Das Nervensystem der Tiere weist eine faszinierende Entwicklung von einfachen zu hochkomplexen Strukturen auf. Bei diesem System sind die Nervenzellen (Neuronen) netzartig über den gesamten Körper verteilt und durch Fortsätze miteinander verbunden. Diese komplexe Struktur des Nervensystems bei höheren Tieren ermöglicht eine präzise Steuerung von Körperfunktionen und eine effektive Anpassung an Umweltbedingungen.
Einführung in das Nervensystem
Das Nervensystem ist ein komplexes Netzwerk, das im gesamten tierischen Organismus vorhanden ist. Es ermöglicht die Aufnahme, Verarbeitung und Weiterleitung von Informationen, die für die Steuerung von Körperfunktionen und die Anpassung an die Umwelt unerlässlich sind. Bei Wirbeltieren lässt sich das Nervensystem in zwei Hauptkomponenten unterteilen: das zentrale Nervensystem (ZNS) und das periphere Nervensystem (PNS). Das ZNS besteht aus Gehirn und Rückenmark, während das PNS die Nerven umfasst, die sich vom ZNS in den Rest des Körpers erstrecken.
Funktionell wird das Nervensystem in das somatische und das vegetative Nervensystem unterteilt. Das somatische Nervensystem ist für die willkürliche Steuerung der Skelettmuskulatur und die Verarbeitung sensorischer Informationen aus der Außenwelt zuständig. Das vegetative Nervensystem hingegen reguliert unwillkürliche Körperfunktionen wie Atmung, Verdauung und Herzfrequenz.
Aufbau des Nervensystems
Das Nervensystem der Wirbeltiere zeigt einen völlig anderen Bauplan als die bisher besprochenen Nervensysteme. Es lässt sich morphologisch in das Zentralnervensystem (Gehirn und Rückenmark) und das periphere Nervensystem (Hirnnerven, Rückenmarksnerven und periphere Ganglien) einteilen. Funktionell unterscheidet man das animale oder somatische N., zur Regelung der Beziehung des Organismus zur Außenwelt und der willkürlichen und unwillkürlichen Motorik, und das vegetative oder autonome N., zur Regelung der Vitalfunktionen (Atmung, Verdauung, Stoffwechsel, Sekretion, Wasserhaushalt und viele andere).
Zentralnervensystem (ZNS)
Das ZNS besteht aus Gehirn und Rückenmark und wird vom knöchernen Schädel und dem Wirbelkanal geschützt. Es ist als Kontrollzentrum des Körpers für alle zentralen und höheren kognitiven Funktionen verantwortlich. Aufgabe des ZNS ist es, Informationen aus der Peripherie zu empfangen, sie zu verarbeiten und Befehle für passende Reaktionen auszusenden. Signalverarbeitung, Denken, Fühlen und Erinnern, aber auch überlebenswichtige Funktionen wie die Atmung, Herzschlag und Bewegungskoordination wären ohne das zentrale Nervensystem nicht möglich.
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Peripheres Nervensystem (PNS)
Die im ganzen Körper verteilten Nervenfasern des peripheren Nervensystems senden Informationen an das ZNS. Dabei handelt es sich beispielsweise um wichtige Signale aus Muskel- und Sinneszellen, aber auch um überlebenswichtige Schmerzsignale, die sofortiges Handeln erfordern. Signale aus dem ZNS werden wiederum durch periphere Nervenbahnen an Muskelzellen übertragen. PNS und ZNS können nicht getrennt voneinander arbeiten oder existieren. Das PNS besteht aus 12 Hirnnerven und 31 Spinalnerven, die dem Rückenmark entspringen.
Das Somatische Nervensystem im Detail
Das somatische Nervensystem empfängt über afferente Nervenbahnen Sinnesinformationen und sendet über efferente Nervenbahnen die vom ZNS erhaltenen Signale zur Steuerung der Skelettmuskeln aus. Zudem ist das somatische Nervensystem für die Aufrechterhaltung der Homöostase, des Gleichgewichts des inneren Milieus und der Systeme im Körper, zuständig.
Afferente Nervenbahnen
Afferente Nervenbahnen leiten sensorische Informationen aus der Peripherie zum ZNS. Diese Informationen können aus verschiedenen Quellen stammen, wie z.B. Sinnesorganen (Haut, Augen, Ohren), Muskeln und Gelenken. Die sensorischen Informationen werden im ZNS verarbeitet und zur Steuerung von Bewegungen und zur Anpassung an die Umwelt verwendet.
Efferente Nervenbahnen
Efferente Nervenbahnen leiten motorische Signale vom ZNS zu den Skelettmuskeln. Diese Signale steuern die Kontraktion der Muskeln und ermöglichen so willkürliche Bewegungen. Die efferenten Nervenbahnen des somatischen Nervensystems sind myelinisiert, was eine schnelle und effiziente Übertragung der Signale ermöglicht.
Homöostase
Das somatische Nervensystem spielt auch eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Homöostase. Es reguliert die Körpertemperatur, den Blutdruck und die Atmung. Zudem ist es an der Steuerung von Reflexen beteiligt, die den Körper vor Schäden schützen.
