Nervenfaser: Aufbau und Funktion im Detail

Kaum ein anderes System des menschlichen Körpers ist so komplex und faszinierend wie das Nervensystem. Es koordiniert sämtliche Körperfunktionen und ermöglicht uns, unsere Umwelt wahrzunehmen. Dies geschieht durch den ständigen Austausch von Informationen zwischen vielen Milliarden Nervenzellen. Das Nervensystem ist die zentrale Informations- und Kommunikationsplattform unseres Körpers. Als faszinierendes Netzwerk durchzieht es unseren gesamten Organismus und dient der Erfassung, Weiterleitung und Verarbeitung von Informationen.

Erstaunlicherweise erfolgt die Arbeit des Nervensystems dabei immer nach demselben Prinzip: dem elektrischen Impuls. Dieser dient nicht nur der Reizwahrnehmung, sondern auch der Reizverarbeitung und Reizweiterleitung (z. B. motorische Befehle an die Muskeln). Die vom Nervensystem gesammelten Informationen werden dann in elektrische Impulse umgewandelt und über Nervenfasern mit einer Geschwindigkeit von rund 400 km/h an das Gehirn weitergeleitet, wo sie schließlich verarbeitet und gespeichert werden. Auf diese Weise werden nicht nur Bewegungsabläufe und die Funktion unserer Organe gesteuert. Die Entwicklung einzelner Bestandteile des Nervensystems beginnt beim Embryo bereits in der 3. Schwangerschaftswoche.

Als kleinste funktionelle Einheit bilden die Nervenzellen (med.: Neuron) mit ihren umgebenden Gliazellen die Grundbausteine unseres Nervensystems. Häufig wird der Begriff „Nervenzelle“ bzw. Neuron mit „Nerv“ gleichgesetzt, auch wenn dies anatomisch nicht richtig ist. Ein Nerv besteht vielmehr aus einem Zusammenschluss mehrerer, parallel verlaufender, gebündelter Nervenfasern (Axone).

Die Nervenzelle (Neuron): Grundbaustein des Nervensystems

Als kleinste funktionelle Einheit bilden die Nervenzellen (med.: Neuron) mit ihren umgebenden Gliazellen die Grundbausteine unseres Nervensystems. Die kleinen, meist stark verästelten Dendriten empfangen Signale, während das längere Axon, die elektrische Erregung zum Ende der Nervenzelle weiterleitet. Dort angekommen wird der Reiz durch die sogenannten Synapsen (Schaltstelle der Nervenzelle) zur nächsten Zelle transportiert.

Aufbau einer Nervenzelle

Eine Nervenzelle bzw. Neuron besteht aus dem Zellkörper (Soma), den Dendriten und dem Axon (auch Neurit genannt). Das Soma enthält den Zellkern und die wichtigsten Zellorganellen. Von diesem Zellkörper gehen nun viele mehr oder weniger dicke Fortsätze oder Auswüchse aus. Die kleinen, stark verzweigten Fortsätze werden als Dendriten bezeichnet. Der teils sehr lange und etwas dünnere Fortsatz wird Axon genannt. Am Ende kann sich das Axon zu sogenannten Kollateralen verzweigen, deren Enden dann synaptische Endknöpfchen (auch synaptische Endigungen genannt) bilden.

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• Dendriten: Dies sind die Empfangsantennen der Nervenzelle. Sie nehmen Signale von anderen Nervenzellen auf und leiten sie zum Zellkörper weiter.
• Zellkörper (Soma): Hier befindet sich der Zellkern und die Organellen, die für die Funktion der Zelle notwendig sind.
• Axon: Das Axon ist ein langer, schlauchartiger Fortsatz, der elektrische Signale (Aktionspotentiale) vom Zellkörper weg zu anderen Nervenzellen, Muskeln oder Drüsen leitet. Der Ursprung des Axons liegt am Zellkörper der Nervenzelle. Du nennst ihn Axonhügel. Von dort bildet das Axon einen langen Strang, der in bäumchenartigen Verzweigungen - den Endknöpfchen - endet. An den Endknöpfchen befindet sich dann die Verbindungsstelle von einer zur nächsten Nervenzelle.
• Synapsen: An den Synapsen wird das elektrische Signal in ein chemisches Signal umgewandelt, um die Information auf die nächste Zelle zu übertragen.

Funktion einer Nervenzelle

Die Hauptfunktion einer Nervenzelle ist die Weiterleitung von Informationen in Form von elektrischen und chemischen Signalen.

1. Empfang von Signalen: Die Dendriten empfangen Signale von anderen Nervenzellen.
2. Weiterleitung zum Zellkörper: Die Signale werden zum Zellkörper weitergeleitet, wo sie verrechnet werden.
3. Auslösung eines Aktionspotentials: Wenn die Summe der eingehenden Signale einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, wird am Axonhügel ein Aktionspotential ausgelöst.
4. Weiterleitung des Aktionspotentials: Das Aktionspotential wird entlang des Axons zu den Synapsen geleitet.
5. Übertragung an die nächste Zelle: An den Synapsen wird das Signal auf die nächste Zelle übertragen.

