Die Anatomie und Funktion der Nervenfaser: Ein umfassender Überblick

Das Nervensystem ist ein komplexes Netzwerk, das die Grundlage für die Kommunikation und Koordination im menschlichen Körper bildet. Es ermöglicht uns, unsere Umwelt wahrzunehmen, Informationen zu verarbeiten und entsprechend zu reagieren. Eine zentrale Rolle in diesem System spielen die Nervenfasern, die als "Kabel" dienen, um elektrische Signale zwischen verschiedenen Teilen des Körpers zu übertragen. Dieser Artikel beleuchtet detailliert den Aufbau und die Funktion der Nervenfasern, ihre Klassifizierung und ihre Bedeutung für die Gesundheit.

Das Nervensystem: Eine Einführung

Das Nervensystem ist die zentrale Informations- und Kommunikationsplattform unseres Körpers. Es durchzieht unseren gesamten Organismus und dient der Erfassung, Weiterleitung und Verarbeitung von Informationen. Es koordiniert sämtliche Körperfunktionen und ermöglicht uns, unsere Umwelt wahrzunehmen. Die vom Nervensystem gesammelten Informationen werden in elektrische Impulse umgewandelt und über Nervenfasern mit einer Geschwindigkeit von rund 400 km/h an das Gehirn weitergeleitet. Dort werden sie schließlich verarbeitet und gespeichert. Auf diese Weise werden nicht nur Bewegungsabläufe und die Funktion unserer Organe gesteuert.

Zentrale und periphere Nervensystem

Innerhalb des Nervensystems werden die Nervenfasern aufgrund spezieller Eigenschaften unterteilt. Das Nervensystem als Ganzes lässt sich in verschiedene Bereiche untergliedern: Wird anhand der Lage bzw. des Aufbaus differenziert, ist vom zentralen Nervensystem (ZNS) oder peripheren Nervensystem (PNS) die Rede. Unser Gehirn und das Rückenmark bilden gemeinsam das zentrale Nervensystem, kurz ZNS. Als peripheres Nervensystem werden all jene Nerven zusammengefasst, die nicht zum ZNS gehören.

Somatisches und vegetatives Nervensystem

Erfolgt die Einordnung gemäß der Funktion, spricht die Neurobiologie vom somatischen (willkürlichen) Nervensystem und vom vegetativen (unwillkürlichen) Nervensystem. Viele der Funktionen, die unser Nervensystem übernimmt, können wir bewusst steuern. Auf manches haben wir allerdings keinen Einfluss. Je nachdem, ob unser Körper Reize der Umwelt verarbeitet oder Körperfunktionen im Inneren koordiniert, unterscheidet man zwischen somatischem (willkürlichem) Nervensystem und vegetativem (unwillkürlichem) Nervensystem.

Die Nervenzelle (Neuron): Die Grundeinheit des Nervensystems

Als kleinste funktionelle Einheit bilden die Nervenzellen (med.: Neuron) mit ihren umgebenden Gliazellen die Grundbausteine unseres Nervensystems. Jede einzelne Nervenzelle besteht aus einem Körper und verschiedenen Fortsätzen. Die Neuronen sind für die Reizweiterleitung in unserem Körper verantwortlich. Sie sind sehr spezialisierte Zellen, durch welche die Aufnahme, Weiterleitung und Verarbeitung aller Reize aus der Umwelt erfolgt. Dazu sind die einzelnen Nervenzellen miteinander zu einem großen Netzwerk verschalten.

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Aufbau einer Nervenzelle

Das Neuron lässt sich in unterschiedliche Abschnitte gliedern:

• Dendriten: Die kleinen, meist stark verästelten Dendriten empfangen Signale von anderen Nervenzellen und leiten sie zum Zellkörper weiter. Sie wirken wie Antennen.
• Zellkörper (Soma): Der Zellkörper beinhaltet den Zellkern und ist für den Stoffwechsel der Zelle verantwortlich.
• Axonhügel: Der Axonhügel bildet den Übergang vom Soma zum Axon. Die elektrischen Signale werden hier solange gesammelt und summiert, bis eine bestimmte Schwelle oder ein Schwellenpotential überschritten wird. Erst dann wird ein Signal an das Axon weitergeleitet. Diese Signale nennst du Aktionspotentiale.
• Axon (Neurit): Das längere Axon ist ein Fortsatz der Nervenzelle, der aus dem Axonhügel hervorgeht. Die Aufgabe des Axons ist die Weiterleitung der Aktionspotentiale zu Nerven- oder Muskelzellen.
• Myelinscheide: Damit die Weiterleitung der elektrischen Signale möglichst schnell und ohne Verluste funktioniert, ist das Axon wie ein elektrisches Kabel isoliert. Dazu wird der Fortsatz durch Stütz- oder Hüllzellen umhüllt. Außerhalb von Gehirn und Rückenmark nennst du sie auch Schwann’sche Zellen. Die Myelinscheide umhüllt die Axone.
• Ranviersche Schnürringe: Die Umhüllung ist immer wieder durch freiliegende Axonbereiche unterbrochen. Den nicht-umhüllten Bereich eines Axons nennst du Ranvierschen Schnürring. Hier wird die Erregungsleitung beschleunigt. Denn die Erregung kann auch von einem Schnürring zum nächsten „springend“ weitergeleitet werden.
• Synaptische Endknöpfchen: Die synaptischen Endknöpfchen bilden das Ende eines Neurons. Das elektrische Signal wird hier auf die nächste Nervenzelle oder zum Beispiel auf eine Sinnes- oder Muskelzelle übertragen. Dazu wird das elektrische Signal meist in ein chemisches Signal umgewandelt.

