|
Nervenzelle
Dieser Artikel|beschäftigt sich mit der Nervenzelle im Körper. Für weitere Bedeutungen siehe Neuron (Begriffsklärung).
Nervenzellen oder Neurone sind Zellen im Körper, die für die Reizaufnahme sowie die Weitergabe und Verarbeitung von Nervenimpulsen (Erregungen) zuständig sind. Sie sind die grundlegende und funktionelle Einheit des gesamten Nervensystems. Die Nervenzellen erhalten aus ihrer Umwelt Reize in Form von physikalischen oder chemischen Einwirkungen. Diese Reize werden z.B. von den Sinneszellen aufgenommen und an die Nervenzellen weitergegeben. Diese haben die Aufgabe, den Reiz zu verarbeiten und bei Bedarf weiter zu leiten, um z.B. eine Reaktion des Körpers auf einen äußeren Reiz auszulösen. Die grundlegende Aufgabe einer Nervenzelle ist also die Weitergabe, Verarbeitung und gegebenenfalls Speicherung von Informationen.
Das menschliche Gehirn enthält zwischen 30 und 100 Milliarden Neuronen, je nach Größe und Gewicht sind das pro mm² (Quadratmillimeter) etwa 150000.
Überblick über den Bau einer Nervenzelle
Jede Nervenzelle besteht aus einem Zellkörper, auch als Soma, oder auch Perikaryon (B) bezeichnet. Er ist der plasmatische Bereich um den Zellkern (C) ohne Dendriten und Axon, welcher den Zellkern und verschiedene Organellen, wie endoplasmatisches Retikulum (raues und glattes), Mitochondrien u.a. Organellen enthält. Das Soma hat eine Größe von etwa 0,25 mm und produziert alle wichtigen Stoffe, die für die Arbeit der Nervenzelle notwendig sind (Neurotransmitter). Die von den Dendriten eintreffenden Informationen werden hier weiter verarbeitet, dass heisst mit einander verrechnet. Sie werden addiert, multipliziert oder subtrahiert, was der Ermittlung von Minimum|Minima, Maxima, oder Mittelwerten dient. Vom Ergebnis dieser Verarbeitung hängt es ab, ob ein Schwellenpotential überschritten wird und am Aktionspotentiale entstehen oder nicht (Alles-oder-Nichts-Gesetz).
Vom Soma wachsen die Neuriten aus. Das sind Fortsätze, die sich nach morphologischen, zellphysiologischen und funktionellen Gesichtspunkten in Dendriten und Axone einteilen lassen. Dendriten ''(griechisch dendros = Baum)'' (A) sind feine plasmatische Verästelungen des Zellkörpers, die über Synapsen den Kontakt zu anderen Nervenzellen herstellen und von diesen Erregungen empfangen (Afferenzen einer Nervenzelle). Sie empfangen Aktionspotentiale von andern Neuronen durch deren Axone. Der Dendritenbaum einer einzigen (menschlichen) Nervenzelle kann mit 100.000 bis 200.000 Fasern anderer Neuronen im Kontakte stehen. Die Dendriten sind damit der Teil der Nervenzelle, mit denen diese Informationen aus ihrer Umwelt aufnimmt.
An das Soma angesetzt ist der Axonhügel. Er ist der Ursprungskegel des Axon und damit die Ursprungsstelle des Axons am soma der Nervenzelle. Das Schwellenpotential des Axonhügels ist stark reduziert. Es wirkt dadurch als Initialsegment. Von hier aus werden die Aktionspotentiale an das Axon weitergeleitet, die bei der Reizung der Nervenzelle an den Dendriten entstehen. Durch das niedrige Schwellenpotential und Vorhandensein des Axonhügels direkt am Zellkörper ist sicher gestellt, dass bei einer Erregung der Zelle das Aktionspotential nur an einem Ort entsteht und weitergeleitet wird. Das ist wichtig für die gerichtete Erregungsleitung, da eine Nervenzellen bei ausreichender Reizintensität an jeder Stelle erregt werden kann und Aktionspotentiale in jede Richtung leiten könnte.