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Das Vegetative Nervensystem: Ein Überblick
Das vegetative Nervensystem (VNS) wird aus Sympathicus, Parasympathicus und dem Darmnervensystem gebildet. Das VNS steuert die inneren Organe, die für die Nährstoff- und Sauerstoffversorgung sowie für die Abfallentsorgung zuständig sind. Dabei arbeitet es autonom, also willkürlich, und ist nicht aktiv zu kontrollieren.
Sympathicus
Der Sympathicus ist der Leistungsnerv. Durch den Neurotransmitter Adrenalin regt er bei Anspannung, Tests und Klausuren, Stress sowie Angst und Gefahr alle Organe an, welche eine solche Anspannungssituation durch Flucht oder Kampf ändern könnten. Zunahme von Herzschlag, Blutdruck, Atmung, Muskelanspannung, Schweißbildung (zur Kühlung der Muskeln) sowie der Freisetzung von Blutzucker. Der Sympathicus ist besonders morgens und in Leistungssituationen aktiv. Das Zielgewebe des Sympathicus ist vor allem die glatte Muskulatur der Blutgefäße und Drüsen. Hier wirken die Neurotransmitter des Sympathicus, wie Adrenalin. Der Sympathicus steuert auch lebenswichtige Vorgänge; die Regulation erfolgt ohne bewusste Wahrnehmung. Er wird auch als thorakolumbalen System bezeichnet, da sich dessen Wurzelzellen im Brust- (lat. Thorax) und Lendenteil (lat. Die ersten Nervenzellen des Sympathicus befinden sich im Brust (Pars thoracica) - und Lendenwirbelbereich (Pars lumbalis). Wesentliche Zentren sind Hypothalamus, Hirnstamm und Formatio reticularis (Retikulärformation), welche Impulse auf das Wurzelzentrum im Rückenmark senden.
Parasympathicus
Der Parasympathicus aktiviert die gleichen Organe aber genau entgegengesetzt. Herzschlag, Blutdruck, Atmung werden verlangsamt, die Muskeln werden entspannt. Der Parasympathicus ist besonders in Ruhephasen, bei Entspannung, im Schlaf oder auch am Abend aktiv. Die Zentren des Parasympathicus befinden sich im Hirnstamm und im Kreuzmark. Aus dem Hirnstamm innervieren Nerven in die inneren Augenmuskeln, Speichel - und Tränendrüsen sowie auch die meisten inneren Organe des Körpers. Aufgrund der anatomischen Lage der Nervenwurzeln wird der Parasympathicus auch als kraniosakrales System bezeichnet (von lat. Cranium = Schädel, Os sacrum = Kreuzbein). Der Parasympathicus auch als „Ruhenerv“ bezeichnet, da er der Regeneration des Organismus und zum Aufbau der Energiereserven dient. Die Ganglien des Parasympathicus befinden sich in der Nähe bzw. innerhalb der Zielorgane. Diese Rezeptoren reagieren nicht nur auf Acetylcholin, sondern auch auf Nikotin. Die NN-Rezeptoren, welche sich in den Ganglien befinden, werden durch Hexamethonium gehemmt, einer Ammoniumverbindung.
Zusammenspiel von Sympathicus und Parasympathicus
Sympathicus und Parasympathicus wirken bei der Regulation vieler Prozesse antagonistisch, also gegeneinander. Während der Parasympathicus der Regeneration dient, ist der Sympathicus bei körperlicher Ertüchtigung besonders aktiv. Nicht verwunderlich, dass sich die beiden Systeme, gemessen am Tag-Nacht-Rhythmus (Aktivität vs. Schlaf), in ihrer Wirkung quasi abwechseln.
Das enterische Nervensystem (ENS)
Das enterische Nervensystem (ENS) hat Einfluss auf den Verdauungsprozess. Es ist ein komplexes Netzwerk von Neuronen, das den gesamten Verdauungstrakt durchzieht. Das ENS kann unabhängig vom ZNS funktionieren, wird aber auch von diesem beeinflusst.
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Evolution des Nervensystems
Das Nervensystem hat im Laufe der Evolution eine bemerkenswerte Entwicklung durchlaufen. Von einfachen Nervennetzen bei Hohltieren bis hin zu hochkomplexen Gehirnen bei Wirbeltieren hat sich das Nervensystem immer weiter differenziert und spezialisiert.
Frühe Nervensysteme
Nesseltiere haben ein einfaches Neuronennetz, das nach heutiger Kenntnis die älteste Form eines solchen Systems darstellt. Sie ähneln dem heutigen ENS, indem sie Peristaltikbewegungen durchführen und damit nährstoffhaltiges Wasser in das Nesseltier fließen lassen. Ein ZNS tritt erstmals bei Plattwürmern auf. Sie besitzen eine Ansammlung von einem paarigen Ganglion. Paarige Nervenstränge durchziehen den Körper. Auch andere Weichtiere haben diese Grundstruktur, so z.B. Insekten Insekten haben ein "Strickleiternervensystem". Ihr Gehirn besteht aus 3 Untereinheiten, von dem die Hauptnervenfasern ausgehen.
