Nervenzelle: Definition, Funktion und Aufbau

Ständig gereizt? Diese Frage würden unsere Nervenzellen wohl eindeutig mit Ja beantworten. Doch auch wenn sie dauernd unter Strom stehen, ist von Chaos im Nervensystem keine Spur. Mit höchster Präzision und Schnelligkeit arbeiten Milliarden von Nervenzellen koordiniert zusammen, um Informationen auszutauschen und uns so Handlungen, Gedanken und Emotionen zu ermöglichen. Die Nervenzelle, medizinisch Neuron genannt, ist die grundlegende funktionelle Einheit des Nervensystems. Sie ist eine hochspezialisierte Zelle, die der Aufnahme, Weiterleitung und Verarbeitung von Nervenimpulsen dient, was auch als Erregungsleitung bezeichnet wird. Neuronen sind für die Kommunikation zwischen den verschiedenen Teilen des Nervensystems verantwortlich und ermöglichen so die Koordination und Steuerung aller körperlichen und geistigen Prozesse. Damit die Nervenzellen ihre Funktion als Kommunikationsspezialisten gut erfüllen können, sind sie zu einem großen Netzwerk, dem Nervensystem, zusammengeschaltet. Allein in unserem Gehirn, dem Schalt- und Kontrollzentrum des Nervensystems, sind Schätzungen zufolge rund 86 Milliarden Neuronen im Einsatz.

Neuronale Grundlagen: Was ist eine Nervenzelle?

Was passiert eigentlich in deinem Gehirn, wenn du eine neue Idee hast oder blitzschnell auf eine heiße Herdplatte reagierst? Hinter jeder Bewegung, jedem Gedanken und Gefühl stecken Milliarden winziger Baumeister: die Neuronen. Das Neuron - oft auch Nervenzelle genannt - ist die grundlegende, spezialisierte Bau- und Funktionseinheit unseres Nervensystems. Es ist darauf ausgelegt, Informationen im Körper zu empfangen, weiterzuleiten und zu verarbeiten. Ohne Neuronen gäbe es keine bewusste Wahrnehmung, kein Gedächtnis und keine Muskulatur, die auf Befehle reagiert. Die komplexen Funktionen des Nervensystems, wie Wahrnehmung, Denken, Gedächtnis, Bewegungskoordination und viele andere kognitive und motorische Prozesse, werden durch Neuronen ermöglicht.

Der Aufbau einer Nervenzelle im Detail

Der Aufbau einer Nervenzelle ist komplex und faszinierend zugleich. Wer ein Neuron betrachtet, entdeckt schnell: Diese Zellen sind wahre Spezialisten mit klar gegliedertem Aufbau. Nimm eine berühmte bildhafte Analogie: Stell dir einen Baum vor - sein Stamm ist der Zellkörper, die Wurzeln und Äste stehen für Dendriten, und der lange, schlanke Ast repräsentiert das Axon. Ein Neuron besteht aus mehreren charakteristischen Abschnitten:

• Soma (Zellkörper): Der Zellkörper der Nervenzelle, auch Soma genannt, ist das runde beziehungsweise ovale Zentrum der Zelle. Er enthält den Zellkern (Nukleus) mit den genetischen Informationen sowie alle Zellorganellen, die für die Funktionsfähigkeit der Zelle wichtig sind, darunter Nissl-Schollen, Golgi-Apparat und Mitochondrien. Hier laufen lebenswichtige Vorgänge wie Proteinsynthese und Stoffwechsel ab - das Gehirn des Neurons, wenn du so willst. Von letzteren ist das Neuron aufgrund seines hohen Energiebedarfs in besonderem Maße abhängig. Der Bereich zwischen dem Soma und dem Axon wird als Axonhügel bezeichnet.

• Dendriten: Dendriten sind kurze, feine Verästelungen des Zellkörpers (sog. Zellfortsätze), die vom Soma ausgehen. Sie sind oft stark verzweigte Fortsätze, die vom Soma abzweigen. Sie dienen als Empfänger für Signale von anderen Neuronen oder sensorischen Rezeptoren. Sie empfangen deren Signale über Synapsen mit anderen Nervenzellen in Kontakt stehen und leiten sie anschließend an den Zellkörper weiter. Ihre Hauptaufgabe: Informationen aus der Umgebung aufnehmen - wie Mikrofone, die jedes Flüstern aus der Nachbarschaft erfassen. Dendriten stellen also gewissermaßen die Antennenregion der Nervenzelle dar.