Die Synapse: Schaltstelle der Nervenzelle

An ihrem Ende verzweigt sich das Axon baumartig, die Verzweigungen enden in Endknöpfchen. Sie liegen nahe an den Dendriten der nächsten Nervenzelle. Zwischen den Endknöpfchen der einen Nervenzelle und den Dendriten der nächsten Nervenzelle liegt der sogenannte synaptische Spalt. Er ist 0,000016 bis 0,00003 mm breit und muss zur Übertragung der Reize überbrückt werden. Die Verbindung am Ende einer Nervenzelle mit einer anderen Zelle nennst du Synapse. In den meisten Fällen sind das chemische Synapsen. Das Endknöpfchen setzt chemische Moleküle in den synaptischen Spalt - die Lücke zwischen den zwei Zellen - frei. Dort binden sie an Rezeptoren und geben die Erregung weiter. Hier wird der elektrische Impuls in ein chemisches Signal umgewandelt. Die Überbrückung des synaptischen Spalts übernehmen also Überträgersubstanzen: Botenstoffe, die Neurotransmitter genannt werden. Es gibt mindestens 50 verschiedene Botenstoffe, die der Erregungsleitung zwischen den Neuronen dienen. Zu den bekannten Neurotransmittern gehören zum Beispiel Noradrenalin, Acetylcholin, Dopamin und Serotonin.

Funktion der Nervenzelle

Nehmen wir an, jemand tippt dir von hinten auf die Schulter. Die Dendriten der Nervenzelle leiten den Reiz zum Zellkörper weiter. Die Erregung durch das Antippen ist stark genug, dass am Axonhügel ein Aktionspotential entsteht. 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. Die Moleküle binden an Rezeptoren auf der anderen Seite des Spalts. Das führt zur Entstehung eines elektrischen Signals in der nächsten Zelle. Das Signal wird so über Nervenzellen bis in dein Gehirn geleitet. Dort wird es verarbeitet und das Gehirn erhält das Signal „Du wurdest berührt“.

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 eine lange, schnurähnliche Bahn und Teil der Nervenzelle. Sie ist ein Kabel unseres Körpers, das elektrische Signale leitet und damit Effekte in verschiedenen Organen hervorruft. Nervenfasern sind lange, dünne Fortsätze von Nervenzellen, die elektrische Impulse leiten. Sie bestehen aus einem Axon, das von einer schützenden Myelinscheide umgeben sein kann, die die Leitungsgeschwindigkeit erhöht. Ihre Hauptfunktion ist die Weiterleitung von Signalen zwischen dem Gehirn, dem Rückenmark und verschiedenen Körperteilen.

Markhaltige und marklose Nervenfasern

Zudem gibt es Unterschiede, wie schnell Signale in Nervenfasern weitergeleitet werden. Die Geschwindigkeit kann stark variieren, je nachdem, ob es sich um marklose oder markhaltige Nervenfasern handelt. Entscheidend für diese Einteilung sind die Myelinisierung der Durchmesser der Faser und die Leitungsgeschwindigkeit.

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Marklose Nervenfasern

Marklose Nervenfasern besitzen keine Gliazellen auf dem Axon. Das Axon ist sozusagen nackt. Marklose Nervenfasern führen eine langsame Reizweiterleitung aus. Im Nervenzellkörper wird ein Reiz in ein elektrisches Signal umgewandelt. Dieses führt zu einer Depolarisation der Zellmembran. Ab Erreichen eines bestimmten Schwellenwertes wird am Axonhügel ein Aktionspotenzial ausgelöst. Sobald ein Aktionspotenzial durch eine Stelle der Nervenzelle durchgelaufen ist, muss dort wieder das ursprüngliche Membranpotenzial hergestellt werden. Die Natrium-Kalium-Pumpen werden aktiviert und sorgen für den Ausgleich. Natrium wird aus dem Axon transportiert, Kalium fließt in das Axon. Für diesen Vorgang wird Energie in Form von ATP durch Spaltung verbraucht. Die Axonwand ist regelmäßig mit Natrium-Kalium-Pumpen durchbrochen. Marklose Nervenfasern kommen vorwiegend in wirbellosen Tieren vor. Bei uns Menschen finden wir marklose Nervenfasern zum Beispiel in Magen und Darm.

