Einführung
Das Nervensystem ist ein komplexes Netzwerk, das die Kommunikation zwischen Gehirn und Körper ermöglicht. Nervenzellen, auch Neuronen genannt, sind die Bausteine dieses Systems. Damit diese Kommunikation reibungslos und schnell funktioniert, sind Neuronen von speziellen Zellen umgeben: den Schwann-Zellen. Diese Zellen spielen eine entscheidende Rolle bei der Bildung der Myelinscheide, einer isolierenden Schicht, die die Axone der Nervenzellen umhüllt. In diesem Artikel werden wir die Funktion der Myelinscheide, die Rolle der Schwann-Zellen bei ihrer Bildung und die Bedeutung dieser Strukturen für das Nervensystem untersuchen.
Was sind Schwann-Zellen?
Schwann-Zellen sind eine Art von Gliazellen, die ausschließlich im peripheren Nervensystem (PNS) vorkommen. Gliazellen sind Stützzellen des Nervensystems, die Neuronen in ihrer Funktion unterstützen. Im Gegensatz zu Neuronen sind Gliazellen nicht direkt an der Erregungsweiterleitung beteiligt.
Im zentralen Nervensystem (ZNS), das Gehirn und Rückenmark umfasst, werden die Aufgaben der Schwann-Zellen von Oligodendrozyten übernommen. Astrozyten bilden im ZNS die Blut-Hirn-Schranke und versorgen Neuronen mit Nährstoffen, regulieren den Kalium-Haushalt, den Flüssigkeitshaushalt und transportieren Abfallstoffe ab.
Aufbau der Schwann-Zellen und der Myelinscheide
Schwann-Zellen sind eng mit den Axonen von Neuronen verbunden. Sie sind in regelmäßigen Abständen entlang der Axone lokalisiert und produzieren die Substanz Myelin. Myelin ist ein lipidreiches Material, das sich wie die Blätter einer Klopapierrolle um das Axon und die Schwann-Zelle wickelt. Diese Umwicklung wird Myelinscheide oder Markscheide genannt.
Die Abstände zwischen den einzelnen Schwann-Zellen werden Ranviersche Schnürringe genannt. Hier liegen spannungsgesteuerte Ionenkanäle, die für die saltatorische Erregungsleitung von Bedeutung sind.
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Ein Querschnitt durch ein Axon mit seiner Myelinscheide zeigt die Mantelstruktur der Schwann-Zellen. Diese Mantelstruktur besteht aus einer Plasmamembran, die von den Schwann-Zellen produziert wird und zu einem Großteil aus Myelin besteht. Die eigentliche Schwann-Zelle hat ihren Ursprung an der innersten Schicht der Myelinhülle und enthält in ihrem Inneren Mitochondrien.
Die Myelinscheide besteht hauptsächlich aus Lipiden (70-75 %) und Proteinen (25-30 %). Der hohe Lipidanteil verleiht der Myelinscheide eine weißliche Farbe, weshalb stark myelinisierte Nerven oft als "weiße Substanz" bezeichnet werden.
Funktion der Myelinscheide und der Schwann-Zellen
Die Hauptfunktionen der Schwann-Zellen und der Myelinscheide sind:
- Elektrische Isolierung: Die Myelinscheide wirkt wie eine Isolationsschicht um das Axon und verhindert den Verlust von elektrischem Strom während der Reizweiterleitung.
- Beschleunigung der Reizweiterleitung: Die Myelinscheide ermöglicht die saltatorische Erregungsleitung, bei der Aktionspotentiale von Ranvierschem Schnürring zu Ranvierschem Schnürring "springen". Dies beschleunigt die Signalweiterleitung erheblich.
- Stützung und Ernährung: Schwann-Zellen stützen und ernähren die Axone und tragen so zu deren Gesundheit und Funktion bei.
- Axonale Regeneration: Schwann-Zellen spielen eine wichtige Rolle bei der Regeneration beschädigter Axone im PNS. Sie ermöglichen es, beschädigte Nervenfasern wieder zusammenwachsen zu lassen und haben somit einen regenerativen Effekt auf das Nervensystem.
Saltatorische Erregungsleitung
Die saltatorische Erregungsleitung ist ein entscheidender Mechanismus für die schnelle Signalübertragung im Nervensystem. Durch die elektrische Isolierung der Myelinscheide sind spannungsgesteuerte Ionenkanäle lediglich in den Ranvierschen Schnürringen vorhanden. Ein Aktionspotential "springt" also in einem Axon von Schnürring zu Schnürring und kann dementsprechend schneller durch den Organismus geleitet werden.
Die Geschwindigkeit eines Aktionspotentials in einem Axon mit Schwann-Zellen und Myelinscheide beträgt ca. 100 m/s oder 360 km/h, was wesentlich schneller ist als die Weiterleitung in Axonen ohne Schwann-Zellen und Myelinscheiden.