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• Axon: Als Axon bzw. Neurit wird der Neuron Fortsatz bezeichnet, der aus dem Axonhügel hervorgeht. Das Axon ist oft der längste Teil der Nervenzelle. Es ist ein langer Fortsatz, der vom Soma ausgeht und Signale von diesem weg transportiert. Über dieses "Nervenfaserkabel" werden elektrische Signale vom Zellkörper fortgeleitet - manchmal über Entfernungen von mehr als einem Meter! Ein Axon kann sich dabei zu mehreren Endverzweigungen aufsplitteten, an deren Spitzen die Synapsen sitzen. Es dient gewissermaßen als Übertragungskabel für elektrische Impulse, die vom Neuron erzeugt werden und kann sich über große Entfernungen erstrecken. Die Aufgabe des Axons ist die Weiterleitung der Aktionspotentiale zu Nerven- oder Muskelzellen.

• Axonhügel: Am Übergang vom Soma ins Axon sitzt der Axonhügel. Hier werden die einkommenden elektrischen Impulse gesammelt und verrechnet, bis sie eine bestimmte Schwelle überschreiten. Hier werden alle eintreffenden elektrischen Signale gesammelt und „entschieden“, ob sie als Aktionspotenzial weitergeleitet werden. Haben sie das sogenannte Schwellenpotenzial erreicht, wird der Reiz (Aktionspotenzial) über das Axon zur nächsten Zelle weitergeschickt.

• Myelinscheide: Das Axon ist meistens von einer Myelinscheide umgeben, die überwiegend aus Lipiden und Proteinen besteht. Viele Axone werden von einer fettreichen Schicht, der Myelinscheide, umhüllt. Sie bildet, ähnlich wie bei einem Stromkabel, eine Art Isolierschicht um das Axon und ermöglicht somit die Saltatorische Erregungsleitung. Sie funktioniert wie die Isolierung bei einem Stromkabel und steigert die Geschwindigkeit der Signalweiterleitung enorm: Signale "springen" von einem Ranvierschen Schnürring zum nächsten - das nennt man saltatorische Erregungsleitung. Entlang des Axons ist die Myelinscheide immer wieder durch freiliegende Axonbereiche, die sogenannten Ranvierschen Schnürringe, unterbrochen. Diese Unterbrechungen ermöglichen es dem elektrischen Impuls, über längere umhüllte Bereiche zu springen und so eine höhere Geschwindigkeit zu erlangen. Im Körper findet man auch Axone ohne Myelinscheiden. Axone ohne Myelinscheide leiten langsamer und finden sich vor allem im Gehirn.

• Schwannsche Zellen: Schwannsche Zellen sind Stütz- und Hüllzellen der Neuronen im peripheren Nervensystem. Sie sind nicht direkt an der Reizweiterleitung beteiligt, sondern haben die Aufgabe, die Nervenzelle zu stabilisieren und zu ernähren. Als Myelinscheide oder Markscheide wird die von Schwannschen Zellen gebildete elektrische Isolationsschicht bezeichnet. Wie ein Verband legt sie sich um das Axon der Neuronen des peripheren Nervensystems herum und sorgt so nicht nur für deren Schutz, sondern auch für die Beschleunigung der Erregungsleitung. Im zentralen Nervensystem (ZNS), also dem Gehirn und Rückenmark, werden die Nervenzellen ebenfalls von einer Myelinscheide umgeben.

• Synaptische Endknöpfchen: Synaptische Endknöpfchen bilden das Ende der Nervenzelle. Am Ende des Axons stehen die Synapsen. Hier geschieht die Umwandlung des elektrischen Reizes in ein chemisches Signal. Jedes Element im Aufbau einer Nervenzelle ist auf Effizienz getrimmt. Am Ende des Axons sitzen synaptische Endknöpfe. Hier geschieht die Umwandlung des elektrischen Reizes in ein chemisches Signal. An den Synapsen werden die Erregungen in chemische Reaktionen übertragen, die es ermöglicht, diese Erregungen weiterzugeben.

