Reizweiterleitung in Nervenzellen: Typen und Unterschiede

Ständig gereizt? Diese Frage würden unsere Nervenzellen wohl eindeutig mit Ja beantworten. Doch auch wenn sie dauernd unter Strom stehen, ist von Chaos im Nervensystem keine Spur. Mit höchster Präzision und Schnelligkeit arbeiten Milliarden von Nervenzellen koordiniert zusammen, um Informationen auszutauschen und uns so Handlungen, Gedanken und Emotionen zu ermöglichen. Die Nervenzelle (med.: Neuron) ist eine hoch spezialisierte Zelle, die der Aufnahme, Weiterleitung und Verarbeitung von Nervenimpulsen dient (sog. Erregungsleitung). Damit die Nervenzellen ihre Funktion als Kommunikationsspezialisten gut erfüllen können, sind sie zu einem großen Netzwerk, dem Nervensystem zusammengeschaltet. Allein in unserem Gehirn, dem Schalt- und Kontrollzentrum des Nervensystems, sind rund 100 Milliarden Nervenzellen im Einsatz. Die Neurobiologie befasst sich mit der Struktur und Funktion von Nervenzellen, der Reizweiterleitung und der Kommunikation zwischen Neuronen.

Aufbau einer Nervenzelle

Der Aufbau einer Nervenzelle ist komplex und faszinierend zugleich. Der Zellkörper der Nervenzelle, auch Soma genannt, enthält den Zellkern sowie alle Zellorganellen, die für die Funktionsfähigkeit der Zelle wichtig sind, darunter Nissl-Schollen, Golgi-Apparat und Mitochondrien. Von letzteren ist das Neuron aufgrund seines hohen Energiebedarfs in besonderem Maße abhängig.

Dendriten sind feine Verästelungen des Zellkörpers (sog. Zellfortsätze), die über Synapsen mit anderen Nervenzellen in Kontakt stehen. Sie empfangen deren Signale und leiten sie anschließend an den Zellkörper weiter. Dendriten stellen also gewissermaßen die Antennenregion der Nervenzelle dar.

Als Axon bzw. Neurit wird der Neuron Fortsatz bezeichnet, der aus dem Axonhügel hervorgeht und die elektrischen Impulse vom Zellkörper zum Ende der Nervenzelle leitet. Im Gegensatz zu den kürzeren Dendriten kann die Länge des Axons je nach Funktion und Lokalisation der Nervenzelle bis zu einem Meter und mehr betragen.

Der Axonhügel bildet den Ursprung des Axons am Zellkörper der Nervenzelle. Hier werden die einkommenden elektrischen Impulse gesammelt und verrechnet, bis sie eine bestimmte Schwelle überschreiten. Haben sie das sogenannte Schwellenpotenzial erreicht, wird der Reiz (Aktionspotenzial) über das Axon zur nächsten Zelle weitergeschickt.

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Schwannsche Zellen sind Stütz- und Hüllzellen der Neuronen im peripheren Nervensystem. Sie sind nicht direkt an der Reizweiterleitung beteiligt, sondern haben die Aufgabe, die Nervenzelle zu stabilisieren und zu ernähren.

Als Myelinscheide oder Markscheide wird die von Schwannschen Zellen gebildete elektrische Isolationsschicht bezeichnet. Wie ein Verband legt sie sich um das Axon der Neuronen des peripheren Nervensystems herum und sorgt so nicht nur für deren Schutz, sondern auch für die Beschleunigung der Erregungsleitung. Im zentralen Nervensystem (ZNS), also dem Gehirn und Rückenmark, werden die Nervenzellen ebenfalls von einer Myelinscheide umgeben.

