Die von Nerven übertragene Erregung ist ein fundamentaler Prozess im Nervensystem, der die Kommunikation zwischen Nervenzellen und anderen Zellen im Körper ermöglicht. Diese Kommunikation ist essenziell für Funktionen wie Bewegung, Wahrnehmung und Denken. Im Kern basiert die Nervenübertragung auf der Bewegung von elektrischen Signalen durch die Neuronen. Diese Signale entstehen durch eine Änderung der Spannungsdifferenz über die Membran der Nervenzellen, auch bekannt als das Aktionspotenzial.
Grundlagen der Nervenübertragung
Im Nervensystem werden Informationen durch elektrische Impulse, sogenannte Aktionspotenziale, transportiert. Ein Aktionspotenzial entsteht, wenn eine Nervenzelle bei einem bestimmten Schwellenwert depolarisiert wird. Nach der Erzeugung eines Aktionspotenzials breitet sich das Signal entlang des Axons aus. Am Ende des Axons befinden sich Synapsen, die den Raum zwischen zwei Nervenzellen überbrücken.
Synaptische Übertragung
An der Synapse wird das elektrische Signal in ein chemisches Signal umgewandelt. Neurotransmitter, die in synaptischen Vesikeln gespeichert sind, werden in den synaptischen Spalt freigesetzt und binden an Rezeptoren der postsynaptischen Zelle, was zu einer erneuten elektrischen Reaktion führt. Neurotransmitter sind chemische Botenstoffe, die an Synapsen freigesetzt werden, um Informationen von einer Nervenzelle zur nächsten zu übertragen. Ein bekanntes Beispiel für einen Neurotransmitter ist Dopamin. Dopamin ist an der Steuerung der Belohnung und Motivation beteiligt und beeinflusst auch Bewegungen und Stimmung.
Rezeptoren und ihre Vielfalt
Ein vertiefter Blick auf die Nervenübertragung zeigt, dass es verschiedene Arten von Rezeptoren gibt, die auf unterschiedliche Weise auf Neurotransmitter reagieren. Die Rezeptoren können ionotrop oder metabotrop sein:
- Ionotrope Rezeptoren: Diese sind direkt an einen Ionenkanal gekoppelt. Wenn ein Neurotransmitter an einen ionotropen Rezeptor bindet, öffnet oder schließt sich ein Kanal, was zu unmittelbaren Veränderungen im postsynaptischen Potential führt.
- Metabotrope Rezeptoren: Diese beeinflussen Ionenkanäle indirekt durch die Aktivierung von G-Proteinen, die wiederum Signalkaskaden innerhalb der Zelle in Gang setzen können. Diese Reaktion ist langsamer, bietet aber die Möglichkeit für vielfältigere und längeranhaltende Effekte.
Der Aufbau der Nervenübertragung
Der Aufbau der Nervenübertragung ist komplex, aber beim Verständnis der einzelnen Elemente wird deutlich, wie effizient unser Nervensystem arbeitet. Die genaue Struktur ermöglicht die Übertragung lebenswichtiger Signale zwischen Neuronen.
Lesen Sie auch: Diagnose von Schmerzen an der Außenseite des Knies
Synapsen und ihre Rolle
Synapsen spielen eine entscheidende Rolle bei der Nervenübertragung. Sie sind die Verbindungsstellen, an denen ein Neuron mit einem anderen kommuniziert. Bei der Ankunft eines Aktionspotenzials an der präsynaptischen Membran werden Ionenkanäle geöffnet, wodurch Neurotransmitter freigesetzt werden. Diese binden an Rezeptoren der postsynaptischen Membran und lösen eine elektrische Antwort aus.
Bestandteile der Synapse:
- Präsynaptische Membran: Freisetzung von Neurotransmittern
- Synaptischer Spalt: Zwischenraum für Neurotransmitterisierung
- Postsynaptische Membran: Reagiert auf Neurotransmitter
Elektrische vs. Chemische Synapsen
Es werden zwei Arten von Synapsen unterschieden: elektrische und chemische Synapsen.
- Elektrische Synapsen: Hier stehen Prä- und Postsynapse in direktem Kontakt miteinander. Durch den engen Kontakt findet die elektrische Erregungsübertragung verzögerungsfrei statt.
- Chemische Synapsen: Sie sind gekennzeichnet durch einen schmalen Abstand zwischen prä- und postsynaptischer Membran. Der synaptische Spalt ist mit Extrazellularflüssigkeit gefüllt. Die Erregungsübertragung chemischer Signale erfolgt über Botenstoffe bzw. Transmitter.