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Funktion der Nervenzelle: Reizaufnahme, -weiterleitung und -verarbeitung

Die Aufgabe eines Neurons ist es, Informationen im Körper zu empfangen, zu verarbeiten und weiterzuleiten. Neuronen funktionieren dabei wie biologische Kabel: Sie nehmen Reize (zum Beispiel Berührung, Licht, Geräusche) auf und wandeln sie in elektrische Signale um. Diese Signale werden über das Axon zur nächsten Zelle oder ins Gehirn transportiert. Durch diese Kommunikation steuern Neuronen unzählige Prozesse - von simplen Reflexen bis zu komplexem Denken, Erinnern und Lernen. Die Signalübertragung im Neuron beginnt mit der Aufnahme eines Reizes durch die Dendriten. Dieser Reiz erzeugt kleine elektrische Änderungen an der Zellmembran. Überschreitet die Summe dieser Änderungen am Axonhügel einen Schwellenwert, entsteht ein Aktionspotenzial - eine Art elektrischer Impuls. Dieser Impuls „springt“ dank der Myelinscheide sehr schnell von Schnürring zu Schnürring das Axon entlang bis zu den synaptischen Endknöpfchen. An der Synapse angekommen, wird das elektrische Signal meist in ein chemisches Signal, einen sogenannten Neurotransmitter, umgewandelt. Dieser überquert den synaptischen Spalt und löst in der nächsten Zelle ein neues elektrisches Signal aus. Ständig gereizt? Diese Frage müssten unsere Nervenzellen wohl eindeutig mit ja beantworten. Doch auch wenn sie dauernd unter Strom stehen, ist von Chaos im Nervensystem keine Spur. Mit höchster Präzision und Schnelligkeit arbeiten Milliarden von Nervenzellen koordiniert zusammen, um Informationen auszutauschen und uns so Handlungen, Gedanken und Emotionen zu ermöglichen.

Signalübertragung im Detail

Zahlreiche Antennen und ein leistungsstarkes Datenkabel machen es möglich, dass Nervenzellen in Windeseile untereinander und mit anderen Körperzellen kommunizieren. Wichtige Schaltstellen bilden hierbei die Synapsen, deren Anzahl je nach Zelltyp zwischen genau einer und über 100.000 variieren. Trifft nun ein elektrisches Signal über das Axon am Nervenende ein, erhöht sich die elektrische Spannung an der präsynaptischen Membran, d. h. In der Folge bewegen sich mit Neurotransmittern gefüllte synaptische Vesikel in Richtung der Membran und verschmelzen mit ihr. Dabei werden die Botenstoffe in den synaptischen Spalt abgegeben und „wandern“ zur Empfängerzelle. Elektrisch geladene Teilchen strömen in die Zelle ein und verändern die Spannung der Empfänger Zelle (postsynaptisches Potenzial). Der entstehende Reiz wird anschließend über die Dendriten und dem Zellkörper zum Axonhügel weitergeleitet, wo bei einem ausreichend starken elektrischen Impuls ein Aktionspotenzial ausgelöst wird. Anschließend schließen sich die Natriumkanäle wieder. Die Spannung sinkt zurück auf das Ruhepotenzial (sogenannte Repolarisation). Nach dem Alles-oder-nichts-Gesetz lässt eine Erregung bei Überschreitung des Schwellenpotenzials immer ein Aktionspotenzial in gleicher Form, Größe und Dauer entstehen. Daher ist nicht die Größe des Aktionspotenzials für die Kommunikation der Nervenzellen entscheidend, sondern die Anzahl der Impulse pro Zeiteinheit (Frequenz). Dabei ist es wichtig, dass nach jeder Depolarisation mithilfe der Natrium-Kalium-Pumpe das Ruhepotenzial wieder hergestellt wird.

Das Aktionspotenzial: Die "Stromwelle" der Nervenzelle

Das Aktionspotenzial ist ein kurzer, elektrischer Impuls, der von der Nervenzelle erzeugt wird, wenn ein Reiz stark genug ist. Man kann es sich als eine Art 'Stromwelle' vorstellen, die das Axon entlangläuft. Das Aktionspotenzial sorgt dafür, dass Informationen auch über weite Strecken sehr schnell und zuverlässig innerhalb des Nervensystems übermittelt werden.

Synapsen: Schaltstellen der Kommunikation

Gefühlt bist du ununterbrochen online - dank Synapsen sind Neuronen das auch. Sie sind die Schaltstellen, an denen Informationen von einer Nervenzelle zur nächsten weitergegeben werden. Am Ende des Axons stehen die Synapsen. Jedes Element im Aufbau einer Nervenzelle ist auf Effizienz getrimmt.

Was passiert an der Synapse?