Entlang des Axons ist die Myelinscheide immer wieder durch freiliegende Axonbereiche, die sogenannten Ranvierschen Schnürringe, unterbrochen. Diese Unterbrechungen ermöglichen es dem elektrischen Impuls, über längere umhüllte Bereiche zu springen und so eine höhere Geschwindigkeit zu erlangen. Bei Menschen erfolgt dies über die saltatorische Erregungsleitung, wobei das Aktionspotential von Schnürring zu Schnürring "springt", was die Leitgeschwindigkeit auf bis zu 100 m/s erhöht. Das ist deutlich schneller als die kontinuierliche Erregungsleitung, die nur etwa 1 m/s erreicht.

Synaptische Endknöpfchen bilden das Ende der Nervenzelle, an dem mithilfe von Synapsen ankommende elektrische Signale zur nächsten Nervenzelle oder einer anderen Zelle (z. B. Meist wird das elektrische Potenzial dazu in sogenannten Neurotransmitter (Nervenbotenstoffe) „umgewandelt“. Zu den Neurotransmittern gehören eine Reihe chemischer Botenstoffe wie z. B. Acetylcholin, Noradrenalin, Dopamin oder Glutamat. Diese werden in chemischen Synapsen in kleinen Bläschen, den synaptischen Vesikeln, gelagert.

Die Reizweiterleitung

Die Reizweiterleitung in Nervenzellen ist ein komplexer Prozess, der auf der Veränderung des elektrischen Potentials der Zellmembran basiert.

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Ruhepotential

Das Ruhepotential ist der elektrische Zustand einer Nervenzelle, wenn sie nicht erregt ist. Es wird durch eine ungleiche Verteilung von Ionen (wie Natrium, Kalium und Chlorid) innerhalb und außerhalb der Zelle aufrechterhalten. Typischerweise liegt das Ruhepotential bei etwa -70 mV.

Aktionspotential

Das Aktionspotential ist eine kurzzeitige, lokale Änderung des Membranpotentials, die sich entlang des Axons fortpflanzt. Es entsteht, wenn ein Reiz stark genug ist, um die Membran über einen Schwellenwert zu depolarisieren.

Die Reizweiterleitung beginnt, wenn ein Reiz die Membran depolarisiert und den Schwellenwert von -40mV erreicht. Daraufhin öffnen sich Natriumkanäle und es entsteht ein Aktionspotential, das sich entlang des Axons fortpflanzt.

Die Depolarisation ist die Phase des Aktionspotentials, in der Natrium-Ionen in die Nervenzelle einströmen und das Membranpotential von -70mV auf positive Werte ansteigt. Sie besteht aus einer Initialphase und einem explosionsartigen Aufstrich, wenn der Schwellenwert überschritten wird. Während der Depolarisationsphase öffnen sich spannungsgesteuerte Natriumkanäle, was zu einem starken Einstrom von Natriumionen führt.

Die Repolarisation hingegen ist die Phase, in der sich spannungsgesteuerte Kalium-Kanäle öffnen und Kalium-Ionen aus der Zelle ausströmen, wodurch das Membranpotential wieder negativer wird und zum Ruhezustand zurückkehrt.

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Dabei ist es wichtig, dass nach jeder Depolarisation mithilfe der Natrium-Kalium-Pumpe das Ruhepotenzial wieder hergestellt wird.

Nach dem Alles-oder-nichts-Gesetz lässt eine Erregung bei Überschreitung des Schwellenpotenzials immer ein Aktionspotenzial in gleicher Form, Größe und Dauer entstehen. Daher ist nicht die Größe des Aktionspotenzials für die Kommunikation der Nervenzellen entscheidend, sondern die Anzahl der Impulse pro Zeiteinheit (Frequenz).

Kontinuierliche und saltatorische Erregungsleitung

Es gibt zwei Haupttypen der Erregungsleitung:

• Kontinuierliche Erregungsleitung: Diese findet in Axonen ohne Gliazellen statt, wie beispielsweise beim Tintenfisch.
• Saltatorische Erregungsleitung: Diese Art der Erregungsleitung kommt in Axonen mit Gliazellen vor, wie beim Menschen. Gliazellen, insbesondere die Schwann'schen Zellen, umhüllen das Axon und bilden eine isolierende Schicht.