Nervensysteme der Wirbeltiere
Die mit Abstand höchstentwickelten Nervensysteme haben die Wirbeltiere. Typisch ist bei ihnen die Aufgliederung in eine zentrales und ein peripheres Nervensystem. Die Evolution des Gehirns unterscheidet sich in Komplexität und Aufbau sehr. Je größer das Wirbeltier, desto größer sein Gehirn. Die Besonderheit des menschlichen Gehirns liegt vor allem in seinem inneren Aufbau. Menschliche Gehirne haben sich vor allem im Laufe der letzten 4 Mio. Jahren enorm weiterentwickelt. So hatte der Australapithecus afircanus ein Hirnvolumen von ca. 0,4 Litern, was etwa der Hirngröße heutiger Schimpansen entspricht. Der Homo erectus hatte ein Hirnvolumen von fast 1,0 Litern. Der heute lebende Homo sapiens hat eine Hirngröße von etwa 1,6 Litern. Ein noch größeres Gehirn hatte der ausgestorbene Homo neanderthalensis mit rund 2,0 Litern.
Entwicklung des Nervensystems
Das Nervensystem beginnt am 17. Tag nach der Befruchtung mit seiner Entwicklung als gerade Neuronalplatte. Diese krümmt sich, bis sich am 27. Tag die beiden Enden verbinden. Damit das Neuralohr entstanden. Aus ihm entstehen alle Teile des Nervensystems. Am 32. Tag entstehen 5 sekundäre Hirnbläschen, die Vorläufer der Hirnstrukkturen. In der Innenwand des Neuralohrs liegen Stammzellen. Sie bilden in Spitzenzeiten bis zu 20.000 neue Nervenzellen pro Minute. Die neuen Neuronen wandern an die Außenseite des Neuralohrs und nehmen dort einen Platz ein, den sie nie wieder verlassen. Das Gehirn eines Neugeborenen hat erst 25% seiner endgültigen Größe erreicht. Es wächst bis zur Pubertät weiter.
Zelluläre Grundlagen des Nervensystems
Das ZNS besteht aus Nervengewebe. Dieses setzt sich aus Nervenzellen (Neuronen) und Stützzellen (Gliazellen) zusammen.
Neuronen
Neuronen sind die funktionellen Einheiten des Nervensystems. Sie sind spezialisiert auf die Aufnahme, Verarbeitung und Weiterleitung von Informationen. Neuronen bestehen aus einem Zellkörper (Soma), Dendriten und einem Axon. Dendriten empfangen Signale von anderen Neuronen, während das Axon Signale an andere Neuronen oder Zielzellen weiterleitet.
Gliazellen
Gliazellen sind Stützzellen des Nervensystems. Sie unterstützen die Neuronen in ihrer Funktion und schützen sie vor Schäden. Es gibt verschiedene Arten von Gliazellen, darunter Astrozyten, Oligodendrozyten und Mikroglia.
Neurotransmitter und ihre Bedeutung
An der Zusammenarbeit der verschiedenen Teile des Nervensystems ist immer die Sekretion bestimmter Substanzen beteiligt. Sie können als Neurotransmitter direkt auf postsynaptische Membranen wirken, aber auch, z.B. als Neurohormone, entferntere Orte im Körper erreichen. Diese Form der Neurosekretion des N. ist phylogenetisch sicher sehr alt.
Neurotransmitter vs. Hormone
Das N. unterscheidet sich vom Hormonsystem dadurch, dass es eine Information oder ein Signal gezielt von einer Struktur zu einer anderen weiterleiten kann, während das Hormonsystem den Körper mit einem Stoff, dem Hormon, „überschwemmt“ und alle Strukturen, die empfänglich dafür sind, gleichzeitig anspricht. Dennoch können sich beide Systeme gegenseitig beeinflussen (Hormone können durch Nervenimpulse freigesetzt werden oder können ihrerseits in neuronale Prozesse eingreifen) und stehen morphologisch in enger Verbindung, sodass eine Abgrenzung beider Systeme oft schwer fällt: ein Neurotransmitter, z.B. Adrenalin, kann gleichzeitig ein Hormon sein; Nervengewebe können Neurohormone abgeben; endokrine Organe können aus neuronalen Anlagen hervorgehen: das Nebennierenmark leitet sich z.B. von sympathischen Ganglien ab.
Beeinflussung des vegetativen Nervensystems
Es ist nicht möglich, das vegetative Nervensystem stark zu beeinflussen. Es existieren aber Methoden, das vegetative Nervensystem teilweise zu beeinflussen. Einerseits kann man das vegetative Nervensystem mit sich aktivem beruhigen bzw. selbst zureden, Vorstellungen, körperlicher Aktivitäten, unter anderem Yoga, Meditation, etc. entspannen bzw. entlasten.
Klinische Bedeutung des somatischen Nervensystems
Erkrankungen des somatischen Nervensystems können zu einer Vielzahl von Symptomen führen, darunter Muskelschwäche, Lähmungen, Sensibilitätsstörungen und Schmerzen. Die Behandlung von Erkrankungen des somatischen Nervensystems hängt von der Ursache der Erkrankung ab.
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