Schema einer Nervenzelle: Aufbau und Funktion

Nervenzellen, auch Neuronen genannt, sind die grundlegenden Bausteine des Nervensystems und spielen eine entscheidende Rolle bei der Reizweiterleitung im Körper. Sie ermöglichen die Aufnahme, Weiterleitung und Verarbeitung von Informationen aus der Umwelt und dem Körperinneren. Dieser Artikel beleuchtet den Aufbau einer Nervenzelle und die Funktionen ihrer einzelnen Bestandteile.

Was ist eine Nervenzelle?

Nervenzellen sind hochspezialisierte Zellen, die sich von anderen Zellen im Körper durch ihren Aufbau und ihre Funktion unterscheiden. Ihre Hauptaufgabe ist die Weiterleitung von Erregungen, auch Reize genannt. Um diese Funktion zu erfüllen, sind Nervenzellen zu grossen Netzwerken verbunden. Allein im Gehirn befinden sich bis zu 100 Milliarden Nervenzellen.

Wenn ein Reiz auf den Körper einwirkt, beispielsweise durch Berührung, Sehen oder Hören, wird dieser von Nervenzellen aufgenommen und weitergeleitet. Die Nervenzellen leiten die Botschaft von deiner Hand über dein Rückenmark zu deinem Gehirn und zurück, um eine Reaktion auszulösen und dich zu schützen. Diese Reize werden zum Gehirn geleitet, dort entschlüsselt und interpretiert. So ist man in der Lage zu riechen, sehen, schmecken, hören und zu fühlen.

Aufbau einer Nervenzelle (Neuron)

Ein Neuron besteht aus verschiedenen Abschnitten, die jeweils spezifische Aufgaben erfüllen. Die Hauptbestandteile sind:

• Zellkörper (Soma): Das Soma ist der zentrale Teil der Nervenzelle und enthält den Zellkern sowie andere Organellen wie Mitochondrien und Ribosomen. Das Soma enthält einen Zellkern und Mitochondrien. Das Soma bündelt die Dendriten im Axonhügel, welcher den Übergang zum Axon bildet. Das Soma ist wichtig für die Aufrechterhaltung der Zellfunktion und das Verarbeiten eingehender Signale.
• Dendriten: Dies sind verzweigte Fortsätze des Zellkörpers, die als Empfänger für Signale von anderen Neuronen dienen. Die Dendriten sind die verästelten Ausläufer des Somas und Kontaktstelle zu Zellen oder anderen Neuronen. Ihnen kommt dann die Aufgabe zu, diese Erregungen an das Soma weiterzuleiten. Ein Neuron kann mehr als tausend Dendriten haben, was ihm die Fähigkeit verleiht, gleichzeitig Signale von zahlreichen anderen Neuronen zu verarbeiten.
• Axonhügel: Am Übergang zwischen Soma und Axon befindet sich der Axonhügel. Die Dendriten und das Soma werden an einer Stelle gebündelt und dort wird der Übergang zum Axon gebildet. Die elektrischen Signale werden hier solange gesammelt und summiert, bis eine bestimmte Schwelle oder ein Schwellenpotential überschritten wird. Am Axonhügel wird diese Spannung in impulsartige Aktionspotentiale übersetzt. Erst dann wird ein Signal an das Axon weitergeleitet. Das verhindert, dass unser Körper jedes kleinste Signal weiterleitet.
• Axon (Neurit): Das Axon ist ein langer, schlanker Fortsatz, der elektrische Signale vom Zellkörper weg zu anderen Zellen leitet. Der lange Fortsatz der Nervenzelle, der aus dem Axonhügel hervorgeht, heißt Axon oder Neurit. Die Aufgabe des Axons ist die Weiterleitung der Aktionspotentiale zu Nerven- oder Muskelzellen. Es ist die primäre Leitung für Informationsübermittlung innerhalb des Nervensystems. Bei Wirbeltieren werden die Axone häufig zudem von einer speziellen Form von Gliazellen, den sogenannten Schwannschen Zellen, umgeben.
• Myelinscheide (Markscheide): Viele Axone sind von einer Myelinscheide umgeben, einer isolierenden Schicht, die aus Lipiden besteht. Diese Schicht ermöglicht eine schnellere Signalweiterleitung. Diese Zellen liegen hintereinander um das jeweilige Axon, sodass es von einer lamellenartigen Hülle umgeben wird: der Markscheide, Myelinscheide oder auch schwannschen Scheide.
• Ranviersche Schnürringe: Die Myelinscheide ist in regelmäßigen Abständen durch Ranviersche Schnürringe unterbrochen, nicht-umhüllten Bereich eines Axons. Diese Unterbrechungen sind entscheidend für die saltatorische Erregungsleitung.
• Synaptische Endknöpfchen (Endköpfchen): Am Ende des Axons befinden sich die synaptischen Endknöpfchen, die das Ende eines Neurons bilden. Das elektrische Signal wird hier auf die nächste Nervenzelle oder zum Beispiel auf eine Sinnes- oder Muskelzelle übertragen. Hier geschieht die Umwandlung des elektrischen Reizes in ein chemisches Signal. Das elektrische Signal wird meist in ein chemisches Signal umgewandelt. Die Verbindung am Ende einer Nervenzelle mit einer anderen Zelle nennst du Synapse.