Entlang des Axons ist die Myelinscheide immer wieder durch freiliegende Axonbereiche, die sogenannten Ranvierschen Schnürringe, unterbrochen. Diese Unterbrechungen ermöglichen es dem elektrischen Impuls, über längere umhüllte Bereiche zu springen und so eine höhere Geschwindigkeit zu erlangen.

Synaptische Übertragung

Die Übertragung erfolgt an der Synapse, wo das elektrische Signal (Aktionspotential) in ein chemisches umgewandelt wird. Wenn das Aktionspotential die Synapse erreicht, öffnen sich Calcium-Kanäle, wodurch Calcium einströmt und die Vesikel mit Neurotransmittern zur präsynaptischen Membran bewegt werden.

Die freigesetzten Neurotransmitter diffundieren durch den synaptischen Spalt und binden an Rezeptoren der postsynaptischen Membran, was zur Öffnung von Natriumkanälen führt. Die Reizweiterleitung Synapse ist damit ein komplexer Prozess, der für die Kommunikation zwischen Nervenzellen essentiell ist.

Elektrisch geladene Teilchen strömen in die Zelle ein und verändern die Spannung der Empfänger Zelle (postsynaptisches Potenzial). Der entstehende Reiz wird anschließend über die Dendriten und dem Zellkörper zum Axonhügel weitergeleitet, wo bei einem ausreichend starken elektrischen Impuls ein Aktionspotenzial ausgelöst wird. Anschließend schließen sich die Natriumkanäle wieder.

Neuronale Verrechnung und Plastizität

Die neuronale Verrechnung ist ein wichtiger Aspekt der Informationsverarbeitung im Nervensystem. Nervenzellen empfangen Signale von vielen anderen Zellen und verrechnen diese, um zu entscheiden, ob sie selbst ein Aktionspotential auslösen sollen.

Neuronale Plastizität bezieht sich auf die Fähigkeit des Nervensystems, seine Struktur und Funktion als Reaktion auf Erfahrungen zu verändern. Von neuronaler Plastizität spricht man beim Lernprozess, wenn sich die Effizienz der Reizweiterleitung in den Synapsen verbessert. Dies geschieht durch Erhöhung der Neurotransmitter (wie Glutamat), Vermehrung der Rezeptoren an der postsynaptischen Membran und durch Bildung neuer Synapsen. Diese strukturellen Veränderungen führen zur Entstehung von neuronalen Netzen, die für das Langzeitgedächtnis wichtig sind.

Arten von Nervenzellen

In der Neurobiologie können Nervenzellen nach verschiedenen Charakteristika eingeteilt werden:

• Unipolare Nervenzelle: Neuron mit einem Fortsatz (Axon); lange wurden die Sinneszellen der Augen dazu gezählt.
• Bipolare Nervenzelle: Neuron mit zwei separaten Fortsätzen (Axon und Dendrit); dient der Vermittlung bestimmter Sinne (z. B.
• Pseudounipolare Nervenzelle: Neuron, bei dem Dendrit und Axon aus einem gemeinsamen Fortsatz in der Nähe des Zellkörpers entspringen (z. B.
• Multipolare Nervenzelle: Neuron mit vielen Dendriten und einem Axon; multipolare Nervenzellen gehören zu den am häufigsten vorkommenden Nervenzellen (z. B.

Um Signale möglichst gezielt weiterleiten zu können, besitzen Nervenzellen zwei verschiedene Arten von Fortsätzen: Über ihre vielen Dendriten erhalten sie Input von anderen Zellen und über ihr Axon geben sie die Informationen selbst an andere, zum Teil sogar weit entfernte Neurone weiter. Verbunden sind Dendriten und Axon normalerweise über den Zellkörper. Dass es allerdings von jeder Regel auch eine Ausnahme gibt, konnten nun Forscher vom Bernstein Zentrum Heidelberg-Mannheim, der Universität Heidelberg und der Universität Bonn zeigen. Sie entdeckten, dass sich im Gehirn von Mäusen auch Hirnzellen tummeln, bei denen das Axon direkt aus einem der Dendriten entsteht. Bei den Zellen mit der ungewöhnlichen Struktur handelt es sich um so genannte Pyramidenzellen im Hippocampus, einer Region, die vor allem für Gedächtnisprozesse wichtig ist.