Am Ende des Axons sitzt die präsynaptische Endigung und trifft auf die postsynaptische Membran der nächsten Zelle. Sobald ein Aktionspotenzial die präsynaptische Endigung erreicht, öffnen sich Calciumkanäle - durch den Einstrom von Calciumionen werden gespeicherte Bläschen (Vesikel) mit Neurotransmittern ausgeschüttet. Diese Neurotransmitter werden anschließend in den synaptischen Spalt freigesetzt und binden an spezifische Rezeptoren auf der Membran der Zielzelle. Zu den Neurotransmittern gehören eine Reihe chemischer Botenstoffe wie z. B. Acetylcholin, Noradrenalin, Dopamin oder Glutamat. Diese werden in chemischen Synapsen in kleinen Bläschen, den synaptischen Vesikeln, gelagert. In seltenen Fällen (z. B.

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Neurotransmitter: Chemische Botenstoffe der Nervenzellen

Meist wird das elektrische Potenzial dazu in sogenannten Neurotransmitter (Nervenbotenstoffe) „umgewandelt“. 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.

Klassifikation von Nervenzellen: Vielfalt im Nervensystem

Nicht alle Neuronen sehen gleich aus oder übernehmen dieselben Aufgaben. Die Evolution hat eine beeindruckende Palette an Nervenzelltypen hervorgebracht - spezialisiert auf die unterschiedlichsten Funktionen. In der Neurobiologie können Nervenzellen nach verschiedenen Charakteristika eingeteilt werden. Die Klassifikation von Nervenzellen erfolgt auf unterschiedliche Weise, basierend auf Beobachtungen einzelner Zellen oder den ihnen zugeordneten Eigenschaften in Zellverbänden. Du kannst die Nervenzellen anhand von verschiedenen Kriterien in Gruppen einteilen.

Morphologische Klassifikation

In Bezug auf die Morphologie werden Nervenzellen in verschiedene Typen unterteilt, abhängig von ihrer äußeren Form und Struktur. Hierzu gehören zum einen:

• Unipolare Nervenzelle: Neuron mit einem Fortsatz (Axon); lange wurden die Sinneszellen der Augen dazu gezählt. Unipolare Nervenzellen sind in der Lage, sensorische Informationen von der Peripherie zum Zentralnervensystem zu leiten.
• Bipolare Nervenzelle: Neuron mit zwei separaten Fortsätzen (Axon und Dendrit); dient der Vermittlung bestimmter Sinne (z. B.
• Pseudounipolare Nervenzelle: Neuron, bei dem Dendrit und Axon aus einem gemeinsamen Fortsatz in der Nähe des Zellkörpers entspringen (z. B. Typisch für das periphere Nervensystem sind pseudounipolare Nervenzellen, die sensorische Signale von den Rezeptoren zum Zentralnervensystem weiterleiten.
• Multipolare Nervenzelle: Neuron mit vielen Dendriten und einem Axon; multipolare Nervenzellen gehören zu den am häufigsten vorkommenden Nervenzellen (z. B. Der am häufigsten vorkommende Typ von Neuronen sind jedoch multipolare Nervenzellen. Diese sind für komplexe Verarbeitungsprozesse und motorische Steuerung verantwortlich. Beispiele für multipolare Neuronen: Pyramiden- und Purkinje-Zellen.
• Apolare Nervenzellen: Apolare Nervenzellen hingegen weisen weder ein Axon noch Dendriten auf. Diese sind noch nicht entwickelt und haben daher noch keine Polarität.

Funktionelle Klassifikation

Eine andere Möglichkeit zur Klassifikation ist die Betrachtung der Funktion der Neuronen.

• Sensorische (afferente) Neuronen: Sie leiten Sinnesreize von Haut, Organen oder Sinnesorganen zum Gehirn und Rückenmark.
• Motorische Nervenzellen: Motorische Nervenzellen sind für die Steuerung von Bewegungen verantwortlich, sowohl im somatomotorischen Bereich als auch im vegetativen Bereich, wo sie viszeromotorisch wirken und den sympathischen oder parasympathischen Zweig des autonomen Nervensystems regulieren.
• Interneuronen: Interneuronen vernetzen verschiedene Neuronen untereinander - sie sind das „Schaltzentrum“ im zentralen Nervensystem und machen komplexe Reaktionen und Denkprozesse erst möglich.

Neuronale Netzwerke und Plastizität

Sobald einzelne Neuronen in riesigen Netzen zusammenarbeiten, entfaltet sich das eigentliche Wunder: das Gehirn als adaptive Steuerzentrale. Neuronen bilden keine Einzelkämpfer, sondern verschalten sich zu hochkomplexen Netzwerken. Jeder Gedanke, jede Erinnerung, jeder Lerneffekt basiert darauf, dass Verbindungen (Synapsen) angepasst, verstärkt oder gelöscht werden. Ein bemerkenswerter Aspekt der Neuronen ist ihre Plastizität. Diese bezeichnet die Fähigkeit der Neuronen, sich an Veränderungen anzupassen. Plastizität ermöglicht es den Neuronen, sich durch wiederholte Aktivierung und Lernprozesse zu verändern und Verbindungen zu verstärken / abzuschwächen oder neue Verbindungen auszubilden.