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Vorteile und Nachteile der saltatorischen Erregungsleitung
| Vorteile | Nachteile |
|---|---|
| Durch die erhöhte Weiterleitungsgeschwindigkeit sind bei gleichen Durchmessern von Axonen schnellere Reaktionen möglich. | Schwann-Zellen und Myelinscheiden nehmen Platz ein, was besonders im Gehirn mit ca. 100 Milliarden Neuronen mit ihren Axonen ein Problem darstellt. |
| Axone mit einem geringeren Durchmesser können die gleiche Leistungsgeschwindigkeit erreichen, wodurch Material und Raum gespart wird. |
Axonale Regeneration
Ein weiterer wichtiger Vorteil der Schwann-Zellen ist ihre Fähigkeit zur axonalen Regeneration. Sie ermöglichen es, beschädigte Axone bzw. Nervenfasern wieder zusammenwachsen zu lassen und haben somit einen regenerativen Effekt auf das Nervensystem.
Oligodendrozyten, die die gleiche Funktion im ZNS wie Schwann-Zellen im PNS haben, können zerstörte Nervenfasern nur stark eingeschränkt oder gar nicht regenerieren. Deshalb sind Schädigungen im ZNS (Gehirn & Rückenmark) besonders verheerend für den Organismus.
Myelin und Lernprozesse
Neuere wissenschaftliche Erkenntnisse deuten darauf hin, dass die Myelinscheiden auch einen starken Einfluss auf unser Gedächtnis, unser Erinnerungsvermögen und unsere Lernfähigkeiten haben. Die Dicke der Myelinscheide kann von Gehirnregion zu Gehirnregion variieren. Je dicker die Myelinscheide, desto besser isoliert ist das Axon und desto höher die Geschwindigkeit, mit der Aktionspotentiale vom Soma zu den synaptischen Endknöpfchen wandern.
Beim Lernvorgang nahm man bisher an, dass sich die Anzahl der Synapsen bzw. die Anzahl der ligandengesteuerten Ionenkanäle in der postsynaptischen Membran erhöht, wenn bestimmte Synapsen öfter "benutzt" werden als andere Synapsen. Inzwischen weiß man, dass dies nicht der einzige Mechanismus ist, mit dem das Gehirn "lernt".
Erkrankungen der Myelinscheide
Schädigungen der Myelinscheide können zu schweren neurologischen Erkrankungen führen. Einige Beispiele sind:
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- Multiple Sklerose (MS): Eine Autoimmunerkrankung, bei der die Myelinscheiden im ZNS durch körpereigene Immunzellen angegriffen werden. Dies führt zu einer Demyelinisierung und Schädigung der Axone, was die Übertragung von Aktionspotentialen beeinträchtigt.
- Guillain-Barré-Syndrom (GBS): Eine Familie von immunvermittelten demyelinisierenden Polyneuropathien, die nach Infektionen auftreten. Das Immunsystem greift die Myelinscheide und Schwann-Zellen im PNS an.
- Diabetische Neuropathie: Nervenschäden, die als Folge von Diabetes mellitus auftreten können. Eine Schädigung der Myelinscheide kann zu Schmerzen, Taubheit und Kribbeln in den Extremitäten führen.
- Charcot-Marie-Tooth-Krankheit: Eine Gruppe von erblichen Neuropathien, die die peripheren Nerven betreffen. Einige Formen der Charcot-Marie-Tooth-Krankheit sind durch eine Schädigung der Myelinscheide gekennzeichnet.
- Hypomyelinisierung: Eine Erkrankung, bei der die Myelinisierung von Geburt an gestört ist.
Wie kann man die Myelinschicht stärken?
Obwohl es kein Patentrezept für den Wiederaufbau der Myelinschicht gibt, gibt es einige Methoden und Tipps, die förderlich sein können:
- Ausreichend Schlaf: Während des REM-Schlafs werden vermehrt Zellen gebildet, die als Ausgangsstoff für die Oligodendrozyten benötigt werden.
- Ketogene Ernährung: Ketone können den Aufbau der Myelinschicht unterstützen und als Energiequelle für Oligodendrozyten dienen.
- Omega-3-Fettsäuren: Die Omega-3-Fettsäure DHA ist ein wichtiger Bestandteil der Myelinscheide und kann die Myelinisierung fördern.
- Vitamin D und Vitamin K2: Vitamin D kann die Produktion von Oligodendrozyten erhöhen, und Vitamin K ist an der Erhöhung von Sulfatiden beteiligt, einem Bestandteil der Myelinmembranschicht.
- Cholin, Vitamin B12 und Vitamin B5: Diese Nährstoffe sind wichtig für die Bildung von Myelin und können als Supplement eingenommen werden.
Schwannome
Schwann-Zellen können Ausgangspunkt gutartiger Tumoren sein, die als Schwannome bezeichnet werden. Ein bekanntes Beispiel ist das Vestibularis-Schwannom (auch Akustikusneurinom genannt), ein gutartiger Tumor der Myelinscheide des Nervus vestibularis.
Morton Neurom
Das Morton Neurom ist eine schmerzhafte, entzündliche Verdickung eines Mittelfußnerven. Es ist die häufigste Mittelfußerkrankung bei Frauen, kann aber auch bei Männern auftreten, insbesondere bei Laufsportlern.