Die Rolle der Ladung bei der Nervenübertragung
Die Nervenübertragung basiert auf der Umverteilung von Ionen und Ladungen entlang der Nervenzellmembranen. Diese Umverteilung beeinflusst das Membranpotential, das bei einem Schwellenwert ein Aktionspotenzial auslöst.
- Ruhepotential: Durch die unterschiedliche Konzentration von Ionen wie Natrium ((Na^+)) und Kalium ((K^+)) entsteht im Ruhezustand ein stabiler Spannungsunterschied über die Zellmembran.
- Aktionspotential: Wird ein bestimmter Schwellenwert erreicht, öffnen sich Natriumkanäle, wodurch ein Eingang von (Na^+) und eine Umkehrung des Membranpotentials verursacht wird.
- Repolarisation: Anschließend werden Kaliumkanäle geöffnet, was zur Wiederherstellung des Ruhepotentials führt.
Nervenübertragung und Muskelkontraktion
Die Prozesse, die bei der Nervenübertragung beteiligt sind, spielen eine wesentliche Rolle bei der Kontraktion und Steuerung von Muskeln. Eine gründliche Kenntnis dieser Mechanismen ist entscheidend für das Verständnis, wie der Körper Bewegungen koordiniert und ausführt.
Vom Nervensignal zur Muskelkontraktion
Die Übertragung von Nervensignalen auf Muskelfasern ist ein gut abgestimmtes Zusammenspiel zwischen dem Nervensystem und den Muskelzellen. Dieser Prozess beginnt mit der Erzeugung eines Aktionspotenzials im Motoneuron und endet mit der Muskelkontraktion.
Lesen Sie auch: Nurvet Kautabletten Nerven: Die Inhaltsstoffe und ihre Wirkung.
Schritte der Nervenübertragung auf Muskeln:
- Ein elektrisches Signal wird durch das Motoneuron übertragen.
- An der neuromuskulären Endplatte wird das Signal in ein chemisches Signal umgewandelt. Acetylcholin, ein Neurotransmitter, wird in den synaptischen Spalt freigesetzt.
- Acetylcholin bindet an Rezeptoren auf den Muskelfasern und induziert ein Aktionspotenzial in der Muskelfaser.
- Dieses Signal führt zur Freisetzung von Kalziumionen innerhalb der Muskelfasern, was die Kontraktion der Muskelzelle einleitet.
Die Rolle von Acetylcholin
Acetylcholin ist ein Neurotransmitter, der eine zentrale Rolle bei der Übertragung von Nervenimpulsen an Muskelfasern spielt. Essenziell für die Ausbildung von Muskelkraft ist die Fähigkeit, diese Nervenübertragung genau zu steuern. Ein Sportler, der eine Hantel hebt, verlässt sich auf diese präzise Signalübertragung, um den richtigen Kraftaufwand zu erzielen und dadurch die Bewegung erfolgreich auszuführen.
Störungen der Nervenübertragung
Störungen in der Nervenübertragung können Muskelschwäche oder Bewegungsverlust verursachen. Ein bekanntes Beispiel ist die Myasthenia gravis, eine Autoimmunerkrankung, die die Kommunikation an der neuromuskulären Endplatte beeinträchtigt.
EPSP und IPSP: Exzitatorische und Inhibitorische Potentiale
EPSP (exzitatorisches postsynaptisches Potential) und IPSP (inhibitorisches postsynaptisches Potential) sind Abkürzungen für Spannungen, die an der Zellmembran einer Nervenzelle entstehen und die Signalweiterleitung beeinflussen.
- EPSP: Beschreibt die positive Veränderung der Spannung in einer Nervenzelle. Bei dem erregenden Potential steigt die Spannung in der postsynaptischen Zelle, also der Nervenzelle hinter dem synaptischen Spalt, an. Das bedeutet, die Spannung wird positiver.
- IPSP: An einer hemmenden Synapse kommt es zur Entstehung eines inhibitorischen postsynaptischen Potentials. Dabei sinkt die Spannung der postsynaptischen Nervenzelle. Den Vorgang nennst du auch Hyperpolarisation.
Die Summation von Potentialen
Die Synapsen können dabei jeweils erregend oder hemmend sein. Das bedeutet, dass es am Axonhügel des Neurons zu einer Summation aller Potentiale (alle Potentiale zusammengerechnet) kommt. Wenn dabei ein Schwellenwert von ungefähr -50 mV überschritten wird, wird ein sogenanntes Aktionspotential ausgelöst. Das ist notwendig, damit die Nervenzelle das elektrische Signal entlang ihres Axons bis zur nächsten Nervenzelle weiterleiten kann.