Funktionen der Bestandteile eines Neurons

Jeder Bestandteil des Neurons hat eine spezielle Aufgabe bei der Reizverarbeitung und -weiterleitung:

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• Dendriten: Empfangen Signale von anderen Neuronen und leiten sie zum Zellkörper weiter.
• Soma: Verarbeitet die eingehenden Signale und integriert sie.
• Axonhügel: Sammelt und summiert die Erregungen, die die Dendriten aufgenommen haben und leitet sie an das Axon weiter.
• Axon: Leitet die elektrischen Signale (Aktionspotentiale) weiter.
• Myelinscheide: Beschleunigt die Signalweiterleitung durch saltatorische Erregungsleitung.
• Ranviersche Schnürringe: Ermöglichen die saltatorische Erregungsleitung, bei der das Signal von Schnürring zu Schnürring "springt".
• Synaptische Endknöpfchen: Übertragen das Signal auf die nächste Zelle (Nervenzelle, Muskelzelle, Drüsenzelle) über Synapsen.

Reizweiterleitung in der Nervenzelle

Die Reizweiterleitung in der Nervenzelle ist ein komplexer Prozess, der sich in mehrere Phasen unterteilt:

1. Ruhepotential: Im Ruhezustand befindet sich die Nervenzelle im sogenannten Ruhepotential, bei dem der Zellinnenraum gegenüber dem Außenraum negativ geladen ist.
2. Depolarisation: Bei der Reizweiterleitung kommt es zunächst zur Depolarisation, bei der sich spannungsgesteuerte Natriumkanäle öffnen und Natrium-Ionen in die Zelle einströmen. Dies führt zu einer Umkehrung der Ladungsverhältnisse.
3. Aktionspotential: Wenn ein bestimmter Schwellenwert überschritten wird, entsteht ein Aktionspotential. Ein Aktionspotential ist ein kurzfristiger Anstieg des Membranpotentials einer Nervenzelle, der die Informationsübertragung ermöglicht. Das Aktionspotential folgt dem Alles-oder-Nichts-Prinzip: Wird der Schwellenwert überschritten, läuft es immer in gleicher Weise ab, unabhängig von der Reizstärke.
4. Repolarisation: Nach dem Aktionspotential schließen sich die Natriumkanäle und Kaliumkanäle öffnen sich, wodurch Kalium-Ionen aus der Zelle ausströmen. Dies führt zur Wiederherstellung des Ruhepotentials.
5. Hyperpolarisation: Kurzzeitig kann das Membranpotential sogar negativer als das Ruhepotential werden, bevor es sich wieder stabilisiert.
6. Refraktärzeit: Nach einem Aktionspotential befindet sich die Nervenzelle in einer Refraktärzeit, in der sie nicht erneut erregt werden kann. Definition: Die absolute Refraktärzeit ist der Zeitabschnitt, in dem kein neues Aktionspotential ausgelöst werden kann.

Saltatorische Erregungsleitung

Die Myelinscheide Funktion spielt bei der Reizweiterleitung eine entscheidende Rolle. Diese Isolierschicht, die von Schwannschen Zellen gebildet wird, ermöglicht die saltatorische Erregungsleitung. Bei der saltatorischen Erregungsleitung "springt" das Aktionspotential von einem Ranvierschen Schnürring zum nächsten. An den Ranvierschen Schnürringen entstehen Aktionspotentiale, die von einem Schnürring zum nächsten "springen". Dies beschleunigt die Reizweiterleitung erheblich. Die Erregungsleitung erfolgt blitzschnell und kann eine Höchstgeschwindigkeit von bis zu etwa 150 m/s, also 540 km/h, erreichen.