Markhaltige Nervenfasern

Im Unterschied zu marklosen Nervenfasern sind bei markhaltigen in regelmäßigen Abständen Gliazellen um das Axon gewickelt. Diese bilden Myelinschichten als Isolationsschicht. Eine andere Bezeichnung für diese bestimmte Art der Gliazelle ist schwannsche Zelle. Zwischen benachbarten schwannschen Zellen befindet sich je ein ranvierscher Schnürring. Da eine Änderung des Membranpotenzials nur an den ranvierschen Schnürringen stattfinden kann, erfolgt die Weiterleitung des Aktionspotenzials sprunghaft, auf saltatorische Weise. Bei markhaltigen Nervenfasern besitzt das Axon nur an den ranvierschen Schnürringen die Natrium-Kalium-Ionenpumpen. Durch diese räumliche Begrenzung konzentriert sich die Anzahl auf 12000 pro µm2. So können hohe Konzentrationen an Ionen schneller transportiert werden, ohne jedoch alle Pumpen in Gebrauch zu nehmen. Für Menschen sind markhaltige Nervenfasern für schnelle Reaktionen notwendig. Sie kommen überall im Körper vor. Dabei dienen sie nicht nur schnellen Bewegungen, sondern sind auch im Straßenverkehr für die Achtsamkeit notwendig. Am wichtigsten ist ihre Funktion für Reaktionen auf Gefahrensituationen.

Funktionelle Einteilung der 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: Efferente Nerven leiten elektrische Impulse vom Zentrum (Gehirn, Rückenmark) zur Peripherie, beispielweise zur Skelettmuskulatur. Motorische Nervenfasern leiten Signale vom Gehirn und Rückenmark zu Muskeln und Drüsen und steuern so Bewegungen und Reaktionen des Körpers.
• Afferente Nerven: Afferente Nerven hingegen senden den Reiz von der Peripherie (z. B. Haut) zum Zentrum. Sensorische Nervenfasern leiten Informationen von den Sinnesorganen und -rezeptoren zum Gehirn und Rückenmark. Sie übermitteln Reize wie Berührung, Schmerz, Temperatur und Lageempfinden.
• Gemischte Nerven: Rund die Hälfte der Hirnnerven sind sogenannte gemischte Nerven, d. h. sie enthalten sowohl motorische als auch sensorische Fasern. Die Spinalnerven sind ebenfalls gemischte Nerven.

Klassifizierung der Nervenfasern nach Durchmesser und Leitungsgeschwindigkeit

Die Nervenfasern lassen sich anhand des Aufbaus und der Leitungsgeschwindigkeit verschiedene Typen klassifizieren. So werden dann die Fasern in Typ A, B und C eingeteilt. Untergruppen dieser Typen werden dann durch griechische Buchstaben (z.B. Aα, Aβ, Aγ, Aδ) unterschieden.

• Typ A: 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. 35-75 m/s). 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, die als Typ B eingestuft sind ebenfalls wie alle A-Fasern myelinisiert, leiten aber relativ langsam (ca. 3-15 m/s) im Vergleich, da sie nur weniger als 3 Mikrometer Durchmesser messen.
• Typ C: C-Fasern sind nicht myelinisiert und nur etwa einen Mikrometer im Durchmesser. Sie leiten nur sehr langsam mit einer Geschwindigkeit von circa 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: Erkrankungen der Nervenfasern

Erkrankungen, die die Nervenfasern betreffen, können schwerwiegende Auswirkungen auf die Funktion des Nervensystems haben. Hier sind einige Beispiele:

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• 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): 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): 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.
• Rabiesvirus (Tollwut): Rabiesvirus (Tollwut): eine Virusinfektion, die am häufigsten durch den Biss eines infizierten Tieres auf den Menschen übertragen wird. Das Tollwutvirus befällt vor allem neurales Gewebe und dringt in die peripheren motorischen und sensorischen Nerven ein, um retrograd zum ZNS zu wandern. Koma und Tod. Die Ribonukleinsäure - Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA im Biopsiegewebe, Serum, Liquor oder Speichel gestellt. Es gibt keine wirksame Behandlung für symptomatische Erkrankungen.