Chemische Vorgänge an den Synapsen im Detail
Die chemische Synapse ist ein wichtiges Element der neuronalen Informationsübertragung im menschlichen Nervensystem. Über sie erfolgt die Weiterleitung von Erregungen zwischen Nervenzellen oder zwischen Nervenzellen und anderen Zielzellen, etwa Muskel- oder Drüsenzellen. Ihre besondere Struktur und Wirkweise ermöglicht nicht nur eine präzise Signalübertragung, sondern auch eine feine Modulation der neuronalen Kommunikation, was sie grundlegend für höhere Hirnfunktionen wie Lernen, Gedächtnis oder Wahrnehmung macht. Chemische Synapsen sind spezialisierte Kontaktstellen, an denen eine elektrische Erregung einer Nervenzelle in ein chemisches Signal umgewandelt und an eine benachbarte Zelle weitergegeben wird.
Lesen Sie auch: Warum Eltern manchmal nerven
Struktureller Aufbau
Strukturell besteht eine chemische Synapse aus drei Hauptkomponenten:
- der präsynaptischen Endigung: Sie enthält Vesikel mit Neurotransmittern, die bei Erregung freigesetzt werden.
- dem synaptischen Spalt: Diesen überqueren die freigesetzten Neurotransmitter.
- der postsynaptischen Membran: Diese enthält spezifische Rezeptoren für die Neurotransmitter.
Physiologische Abläufe
Die physiologischen Abläufe an einer chemischen Synapse sind hochkomplex und in mehreren aufeinander abgestimmten Schritten organisiert.
- Aktionspotential erreicht das präsynaptische Endknöpfchen: Die Depolarisation führt zur Öffnung spannungsabhängiger Calciumkanäle.
- Calciumionen strömen ins Zellinnere: Sie binden dort an das Protein Synaptotagmin.
- Kaskade von Prozessen: Dies löst eine Kaskade aus, an der unter anderem die SNARE-Proteine Syntaxin, SNAP-25 und Synaptobrevin beteiligt sind.
- Verschmelzung der Vesikelmembran: Diese Proteine vermitteln die Verschmelzung der Vesikelmembran mit der präsynaptischen Membran, sodass die enthaltenen Neurotransmitter in den synaptischen Spalt freigesetzt werden.
- Neurotransmitter diffundieren: Die freigesetzten Neurotransmitter diffundieren über den synaptischen Spalt und binden an Rezeptoren auf der postsynaptischen Membran.
Rezeptortypen
Dabei gibt es grundsätzlich zwei Rezeptortypen: ionotrope und metabotrope.
- Ionotrope Rezeptoren: Sind ligandengesteuerte Ionenkanäle, die sich bei Bindung des Transmitters öffnen und unmittelbar Ionen durchlassen. Der einströmende Ionenfluss verändert das Membranpotenzial: Wird es depolarisiert, spricht man von einem exzitatorischen postsynaptischen Potenzial (EPSP), bei Hyperpolarisation entsteht ein inhibitorisches postsynaptisches Potenzial (IPSP).
- Metabotrope Rezeptoren: Sind nicht direkt an Ionenkanäle gekoppelt. Sie aktivieren intrazelluläre Signalwege, die indirekt Ionenkanäle beeinflussen oder andere zelluläre Prozesse modulieren.
Inaktivierung der Transmitter
Nach der Bindung an ihre Rezeptoren werden die Transmitter inaktiviert, um die Signalwirkung zu beenden. Dies geschieht durch enzymatischen Abbau (zum Beispiel durch Acetylcholinesterase), Wiederaufnahme in die Präsynapse (Reuptake, etwa bei Serotonin oder Dopamin) oder durch Aufnahme in Gliazellen.
Unidirektionalität und Geschwindigkeit
Ein zentrales Merkmal chemischer Synapsen ist ihre Unidirektionalität. Dies bedeutet, dass das Signal immer von der Präsynapse zur Postsynapse läuft. Die Verarbeitung an chemischen Synapsen erfolgt mit einer Verzögerung von wenigen Millisekunden, was für die meisten neuronalen Prozesse ausreichend schnell ist.
Neurotransmitter und ihre spezifischen Rollen
Chemische Synapsen lassen sich anhand des verwendeten Neurotransmitters in verschiedene Typen einteilen. Jeder Transmitter wirkt über spezifische Rezeptoren und erfüllt charakteristische Aufgaben im zentralen und peripheren Nervensystem.
Cholinerge Synapsen
Cholinerge Synapsen verwenden Acetylcholin als Neurotransmitter. Dieser wird entweder im Zellkörper oder direkt im Axonterminal synthetisiert und in Vesikeln gespeichert. Neben der Skelettmuskulatur spielt Acetylcholin auch im parasympathischen Nervensystem eine bedeutende Rolle: Hier wirkt es auf muskarinerge Rezeptoren an Zielorganen wie Herz, Magen-Darm-Trakt oder Speicheldrüsen. Im zentralen Nervensystem ist es unter anderem im basalen Vorderhirn aktiv und an Prozessen wie Aufmerksamkeit, Lernen und Gedächtnis beteiligt.