Diabetische Neuropathie und Polyneuropathie

Die durch einen Diabetes verursachten Nervenkrankheiten können unterschiedliche Bereiche des Nervensystems betreffen. Entsprechend anders kann auch das Krankheitsbild aussehen. Allgemein unterscheidet man 2 Kategorien:

• Periphere diabetische Polyneuropathie (betroffen sind Nerven, die für Bewegung der Muskeln und Berührungsempfinden der Haut zuständig sind)
• Vegetative diabetische Neuropathie (betroffen sind Nerven, welche die Organe im Körper steuern)

Je nachdem welcher Bereich betroffen ist, fühlen Patientinnen und Patienten beispielsweise Taubheitsgefühle oder Schmerzen in Füßen oder Händen. Auch Verdauung oder Herzschlag können durch eine Neuropathie beeinträchtigt werden. In frühen Krankheitsstadien bleibt die Erkrankung jedoch häufig unbemerkt.

Ein gutes Blutzuckermanagement und ein gesunder Lebensstil beugen bei einem Typ-1-Diabetes der Neuropathie vor. Werden dennoch Anzeichen wahrgenommen, sollte dies von einer Ärztin oder einem Arzt untersucht werden. Bei Menschen mit Typ-2-Diabetes kann eine Neuropathie nicht direkt verhindert werden. Je nach Krankheitsbild können dann unterschiedliche Behandlungsoptionen besprochen werden.

Periphere Diabetische Polyneuropathie

Der Teil des Nervensystems, durch den beispielsweise Bewegungen bewusst gesteuert werden, wird willkürliches Nervensystem oder auch somatisches Nervensystem genannt. Ist dieser Teil des Nervensystems durch einen Diabetes mellitus geschädigt, spricht man von einer peripheren diabetischen Polyneuropathie. Am häufigsten tritt die periphere diabetische Polyneuropathie rechts und links am Körper ähnlich stark ausgeprägt auf.

Am Anfang spüren Betroffene häufig keine Beschwerden. Es kommt oft vor, dass eine periphere Polyneuropathie erst entdeckt wird, wenn schon Symptome vorliegen. Zumeist beginnen diese in Füßen und Unterschenkeln oder seltener auch in Händen und Armen.

Eine periphere diabetische Polyneuropathie kann sich auf unterschiedliche Weise zeigen. Manche Menschen spüren Berührungen, Temperaturunterschiede oder Schmerzreize immer schlechter. Weil dabei die Nerven weniger Signale an das Gehirn leiten, spricht man von sogenannten Negativsymptomen. Bei ungefähr der Hälfte aller Betroffenen kommt es aber zu Missempfindungen, wie Kribbeln, Pelzigkeit oder Brennen bis hin zu starken Schmerzen. Diese Missempfindungen werden zu den Positivsymptomen gezählt, da zusätzliche, jedoch nicht korrekte Empfindungen wahrgenommen werden. Solche unangenehmen Empfindungen nehmen Betroffene in Ruhe, vor allem abends oder nachts tendenziell stärker wahr und spüren oft Besserung während Bewegung. Weitere mögliche Symptome sind schwächere Muskeln in den Beinen und ein unsicherer Gang.

Weil durch eine Polyneuropathie Verletzungen und Druckstellen an den Füßen schlechter wahrgenommen werden, entstehen häufiger schwere, schlecht heilende Wunden an den Füßen. Dies wird Diabetisches Fußsyndrom genannt.

Vegetative Diabetische Neuropathie

Der Teil des Nervensystems, der die Funktionen der inneren Organe steuert, ohne dass wir dies bewusst beeinflussen, wird unwillkürliches oder vegetatives Nervensystem genannt. Ist dieser Teil durch einen Diabetes geschädigt, spricht man von einer vegetativen diabetischen Neuropathie.