Das Axon ''(von griech. axon = Achse) (auch Neurit)'' (D) ist ein langer Fortsatz der Nervenzellen, der am Axonhügel entspringt. Es ist in der Regel mehr oder weniger stark verzweigt (Axonkollaterale) und mündet in synaptische Endigungen (Synapsen). Ein Axon kann je nach Typ der Nervenzelle von 1 µm bis 1 m und länger sein. Die Axone der Nervenzellen von Säugetieren weisen etwa eine Dicke von 0,5 bis 10 mm auf. Das Axon ist von mehreren aufeinander folgenden Myelinscheiden (auch Schwannsche Scheiden genannt) umhüllt. Zwischen diesen Myelinscheiden sind jeweils kleine Lücken (Ranvierscher Schnürring). Axon und Hülle zusammen bilden die Nervenfaser. Man spricht hier von einer markhaltigen Nervenfaser im Gegensatz zu den marklosen Nervenfasern (vor allem bei wirbellosen Tieren), bei denen die Axone keine Myelinscheide haben.
Das Axon ist zuständig für die Übertragung des Aktionspotentials innerhalb einer Nervenzelle und leitet dieses zu den Synapsen und damit an andere Nervenzellen weiter. Des Weiteren wandern die Stoffe, die im Soma gebildet werden (Neurotransmitter, Enzyme) durch das Axon zur Synapse, wo sie die ihnen zufallenden Aufgaben erfüllen.
Eine Myelinscheide|Schwannsche Zelle ist eine Gliazelle, in die ein oder mehrere Neurite eingebettet sind, sie besteht aus Myelin. Myelin ist ein Gemisch aus Phospholipiden und Proteinen. Exakt aus diesen Substanzen sind auch die Biomembranen der Zellen aufgebaut. Gliazellen sind Zellen des Neuroderms. Die Myelinscheiden entstehen durch den Prozess, dass sich die Gliazellen ganz dicht um die Nervenfasern wickeln. Es entsteht so eine Hülle fast nur aus dem Zellmembran Material. Jede Schwannsche Zelle umhüllt der Länge nach jeweils rund einen Millimeter des Axons. Die Myelinscheide übernimmt innerhalb der Nervenzelle die Funktion von Bindegewebe und sorgt für die Isolation der Erregungsleitung.
Getrennt werden die Myelinscheiden durch den Ranvierschen Schnürring, einer kleine Lücke zwischen den einzelnen Myelinscheiden entlang des Axons, etwa alle ein bis zwei Millimeter. Er spielt eine wichtige Rolle in der Übertragung des Aktionspotentials entlang der Nervenzelle. An myelinisierten Axonen springen dort die Nervenimpulse von Schnürring zu Schnürring (saltatorische Erregungsleitung), während die Erregung bei nicht myelinisierten Nervenfasern die Axonmembran auf ihrer ganzen Länge depolarisieren muss, was sehr viel langsamer ist. Bei gleichem Durchmesser leiten mit Myelin umhüllte Axone die Nervenimpulse etwa 10mal schneller als Axone, die nicht von Myelinscheiden umhüllt sind.
Am Ende des Axons befinden sich sogenannte Endknöfpchen, oder auch Synapsenendknöpfchen, welche den präsynaptischen Teil der Synapse bilden, der Kontaktstelle zwischen zwei Nervenzellen. Die Synapse dient der Übermittlung von Erregungen von Nerven- oder Sinneszellen auf nachgeschaltete Zellen. Grob umrissen besteht sie aus einer, dem Endknöpfchen (E) begrenzenden, präsynaptischen Membran der "Senderzelle", welche die Neurotransmitter enthält und diese nach einer vorausgegangenen Erregung in den synaptischen Spalt (F) entleert. Ihr gegenüber liegt die postsynaptischen Membran der "Empfängerzelle", welche mit Rezeptoren bestückt ist, an der die Neurotransmitter binden, um dort sogenannte Ionenkanäle zu öffnen, die wiederum für eine elektrische Erregung der Nervenzelle wichtig sind. Zwischen den beiden Membranen existiert der synaptischen Spalt, ein kleiner etwa 30 nm breiten Zwischenraum, welcher mit einer Plasma|plasmatischen Lösung aufgefüllt ist. In ihm können sich die verschiedenen Stoffe mehr oder weniger frei bewegen.