Die Nervenfaser: Struktur und Funktion

Häufig wird der Begriff „Nervenzelle“ bzw. Neuron mit „Nerv“ gleichgesetzt, auch wenn dies anatomisch nicht richtig ist. Ein Nerv besteht vielmehr aus einem Zusammenschluss mehrerer, parallel verlaufender, gebündelter Nervenfasern (Axone). Eine Nervenfaser ist ein Kabel unseres Körpers, das elektrische Signale leitet und damit Effekte in verschiedenen Organen hervorruft. Ihre funktionelle Einteilung entscheidet über die Geschwindigkeit und Qualität ihrer Effekte. Die Nervenfasern sind Fortsätze von Nervenzellen (Neurone) und entsprechen im Prinzip ihren Axonen. In zentralen und peripheren Nervensystem gibt es Nervenfasern, die mit und ohne Myelinscheide auftreten. Ein Axon zusammen mit seiner Hüllstruktur bezeichnest du als Nervenfaser.

Aufbau einer Nervenfaser

Eine Nervenfaser besteht aus einem Axon und einer umgebenden Hüllstruktur. Je nach Art der Hüllstruktur unterscheidet man zwischen myelinisierten und nicht-myelinisierten Nervenfasern. Du kannst anhand des Aufbaus der Axone zwischen den markhaltigen Nervenfasern und den marklosen Nervenfasern unterscheiden.

Myelinisierte Nervenfaser (markhaltig)

Myelinisierte Axone sind von einer Myelinscheide umhüllt. Die Myelinscheide ist eine isolierende Schicht, die aus spezialisierten Gliazellen gebildet wird. Im zentralen Nervensystem (ZNS) bilden Oligodendrozyten die Myelinscheide, wobei ein Oligodendrozyt mehrere Myelinscheiden um mehrere Axone bildet. Im peripheren Nervensystem (PNS) werden Nervenfasern dagegen durch Schwann-Zellen myelinisiert. Die Schwann-Zelle wickelt sich dabei um das Axon, und somit kann jede Schwann-Zelle nur eine Myelinscheide bilden. Myelinisierte Axone sind also von einer schützenden Schicht mit einem hohen Lipidgehalt (Fett) umgeben.

Die Myelinscheide ist keine durchgehende Hülle, sondern in Abständen von 0,1 - 1,5 mm immer wieder unterbrochen. Diese Unterbrechungen werden als Ranviersche Schnürringe bezeichnet. Zwischen benachbarten schwannschen Zellen befindet sich je ein ranvierscher Schnürring. Bei markhaltigen Nervenfasern besitzt das Axon nur an den ranvierschen Schnürringen die Natrium-Kalium-Ionenpumpen. Durch diese räumliche Begrenzung konzentriert sich die Anzahl auf $\pu{12000 pro µm2}$. So können hohe Konzentrationen an Ionen schneller transportiert werden, ohne jedoch alle Pumpen in Gebrauch zu nehmen.

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Nicht-myelinisierte Nervenfaser (marklos)

Nicht-myelinisierte Nervenfasern besitzen keine Myelinscheide. Bei marklosen Nervenfasern wickeln sich die Schwann'schen Zellen nur einfach um das Axon herum, ohne eine Myelinscheide zu bilden. Das Axon ist sozusagen nackt. Die nicht-myelinisierten Fasern des PNS haben dagegen eine Dicke von unter zwei Mikrometern.

Funktion der Nervenfaser

Die wichtigste Aufgabe des Axons ist also die Weiterleitung elektrischer Erregungen vom Zellkörper an das Ende der Nervenzelle.

Die Hauptfunktion der Nervenfaser ist die Weiterleitung von elektrischen Signalen (Aktionspotentialen) über lange Strecken. Die Myelinscheide spielt dabei eine entscheidende Rolle, da sie die Geschwindigkeit der Signalübertragung deutlich erhöht.

Saltatorische Erregungsleitung

Bei myelinisierten Nervenfasern springt das Aktionspotential von Schnürring zu Schnürring. Diese Art der Erregungsleitung wird als saltatorische Erregungsleitung bezeichnet. Sie ist deutlich schneller als die kontinuierliche Erregungsleitung bei nicht-myelinisierten Nervenfasern. Mit einer Geschwindigkeit von bis zu $\pu{120 m/s}$ wandert der Reiz recht schnell und die Nervenfasern arbeiten effizienter in der Informationsweitergabe als marklose.

Kontinuierliche Erregungsleitung

Bei nicht-myelinisierten Nervenfasern breitet sich das Aktionspotential kontinuierlich entlang des Axons aus. Diese Art der Erregungsleitung ist langsamer als die saltatorische Erregungsleitung. Marklose Nervenfasern führen eine langsame Reizweiterleitung aus.

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Arten von Nervenfasern

Je nachdem, welche Aufgabe der Nerv erfüllt bzw. in welche Richtung er die Informationen weiterleitet, wird er als efferenter (motorischer), afferenter (sensorischer) oder gemischter Nerv bezeichnet.