Je nachdem, welches Organ von der Neuropathie betroffen ist, zeigen Betroffene ganz unterschiedliche Symptome. Starke Beschwerden treten bei diesen Erkrankungen seltener und häufig erst nach langer Diabetes-Dauer auf.

Das Herz-Kreislauf-System kann von solchen Nervenschäden betroffen sein. Oft schlägt dann das Herz schon in Ruhe schneller als üblich. Dadurch können sich Herz und Kreislauf weniger gut an wechselnde Belastungen wie zum Beispiel unter anstrengender sportlicher Aktivität oder unter starkem Stress anpassen. Herzrhythmusstörungen kommen häufiger vor, und das Risiko für Schlaganfälle und plötzlichen Herztod steigt.

Ist der Magen-Darm-Trakt von Nervenschäden betroffen, kann dies zu Übelkeit, Völlegefühl, Durchfall oder auch Verstopfungen führen. Ein häufiger Grund dafür ist, dass sich der Magen durch die Nervenschädigung entweder zu schnell oder zu langsam entleert. Speiseröhre, Magen und Darm transportieren die Nahrung durch gezielte Muskelanspannung und -entspannung. All dies wird durch das Nervensystem mitgesteuert und kann somit durch Diabetes beeinträchtigt werden.

Auch Störungen beim Entleeren der Blase und bei der Sexualität können eine Folge der vegetativen Neuropathie sein. Manche Betroffene spüren nicht mehr, dass ihre Blase voll ist oder können sie nicht mehr richtig entleeren. Andere haben stets das Gefühl auf die Toilette gehen zu müssen, ohne dass die Blase gefüllt ist. Viele Männer und Frauen leiden in Folge von Diabetes auch an sexuellen Funktionsstörungen.

Da so gut wie alle Organe im Körper durch das Nervensystem beeinflusst werden, können noch viele weitere Funktionen von vegetativen Nervenschäden betroffen sein, so auch das Hormonsystem, die Schweißdrüsen oder die Steuerung der Augenbewegung.

Risikofaktoren für Neuropathie

Eine Reihe von Faktoren erhöhen das Risiko für diabetische Nervenschäden:

• Höheres Lebensalter
• Längere Diabetes-Dauer
• Langjährig erhöhte Blutzuckerwerte
• Häufige Stoffwechselentgleisungen bei Kindern und Jugendlichen
• Gefäßkrankheiten
• Augen- und Nierenerkrankungen durch Diabetes
• Erhöhte Blutfette
• Hoher Blutdruck
• Rauchen
• Alkohol
• Mangelnde Bewegung
• Übergewicht
• Falsche Ernährung

Prävention

Menschen mit Typ-1-Diabetes können einiges tun, um das Risiko für eine Neuropathie zu verringern oder das Fortschreiten von Nervenschäden zu verlangsamen. Auch wenn das Auftreten einer Neuropathie bei Menschen mit Typ-2-Diabetes nicht direkt verhindert werden kann, gibt es einige Risikofaktoren, die günstig beeinflusst werden können.

Bei Typ-1-Diabetes senken ein schon früh sehr gut eingestellter Stoffwechsel mittels intensivierter Insulintherapie und langfristig im Normbereich liegende Blutzuckerwerte nachgewiesen das Risiko für Nervenschäden.

Es gibt Hinweise, dass ausreichend körperliche Aktivität nicht nur vegetative Nervenschäden, sondern auch die Symptome von peripheren Nervenschäden lindert. Das gilt sowohl für Menschen mit Typ-1-Diabetes als auch für Menschen mit Typ-2-Diabetes.

Insgesamt ist ein gesunder Lebensstil entscheidend: Rauchen Sie nicht, vermeiden Sie möglichst alkoholische Getränke, ernähren Sie sich ausgewogen, bewegen Sie sich regelmäßig und achten Sie auf ein normales Körpergewicht.