Die Transmitter, auch chemische Botenstoffe genannt haben die Aufgabe, bestimmte durch sie codierte Erregungen von einer Zelle auf eine andere zu übertragen. Sie werden von der "Senderzelle" ausgeschüttet und von der "Empfängerzelle" emfangen.
Ein Rezeptor ist hier ein für bestimmte Reize empfindliches Zielmolekül einer Zelle, das eine bestimmte chemische Struktur aufweist und damit für einen anderen Stoff (Botenstoff, Transmitter) reaktionsfreudig ist oder nicht. Die Neurotransmitter binden nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip, dass heisst ein bestimmter Rezeptor ist immer nur für einen bestimmten Neurotransmitter zuständig. Passt die Codierung nicht oder sind alle verfügbaren Rezeptoren belegt oder blockiert, kann der Neurotransmitter nicht anbinden und auch keine Information auf eine benachbarte Zelle übertragen.
Sobald der Transmitter seine Aufgabe erledigt hat und nicht mehr gebraucht wird, sorgen Enzyme im synaptischen Spalt für die Trennung von Transmitter und Rezeptor. Der Spalt wurde auf diese Weise chemisch überbrückt und die Information der vorgeschalteten Zelle auf die nachfolgende übertragen.
Die Synapse stellt somit eine Schnittstelle dar, in der eine Information chemisch auf eine andere Zelle übertragen werden kann. Synapsen von Nervenzellen (G) verschalten sich auf diese Weise unter einander zu einem neuronalen Netzwerk.
Ein Neuron hat bis zu 10000 Synapsen, das menschliche Gehirn insgesamt etwa 1 Billiarde.
Arbeitsweise einer Nervenzelle
Eine Nervenzelle erhält zu Beginn ein Signal oder Reiz, in dem die Neurotransmitter einer vorgelagerten Zelle an die Rezeptoren der postsynaptischen Membran anbinden und dort eine Erregung auslösen. Ist die Erregung auf diese Weise zur nächsten Zelle gelangt, wird sie über die Dendriten an das Soma der Nervenzelle und von dort zum Axonhügel weitergeleitet. Jeder der eingehenden Reize an den verschiedenen Synapsen der Nervenzelle verändert dabei ihr Membranpotential und damit die Stärke der Erregung der Nervenzelle. Generell gilt: Je näher eine Synapse am Soma ansetzt, desto stärker ist ihr Einfluss auf die Nervenzelle, je länger der Weg, den die Erregung zurück legen muss, desto stärker ist die Abschwächung. Eine stärkere Reizung eines Dendriten resultiert also in einer stärkeren Depolarisierung (Siehe zweiten Graph im Bild rechts). Nahezu gleichzeitig einlaufende Reize Addition|addieren sich in ihrer Wirkung was bedeutet, dass sich innerhalb der Zelle und am Axonhügel|Axonhügel ein Erregunspotential aufbaut.
Im Axonhügel entscheiden nun bestimmte Faktoren nach den Regeln des Alles-oder-Nichts-Gesetzes über das Auslösen eines Aktionspotentials, wobei entschieden wird, ob das Schwellenpotential erreicht und überschritten wurde. Ist dies der Fall, kommt es jetzt zur Freisetzung des Aktionspotentials entlang des Axons durch die Depolarisation des Axons.