Glutamaterge Synapsen
Glutamat ist der wichtigste exzitatorische Neurotransmitter im zentralen Nervensystem. Glutamat wirkt über mehrere Rezeptortypen, darunter die AMPA-Rezeptoren (schnell aktivierend) und die NMDA-Rezeptoren, die spannungs- und ligandengesteuert sind und vor allem bei der Langzeitpotenzierung (LTP) eine Rolle spielen. Ein Übermaß an Glutamat kann jedoch toxisch wirken und zu neuronalen Schäden führen. Diese Phänomen bezeichnet man als Exzitotoxizität.
GABAerge Synapsen
Die GABAerge Synapse nutzt γ-Aminobuttersäure (GABA) als Transmitter und ist der wichtigste hemmende Mechanismus im ZNS. Diese inhibitorische Wirkung stabilisiert das neuronale Gleichgewicht und verhindert Übererregung. Viele Medikamente wie Benzodiazepine, Barbiturate oder Alkohol verstärken GABAerge Wirkungen.
Glycinerge Synapsen
Glycin ist ein weiterer hemmender Transmitter, der vor allem im Rückenmark und Hirnstamm aktiv ist. Sie sind entscheidend für die Koordination von Muskelaktivitäten, zum Beispiel bei reflektorischen Bewegungen. Die Blockade von glycinergen Rezeptoren durch Stoffe wie Strychnin führt zu spastischen Krämpfen, da hemmende Signale unterdrückt werden.
Dopaminerge Synapsen
Dopamin ist ein biogenes Amin mit vielfältigen Wirkungen im ZNS. Das nigrostriatale System ist essenziell für motorische Kontrolle. Dopamin wirkt über D1- bis D5-Rezeptoren, die alle metabotrop sind.
Serotonerge Synapsen
Serotonin (5-Hydroxytryptamin, 5-HT) ist ein weiterer modulierender Neurotransmitter mit essentieller Bedeutung für Stimmung, Schlaf-Wach-Rhythmus, Appetit und Schmerzverarbeitung. Die Wirkung erfolgt über eine Vielzahl von Rezeptortypen (mindestens 14 Subtypen), die sowohl ionotrop als auch metabotrop sein können. Ein Mangel an Serotonin wird mit Depression, Angststörungen und Migräne in Verbindung gebracht.
Adrenerge Synapsen
Adrenerge Synapsen verwenden Noradrenalin (Norepinephrin) oder Adrenalin (Epinephrin). Im sympathischen Nervensystem ist Noradrenalin der Haupttransmitter in postganglionären Neuronen und reguliert Funktionen wie Herzfrequenz, Blutdruck und Bronchodilatation. Im ZNS beeinflussen adrenerge Systeme Wachheit, Aufmerksamkeit und Stressreaktionen.
Neuropeptide
Neuropeptide wirken meist als Co-Transmitter und modulieren die Wirkung klassischer Transmitter. Substanz P vermittelt Schmerzreize im Rückenmark. Endorphine binden an Opioidrezeptoren und hemmen die Schmerzleitung. Hierbei handelt es sich um einen Mechanismus, der auch bei der Wirkung von Morphin genutzt wird.
Manipulation der Reizweiterleitung durch Drogen
Verschiedene Substanzen und Drogen können die Reizweiterleitung an Synapsen beeinflussen und somit die normale Funktion des Nervensystems stören.
Nikotin
Nikotin aktiviert postsynaptische Rezeptoren und öffnet dadurch Natriumkanäle. Dies hat eine erregende Wirkung auf den Körper und selbst schwächere Signale können bereits eine Depolarisation auslösen.
Kokain
Kokain bewirkt, dass der Botenstoff Dopamin ohne ein elektrisches Signal in den synaptischen Spalt gelangt. Dopamin spielt eine Rolle bei der Motivations- und Emotionsregulation und ist auch als Botenstoff des Glücks bekannt. Die Wiederaufnahme in den präsynaptischen Teil wird außerdem verhindert. Dadurch ist ein Vielfaches der normalen Botenstoffmenge im synaptischen Spalt vorhanden und die nachfolgende Zelle wird dauergereizt.
Synapsengifte
Es gibt verschiedene Synapsengifte, die, je nach Art des Gifts, in allen Teilen der Synapse (Präsynapse, synaptischer Spalt, Postsynapse) wirken können. Sie beeinflussen die Erregungsübertragung also auf unterschiedliche Weise.
tags: #von #nerven #übertragene #erregung #definition