Diagnostik

Menschen, die bereits Beschwerden einer Neuropathie wahrnehmen, sollten diese in der ärztlichen Sprechstunde (Fachgebiet: Neurologie) schildern (was, wann, seit wann, wie, wo). Bei Menschen mit einem Typ-1-Diabetes und einer schlechten Stoffwechsellage führen Ärztinnen oder Ärzte nach einer Diabetes-Dauer von 5 Jahren die ersten Untersuchungen durch, um eine Neuropathie zu erkennen. Bei Kindern erfolgen die ersten Untersuchungen ab dem 11. Lebensjahr. Danach werden die Untersuchungen jedes Jahr wiederholt. Bei Menschen mit einem Typ-2-Diabetes ohne Anzeichen einer Neuropathie führt die Ärztin oder der Arzt 1-mal jährlich Untersuchungen durch, um Nervenschäden frühzeitig zu erkennen.

Zu diesen Untersuchungen gehört eine detaillierte Beschreibung der Symptome sowie die Krankengeschichte mitsamt eingenommener Medikamente und Begleiterkrankungen. Dies ist sehr wichtig, um andere Krankheiten oder Medikamente als Ursachen von Nervenschäden oder Symptomen auszuschließen. Orthopädische Probleme wie Bandscheibenvorfälle, andere neurologische Probleme, bestimmte Medikamente oder Alkohol können ebenfalls Nervenschäden verursachen. Sie sind nicht immer leicht von diabetischen Nervenschäden abgrenzbar. Sind Schmerzen vorhanden, sollte die Schmerzintensität dokumentiert werden, um den Verlauf und den Erfolg einer eventuellen Behandlung beurteilen zu können.

Anschließend schaut sich die Ärztin oder der Arzt die Beine und Füße genauer an und untersucht beispielsweise die Beweglichkeit der Muskeln und Gelenke und die Empfindungsfähigkeit der Haut. Das Berührungsempfinden kann mit Watte oder einem festen Nylonfaden überprüft werden. Mit einem spitzen Gegenstand wird untersucht, ob das Schmerzempfinden noch normal funktioniert. Außerdem wird mit einer schwingenden Stimmgabel das Vibrationsempfinden überprüft. An Knie und Ferse kann durch das Klopfen auf die Sehne mit einem Reflexhammer untersucht werden, ob die Muskelreflexe ausgelöst werden können.

Ist die Diagnose mit diesen recht einfach durchzuführenden Methoden noch unsicher, können weitere, speziellere neurologische Untersuchungen veranlasst werden. Da Nerven wie elektrische Kabel funktionieren, kann untersucht werden, wie schnell diese die elektrischen Impulse leiten, was als Nervenleitgeschwindigkeit bezeichnet wird. Dieser Test heißt Elektroneurographie. In seltenen Fällen entnehmen Fachleute auch eine sehr kleine Haut-Gewebeprobe oberhalb des Knöchels und untersuchen, ob in der Haut weniger Nervenfasern vorhanden sind als üblich.

Untersuchungen zur Früherkennung der vegetativen Neuropathie werden bisher nur selten außerhalb der wissenschaftlichen Forschung eingesetzt. Die Schnelligkeit und die Variabilität des Pulsschlags können wertvolle Hinweise geben. Allerdings werden hierfür längere Aufzeichnungen des Herzschlags benötigt (Langzeit-EKG).

Behandlung

Häufig können Nervenschäden nicht geheilt oder rückgängig gemacht werden. Durch eine regelmäßige Vorsorge und frühzeitige Therapie bestehender Risikofaktoren, kann jedoch das Auftreten und der Krankheitsverlauf günstig beeinflusst werden.

So kann eine Behandlung das Fortschreiten der diabetischen Polyneuropathie verhindern oder zumindest verzögern und die Beschwerden lindern. Bei Typ-1-Diabetes kann ein sehr gutes Blutzuckermanagement das Fortschreiten verzögern oder aufhalten.

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