die Leitungsgeschwindigkeit erheblich, da die Erregung nur an den Schnürringen neu aufgebaut werden muss.

Vergleich

Das Reiz-Reaktions-Schema

Das Reiz-Reaktions-Schema beschreibt, wie ein Reiz vom Körper aufgenommen und zu einer Reaktion verarbeitet wird. Es besteht aus folgenden Schritten:

1. Reiz: Ein äußerer oder innerer Faktor, der eine Reaktion auslöst (z.B. ein Ball, der zugeworfen wird, oder Hitze auf der Haut).
2. Reizaufnahme: Die Sinnesorgane nehmen den Reiz wahr (z.B. die Augen sehen den Ball, die Haut spürt die Hitze).
3. Reizumwandlung: Der Reiz wird in ein elektrisches Signal umgewandelt.
4. Erregungsweiterleitung: Das elektrische Signal wird von den sensorischen Nerven zum Gehirn oder Rückenmark weitergeleitet.
5. Erregungsverarbeitung: Das Gehirn oder Rückenmark verarbeitet die Information.
6. Reaktionsauslösung: Das Gehirn oder Rückenmark sendet ein Signal an die Muskeln oder Drüsen, um eine Reaktion auszulösen.
7. Reaktion: Die Muskeln kontrahieren oder die Drüsen setzen Stoffe frei (z.B. du fängst den Ball, du ziehst deine Hand von der heißen Herdplatte weg).

Reflexe vs. Bewusste Handlungen

Es gibt zwei Arten von Reaktionen:

• Reflexe: Reflexe sind automatische und unbewusste Reaktionen, die im Rückenmark verschaltet werden. Sie dienen dem Schutz des Körpers vor Gefahren (z.B. der Kniesehnenreflex oder das Zurückziehen der Hand von einer heißen Oberfläche).
• Bewusste Handlungen: Bewusste Handlungen sind Reaktionen, die willentlich gesteuert werden und im Gehirn verarbeitet werden (z.B. das Fangen eines Balls oder das Drehen zum Geräusch einer Stimme).

Klinische Bedeutung: Multiple Sklerose

Die Multiple Sklerose (MS) ist eine Autoimmunerkrankung, bei der die Myelinscheiden der Nervenfasern im zentralen Nervensystem abgebaut werden. Dies führt zu einer Verlangsamung oder Blockierung der Erregungsleitung, was vielfältige neurologische Symptome wie Sehstörungen, Spasmen oder Schluckbeschwerden verursachen kann.

Die Rolle der Gliazellen

Neben den Nervenzellen spielen auch Gliazellen eine wichtige Rolle im Nervensystem. Sie übernehmen verschiedene Aufgaben, darunter:

• Isolierung der Axone: Oligodendrozyten (im ZNS) und Schwannsche Zellen (im PNS) bilden die Myelinscheiden, die die Axone isolieren und die Geschwindigkeit der Erregungsleitung erhöhen.
• Versorgung der Neuronen: Gliazellen versorgen die Neuronen mit Nährstoffen und Sauerstoff.
• Abtransport von Stoffwechselprodukten: Gliazellen entfernen Stoffwechselprodukte und Abbauprodukte aus dem Nervengewebe.
• Immunabwehr: Gliazellen spielen eine Rolle bei der Immunabwehr im Nervensystem.

Zusammenfassung

Die Reizweiterleitung im Nervensystem ist ein komplexer Prozess, der auf der Zusammenarbeit von Nervenzellen und Gliazellen basiert. Nervenzellen empfangen Reize, wandeln sie in elektrische Signale um und leiten sie über Axone weiter. Die Geschwindigkeit der Erregungsleitung wird durch die Myelinscheiden erhöht, die von Gliazellen gebildet werden. An den Synapsen werden die elektrischen Signale in chemische Signale umgewandelt und an die nächste Nervenzelle weitergegeben. Das Reiz-Reaktions-Schema beschreibt den gesamten Prozess von der Reizaufnahme bis zur Reaktion des Körpers. Reflexe sind automatische und unbewusste Reaktionen, während bewusste Handlungen willentlich gesteuert werden. Erkrankungen wie Multiple Sklerose können die Reizweiterleitung beeinträchtigen und zu neurologischen Symptomen führen.

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