Das wiederum geschieht an der Biomembran, dem sogenannten Axolemm, welches den intrazellulären Bereich (Innen) vom extrazellulären Bereich (Aussen) abgrenzt.
Im Inneren des Axons wie auch ausserhalb der Membran existieren geladene Teilchen, die Ionen. Ionen sind Träger von elektrischen Ladungen. Es gibt Anionen (negativ geladene Teilchen) und Kationen (positiv geladene Teilchen). Diese Teilchen bestimmen bei Anwesenheit in einem bestimmten Medium dessen Ladung und elektrische Leitfähigkeit. Die Biomembran des Axons sorgt nun dafür, dass zwischen Innen und Aussen verschiedene Konzentrationen im Bezug auf die Ionen bestehen, was bedeutet, dass an der Aussenwand des Axons eine andere elektrische Ladung anliegt als Innen. Man spricht von einer Polarisation oder einem Ruhepotential. Die Herstellung und Aufrechterhaltung der Polarisation verrichtet die Axolemm mit Hilfe einer Natrium-Kalium-Pumpe, benannt nach den Ionen der chemisches Elemente Natrium und Kalium, die bei der Erregungsübertragung eine wichtige Rolle spielen. Diesen Vorgang nennt man aktiven Transport, da bei ihm Energie zugeführt werden muss.
Wandert nun ein Aktinspotential durch die Änderung des Konzentrationsgefälles der Ionen innerhalb des Axons am Axon entlang bis zum Endknöpfchen, so stösst dieser elektrische Impuls am Ende des Axons an eine Grenze, da eine Übertragung des elektrischen Signals durch den synaptischen Spalt zwischen den beiden Zellen nicht möglich ist. Der Reiz wird chemisch über die Synapsen weitergeleitet und analog des schon beschriebenen Vorganges auf eine andere Zelle zu übertragen.
Sobald ein Aktionspotential ausgelöst wurde, braucht die Zelle Zeit, um das Membranpotential wieder aufzubauen (Repolarisation). Während dieser Pause, auch Refraktärphase genannt, kann kein neues Aktionspotential ausgelöst werden. Wenn also von nacheinander einlaufenden Reizen einer so stark ist, dass die Zelle ein Aktionspotential bildet und der nachfolgende Reiz wärend der Refraktärzeit einläuft, bildet die Zelle dafür kein neues Aktionspotential aus.
Je mehr Aktionspotentiale die Zelle pro Sekunde abfeuert, desto stärker ist der Reiz. Da Aktionspotentiale sich nicht über die Distanz abschwächen, eignen sie sich bestens zur Fortleitung von Information über für Zellen sehr große Distanzen. Die Erregungsleitung ist grundsätzlich in beide Richtungen möglich. Bedingt durch die Inaktivierung der Natrium-Kanäle erfolgt die Weiterleitung der Aktionspotentiale bevorzugt in eine Richtung. Man sagt auch, die Nervenzelle feuert. Dies kann sie in einer Sekunde bis zu 200 mal.
Voraussetzung für die Funktion des Neurons ist also seine Fähigkeit, einen elektrischen Impuls zu empfangen und weiter zu leiten. Dabei spielen wichtige Faktoren eine Rolle: die elektrische Erregbarkeit (den Impuls empfangen), das Ruhepotential (die Möglichkeit ihn zu integrieren), das Aktionspotential (ihn weiter zu leiten und zu übertragen) und die Erregungsleitung (ihn zielgerichtet zu übertragen).