• Efferente Nerven: Leiten elektrische Impulse vom Zentrum (Gehirn, Rückenmark) zur Peripherie, beispielweise zur Skelettmuskulatur.
• Afferente Nerven: Senden den Reiz von der Peripherie (z. B. Haut) zum Zentrum.
• Gemischte Nerven: Enthalten sowohl motorische als auch sensorische Fasern. Die Spinalnerven sind ebenfalls gemischte Nerven. Sie bilden sich aus den Nervenwurzeln im Rückenmark und verzweigen sich nach ihrem Austritt aus dem Wirbelkanal in 3-4 Äste, um verschiedene Körperbereiche versorgen zu können. Der vordere Ast z. B.

Die Geschwindigkeit, mit der Nervenfasern leiten, hängt neben dem Grad der Myelinisierung auch von der Dicke des Durchmessers der Faser ab. So werden dann die Fasern in Typ A, B und C eingeteilt. Untergruppen dieser Typen werden dann durch griechische Buchstaben (z.B.

• Typ A-Fasern: Sind myelinisiert und leiten schnell.
  • Fasern des Typs Aα sind extrem schnell leitende, myelinisierte Fasern (ca. 60-120 m/s) und dazu noch die dicksten mit einem Durchmesser von etwa 15 Mikrometern. Ihre wahrscheinlich berühmtesten Vertreter sind die α-Motoneurone, die zum Beispiel motorische Informationen aus dem Rückenmark zum entsprechenden Muskel leiten.
  • Typ Aβ-Fasern sind vertreten als myelinisierte afferente Fasern, die sensible Informationen aus den Mechanorezeptoren der Haut leiten. Sie sind mit etwa 8 Mikrometer Durchmesser etwas dünner und langsamer (ca.
  • Die mit Myelin überzogenen Aγ-Fasern leiten langsamer (ca. 2-30 m/s) und weisen mit etwa 5 Mikrometern einen dünneren Durchmesser auf.
  • Ähnlich sind die Fasern des Typs Aδ, denn sie leiten mit einer ähnlichen Geschwindigkeit von circa 2-30 Metern pro Sekunde. Allerdings sind sie ein wenig dünner mit einem Durchmesser von etwa 3 Mikrometern und nur sehr dünn von Myelinscheiden umgeben.
• Typ B-Fasern: Sind ebenfalls myelinisiert, leiten aber langsamer (ca. 3-15 m/s), da sie nur weniger als 3 Mikrometer Durchmesser messen.
• Typ C-Fasern: Sind nicht myelinisiert und leiten sehr langsam (ca. 0,25 bis 1,5 Metern pro Sekunde). Typischerweise handelt es sich bei ihnen um die langsamen, schmerzleitenden Nervenfasern, die den dumpfen und späten Schmerz leiten.

Klinische Bedeutung

Schädigungen der Nervenfasern können zu verschiedenen neurologischen Erkrankungen führen.

• Multiple Sklerose (MS): Im Wesentlichen ist die MS durch eine fortschreitende Demyelinisierung von Axonen im zentralen Nervensystem (ZNS) gekennzeichnet. Diese Zerstörung der Myelinscheiden geschieht durch eine Autoreaktivität des eigenen Immunsystems. Das bedeutet, dass eigene T-Lymphozyten sich aus noch ungeklärten Gründen gegen die körpereigenen Myelinstrukturen richten und diese durch hervorgerufene Entzündungsreaktionen untergehen lassen. Damit ist die Leitungsgeschwindigkeit der betroffenen Neurone stark eingeschränkt. Zusätzlich ist der zelluläre Stoffwechsel gestört, was eine Degeneration der Nervenzellen zur Folge hat. Ein häufiges Erstsymptom sind Sehstörungen, darunter auch das Sehen von Doppelbildern. Die Prognose sowie der Verlauf der Multiplen Sklerose ist sehr individuell und kann sich durchaus enorm unterschiedlich präsentieren. So wirkt sich ein Erkrankungsbeginn nach dem 35. Lebensjahr eher ungünstiger auf die Prognose aus.
• Guillain-Barré-Syndrom (GBS): Eine Familie von immunvermittelten demyelinisierenden Polyneuropathien, die nach Infektionen auftreten, bei denen das Immunsystem die Myelinscheide und Schwann-Zellen angreift. Ein typisches GBS ist durch eine akute monophasische neuromuskuläre Lähmung gekennzeichnet, die symmetrisch und aufsteigend verläuft. Wenn die Atemmuskulatur betroffen ist, kann GBS zum Atemstillstand führen, was eine intensivmedizinische Betreuung erfordert.
• Amyotrophe Lateralsklerose (ALS): Eine vereinzelt spontan auftretende oder vererbte neurodegenerative Erkrankung der ersten und zweiten Motoneurone. Der genaue Mechanismus ist unbekannt, scheint aber multifaktoriell zu sein. Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) ist durch Anzeichen und Symptome gekennzeichnet, die auf die Koexistenz von Degeneration beider Motoneurone hinweisen. Die Diagnose wird klinisch gestellt. Die Therapie ist supportiv und symptomatisch.

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