Synaptische Übertragung

Die Signalübertragung zwischen Nervenzellen erfolgt an speziellen Kontaktstellen, den Synapsen. Synapsen sind die Verbindungsstellen zwischen Nervenzellen, an denen die Übertragung von Signalen erfolgt. Hier wird das elektrische Signal in ein chemisches umgewandelt. Am Ende der Nervenzelle befinden sich die Übergangsstellen zu weiteren Neuronen oder zu bestimmten Zielzellen. Diese Übergangsstellen nennt man Endknöpfchen oder auch Synapsen.

Eine Synapse besteht typischerweise aus drei Hauptkomponenten:

• Präsynapse: Der Bereich des axonalen Endknöpfchens, in dem Neurotransmitter in Vesikeln gespeichert und bei Bedarf freigesetzt werden.
• Synaptischer Spalt: Der Raum zwischen der präsynaptischen und postsynaptischen Membran, wo die Neurotransmitter diffundieren.
• Postsynapse: Die Membranregion eines nachfolgenden Neurons, die Rezeptoren zur Aufnahme von Neurotransmittern besitzt, wodurch das Signal an die nächste Nervenzelle weitergegeben wird.

Die Funktion einer Synapse liegt vor allem in der Umwandlung eines elektrischen Signals in ein chemisches und dessen Rückumwandlung, was es Neuronen ermöglicht, zu kommunizieren und Informationen zu verarbeiten.

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Neurotransmitter:

Neurotransmitter sind chemische Botenstoffe, die an den Synapsen freigesetzt werden, um das Signal von einer Nervenzelle zur nächsten zu übertragen. Über die synaptischen Endknöpfchen werden chemische Botenstoffe, die Neurotransmitter, freigesetzt. Neurotransmitter bewirken an den Dendriten der nachfolgenden Nervenzelle eine vorübergehende Öffnung von Ionenkanälen.

Zu den wichtigen Neurotransmittern gehören:

• Acetylcholin - beteiligt an Muskelbewegungen
• Dopamin - spielt eine Rolle bei Belohnung und Motivation
• Serotonin - beeinflusst Stimmung und Schlaf
• Glutamat - der Hauptexzitatorische Neurotransmitter
• GABA (Gamma-Aminobuttersäure) - der wichtigste inhibitorische Neurotransmitter im Gehirn

Die Signalübertragung an Synapsen kann sowohl erregend (EPSP) als auch hemmend (IPSP) sein.

Gliazellen

Gliazellen spielen eine entscheidende Rolle im Nervensystem. Sie umgeben die Nervenzellen, schützen sie und vermitteln ihre Versorgung mit Nährstoffen und Sauerstoff. Als Stützzellen schützen sie die Neurone (die eigentlichen Nervenzellen), indem sie sie elektrisch abschirmen (was für eine schnelle Erregungsleitung wichtig ist) oder eingedrungenen Stoffen im Blut (zum Beispiel Medikamenten) den Zugang zum Gehirn versperren. Zudem sind die Gliazellen für die Versorgung der Neurone mit Nährstoffen zuständig. Sie steuern auch den Fluss der zerebrospinalen Flüssigkeit (auch Liquor oder Nervenwasser genannt), die Gehirn und Rückenmark bei Erschütterungen abfedert.

Nervensystem

Alle Nervenzellen zusammen bilden in deinem Körper das Nervensystem. Das Nervensystem des Menschen wird in das zentrale und das periphere Nervensystem unterteilt. Darüber hinaus fungieren das sympathische, parasympathische und enterische Nervensystem als Teile des autonomen Nervensystems.

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• Zentralnervensystem (ZNS): Umfasst das Gehirn und das Rückenmark.
• Peripheres Nervensystem (PNS): Besteht aus neuronalen Komponenten, die sich aus dem ZNS fortsetzen. Rückenmark, die sich außerhalb des ZNS befinden.
• Autonomes Nervensystem (ANS): Überwacht und steuert die Funktionen der inneren Organe. Das ANS besteht aus dem parasympathischen und sympathischen Nervensystem.

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