Reflexbogen: Ein Beispiel für praktische Netzwerke

Ein Reflex (z. B. der Kniesehnenreflex beim Arzt) zeigt, wie direkt ein Signal vom Sinnesrezeptor übers Rückenmark direkt zum Muskel durchgeschaltet wird - ganz ohne bewusste Steuerung.

Gliazellen: Die unterstützenden Zellen des Nervensystems

Gliazellen sind selbst nicht direkt an der Reizweiterleitung beteiligt, im menschlichen Nervensystem erfüllen sie aber dennoch äußerst wichtige Funktionen. 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.

Arten von Gliazellen

Es gibt verschiedene Arten von Gliazellen, die jeweils spezifische Funktionen im Nervensystem erfüllen:

• Astrozyten: Astrozyten versorgen Neuronen mit Nährstoffen und induzieren die Bildung von endothelialen Tight Junctions, die eine wichtige Rolle für Blut-Hirn-Schranke spielen. Sie füllen auch den Extrazellularraum des ZNS aus. Sie können identifiziert werden, weil sie im Gegensatz zu anderen ausgereiften Gliazellen saures Gliafaserprotein (GFAP) exprimieren. Astrozyten übernehmen auch die Pufferung extrazellulärer Ionenkonzentrationen (z.B. Freisetzung neuroaktiver Moleküle (z.B.
• Oligodendrozyten: Im ZNS produzieren und erhalten Oligodendrozyten die Myelinscheide.
• Ependymzellen: Ependymzellen kommen nur im ZNS und in kleinen Subarachnoidalräumen vor. Sie übernehmen dort eine epithelähnliche Funktion.
• Mikroglia:
• Schwann-Zellen: Schwann-Zellen umgeben die Fortsätze von Nervenzellen und isolieren sie von benachbarten Zellen und der extrazellulären Matrix, indem sie eine lipidreiche Myelinscheide bilden, die eine schnelle Weiterleitung von Nervenimpulsen gewährleistet.
• Mantelzellen: Mantelzellen ähneln Schwann-Zellen, umgeben jedoch die Zellkörper der Nervenzellen. Mantelzellen bedecken die Somata von Neuronen im PNS.

Klinische Relevanz: Erkrankungen des Nervensystems

Was passiert, wenn die Kommunikation im neuronalen Netzwerk gestört ist? Störungen der Struktur oder Funktion von Nervenzellen können zu einer Vielzahl neurologischer Erkrankungen führen. Hier sind einige Beispiele:

• Multiple Sklerose (MS): Eine chronische, entzündliche Autoimmunerkrankung, die zur Zerstörung von Oligodendrozyten und somit Demyelinisierung von Nerven im ZNS führt, was zur Schädigung und Degeneration von Axonen führt. Die Übertragung von Aktionspotentialen wird beeinträchtigt. Das klinische Erscheinungsbild ist sehr unterschiedlich, umfasst jedoch typischerweise neurologische Symptome, die das Sehvermögen, die motorischen Funktionen, die Sensorik und die autonomen Funktionen beeinflussen. Die Diagnose erfolgt in der Regel durch Magnetresonanztomographie (MRT) des gesamten ZNS und Untersuchung des Liquors.
• 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.
• Parkinson-Krankheit: Die Parkinson-Krankheit ist gekennzeichnet durch einen Ruhetremor der Gliedmaßen, insbesondere in den Händen, Starrheit/Steifigkeit in allen Muskeln (Rigor), langsame Bewegung (Bradykinesie), Unfähigkeit zur Einleitung einer Bewegung (Akinesie), Beeinträchtigung des Stehens (posturale Instabilität) Mangel an spontanen Bewegungen, kleinschrittiger Gang, undeutliche Sprache und Langsamkeit des Denkens.
• 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. Es gibt keine wirksame Behandlung für symptomatische Erkrankungen.
• Morbus Alzheimer: Hier sterben bestimmte Nervenzelltypen im Gehirn ab, die Folge sind Gedächtnisprobleme bis hin zum vollständigen Verlust der Selbstständigkeit.

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