Die Hirnnerven: Verbindung zwischen Gehirn und Körper

Die Hirnnerven - zwölf an der Zahl - haben verschiedene Qualitäten:

Hirnnerv	Bezeichnung	Qualität
1.	Nervus olfactorius (Riechnerv)	sensorisch
2.	Nervus opticus (Sehnerv)	sensorisch
3.	Nervus oculomotorius (Augenmuskelnerv)	parasympathisch-motorisch
4.	Nervus trochlearis (Augenmuskelnerv)	motorisch
5.	Nervus trigeminus (Drillingsnerv)	sensibel-motorisch
6.	Nervus abducens (Augenmuskelnerv)	motorisch
7.	Nervus facialis (Gesichtsnerv)	sensorisch-parasympathisch-motorisch
8.	Nervus vestibulocochlearis (Hör- und Gleichgewichtsnerv)	sensorisch
9.	Nervus glossopharyngeus (Zungen-Rachen-Nerv)	sensorisch-parasympathisch-motorisch
10.	Nervus vagus („umherschweifender“ Nerv)	sensorisch-parasympathisch-motorisch
11.	Nervus accessorius (Hals- oder Beinerv)	motorisch
12.	Nervus hypoglossus (Zungennerv)	motorisch

Funktion der Hirnnerven

Die Hirnnerven 1, 2 und 8 sind rein sensorische Nerven, leiten also Reize von Sinnesorganen:

• Der 1. Hirnnerv, Nervus olfactorius (Riechnerv), leitet die von den Sinneszellen der Riechschleimhaut in der Nase aufgenommenen Impulse zum Bulbus olfactorius - dem Riechkolben unterhalb des Frontalhirns.
• Das 2. Hirnnerven-Paar, Nervus opticus (Sehnerv), leitet die Signale der Netzhaut weiter zum Gehirn.
• Das 8. Hirnnerven-Paar, Nervus vestibulocochlearis, ist ein zweiteiliger Nerv: Der sensible Gleichgewichtsnerv, Nervus vestibularis, leitet Sinneserregungen vom Vorhof im Felsenbein zum Gehirn. Der Hörnerv, der Nervus cochlearis, leitet die Erregungen von der Hörschnecke im Innenohr zum Gehirn.

Die Hirnnerven 3, 4 und 6 werden als Augenmuskelnerven bezeichnet:

• Das 3. Hirnnerven-Paar, Nervus oculomotorius, versorgt mit seinem oberen Ast den Muskel, der das Oberlid hebt und den Muskel, der den Augapfel nach oben wendet und ihn dabei leicht nach innen zieht.
• Das 4. Hirnnerven-Paar, Nervus trochlearis, versorgt den Augenmuskel, mit dem die Drehung des Augapfels nach unten innen möglich wird und der Blick nach unten gesenkt werden kann.
• Das 6. Hirnnerven-Paar, Nervus abducens, versorgt den äußeren geraden Augenmuskel, der den Augapfel von der Mittellinie wegführt.

Die übrigen Hirnnerven haben vielfältige Funktionen:

• Der Nervus trigeminus (5. Hirnnerv) versorgt mit seinen drei Ästen und den von diesen abgehenden zahlreichen Nebenästen das Gesicht, die Schleimhaut von Mund und Nase, die Zähne und die Dura mater.
• Der Nervus facialis (7. Hirnnerv) leitet Geschmacksempfindungen von den vorderen zwei Dritteln der Zunge zum Gehirn, führt parasympathische Fasern zu den Unterzungen- und Unterkieferspeicheldrüsen sowie den Tränendrüsen und versorgt willkürliche motorische Fasern alle Muskeln des Gesichts.
• Der Nervus glossopharyngeus (9. Hirnnerv) versorgt mit seinen motorischen Anteilen das Gaumensegel, die Atemwege sowie die oberen Speisewege.
• Der Nervus vagus (10. Hirnnerv) versorgt mit seinen motorischen Anteilen das Gaumensegel, die Atemwege sowie die oberen Speisewege.
• Der Nervus accessorius (11. Hirnnerv) versorgt rein motorisch den Kopfnicker-Muskel (Musculus sternocleidomastoideus) und den Trapezmuskel (M. trapezius).
• Der Nervus hypoglossus (12. Hirnnerv) versorgt die gesamte Zungenmuskulatur.

Probleme mit den Hirnnerven

Verletzungen oder Erkrankungen der verschiedenen Hirnnerven und ihrer Äste können unterschiedlichste Folgen haben - je nachdem, welche Aufgabe die betreffenden Nervenfasern erfüllen. Einige Beispiele:

• Schädigungen des 1. Hirnnerven-Paares, Nervus olfactorius, führen zu Ausfällen beim Geschmacksempfinden.
• Bei Entzündungen des Nervus opticus verschlechtert sich die Sehkraft, wodurch Kleingedrucktes nicht mehr gelesen werden kann.

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