Unterscheidung der Nervenzellen in Bau und Funktion
Die im Nervensystem befindlichen Neuronen unterscheiden sich auf mehrere Weise in Aufbau und Funktion. Es gibt unipolare Nervenzellen, die nur mit einem einzigen, kurzen Fortsatz ausgestattet sind. Man findet sie beispielsweise als primäre Sinneszellen in der Netzhaut des Auges. Bipolare Nervenzellen haben zwei, an gegenüberliegenden Stellen des Zellkörpers entspringende Fortsätze. Auch sie befinden sich in der Netzhaut des Auges und sind ausserdem zum Beispiel im Hör- und Gleichgewichtsorgan anzutreffen. Ebenfalls über zwei Fortsätze verfügen die pseudounipolaren Nervenzellen. Dort gehen Axon und Dendrit an ihren Mündungsstellen in einander über. Man findet sie bei Sinneszellen, deren Perikarien in den Spinalganglien liegen. Als vierte und sehr häufig vorkommende Gruppe sind die multipolaren Nervenzellen zu erwähnen. Sie besitzen zahlreiche Dendriten und ein Axon. Dieser Zelltyp kommt zum Beispiel als motorische Nervenzelle des Rückenmarks vor.
Bei all diesen Zellen existiert sowohl eine markhaltige als auch eine marklose Form, wobei die markhaltigen diejenigen sind, die mit einer starken Myelinscheide umhüllt sind. Ist diese Myelinscheide sehr dünn und besteht nur aus sehr wenigen Schwannschen Zellen, so werden die betroffenen Neuronen als markarm oder marklos bezeichnet.
Eine weiter Möglichkeit der Unterscheidung bietet uns die Funktion der Nervenzellen. Drei der Wichtigsten sind hier die motorischen Nervenzellen, die sensorischen Nervenzellen und die Interneuronen.
Sensorische Neuronen, auch als afferente Nervenzellen oder Nerven bezeichnet, sind Nerven oder Nervenfasern, die Informationen von den Rezeptoren der Sinnesorgane oder Organe an das Gehirn und Rückenmark oder die Nervenzentren des Darmes weiterleiten. Die übermittelten Informationen dienen der Wahrnehmung und der motorischen Koordination.
Motorische Neuronen, auch als efferente Nerven oder Motoneuronen bezeichnet, übermitteln die Impulse vom Gehirn und Rückenmark zu den Muskeln oder Drüsen und lösen dort z.B. die Ausschüttung von Hormonen aus oder sorgen für eine Kontraktion der Muskelzellen.
Interneuronen bilden die grösste Menge an Neuronen im Nervensystem und sind nicht spezifisch sensorisch oder motorisch. Sie verarbeiten Informationen in lokalen (örtlichen) Schaltkreisen, oder vermitteln Signale über weite Entfernungen zwischen verschiedenen Körperbereichen. Sie haben eine Vermittlerfunktion. Man unterscheidet zwischen lokalen und intersegmentalen Interneuronen.
Beispiele spezialisierter Nervenzelltypen
- Pyramidenzellen im Cortex und Hippocampus
- Purkinjezellen im Kleinhirn
- Ganglienzellen in der Retina
- Motoneuronen im Rückenmark und Muskel
- Riechzellen im Epithel der Nasenschleimhaut
Pigmentablagerungen
In den Zellkernen bestimmter Nervenzellen werden im Normalzustand Ablagerungen von Pigment beobachtet. Besonders auffällig ist das Neuromelanin in der Substantia nigra und dem Locus coeruleus, die den Neuronen ihr charakteristisches braun-schwarzes Aussehen verleiht und bereits mit bloßem Auge zu erkennen ist. Der Anteil des gelblichen Lipofuszin nimmt mit dem Alter zu und wird insbesondere im Nucleus dentatus des Kleinhirns und dem unteren Kern der Nucleus Olive beobachtet.
Bei bestimmten dementiellen Erkrankungen, wie dem Morbus Alzheimer werden charakteristische eosinophile Einschlußkörperchen der Nervenzellen beobachtet.
Wirkungen von Giften
- Pflanzengift Curare
- Botulinumtoxin
- Atropin (Tollkirsche)
- Nikotin
- Muskarin (Pilzgift)
- Alkylphosphate (Pflanzengifte, Kampfgase)
|
