Das Nervensystem: Aufbau, Funktion und Koordination

Die Rolle des Nervensystems: Koordination

Das Nervensystem empfängt Reize aus der Umwelt, verarbeitet Informationen und bereitet eine entsprechende Reaktion vor. Ein Reiz ist eine Veränderung der Umgebungsbedingungen (intern oder extern).

Grundlagen der Reizverarbeitung

Diese Funktion erfordert die folgenden Komponenten:

• Ein Reiz, der ein chemischer oder physikalischer Faktor sein kann.
• Ein sensorischer Rezeptor, der aus spezialisierten Zellen besteht, die Reize in Nervenimpulse umwandeln können. Wenn er Informationen von außen empfängt, wird er als sensorisches Organ bezeichnet; wenn er Informationen von innen empfängt, als interner Sensor.
• Eine Koordinationsstelle, die in der Lage ist, die von den Rezeptoren empfangenen sensorischen Nervenimpulse zu interpretieren und eine Antwort zu erzeugen.
• Ein Effektororgan, das Nervenimpulse von der Koordinationsstelle empfängt und die Antwort auf die Stimulation umsetzt. Die Antwort kann eine Bewegung sein; in diesem Fall ist das Effektororgan ein Muskel oder eine Drüse, die eine Sekretion vornimmt.

Das Nervensystem und das endokrine System sind an dieser Funktion beteiligt. Das Nervensystem besteht aus Neuronen und Gliazellen.

Die Reiz-Reaktions-Kette

1. Reiz
2. Rezeptor
3. Nervenimpulse
4. Nervenzentren (ZNS oder PNS)
5. Nervenimpulse (über Neuronen)
6. Effektororgan (motorische oder hormonelle Antwort)

Aufbau und Funktion von Neuronen

Neuronen sind sternförmige Zellen mit einem Zellkörper oder Soma, der den Zellkern beherbergt, stark verzweigten Ausläufern, den Dendriten, und einem Axon, das eine lange, erst am Ende verzweigte Verlängerung ist.

Der Nervenimpuls verlässt das Neuron über das Axon. Axone treten in Kontakt mit anderen Neuronen oder Effektororganen. Die Axone sind von Schwann-Zellen umhüllt, die eine Lipid-Substanz namens Myelin bilden können. Die Myelinscheide hat eine isolierende Funktion für das Axon. Die Lücken zwischen den Schwann-Zellen werden als Ranvier-Schnürringe bezeichnet und ermöglichen eine schnellere Weiterleitung der Nervenimpulse.

Nervenaxone oder Nervenfasern sind in Bündeln von Bindegewebe verpackt und bilden einen Nerv. Nerven, die sensorische Nervenimpulse von Rezeptoren zum zentralen Nervensystem leiten, werden als sensorische oder afferente Nerven bezeichnet (bestehend aus sensorischen Neuronen). Solche, die Nervenimpulse vom zentralen Nervensystem zu Effektororganen leiten, sind motorische oder efferente Nerven (gebildet durch Motoneuronen).

Der Nervenimpuls: Elektrochemische Übertragung

Der Nervenimpuls ist ein elektrochemischer Strom, der in der Membran von Neuronen auftritt. Ein Neuron in Ruhe hat ein elektrisches Potenzial an seiner Membran: außen positiv und innen negativ.

Die Synapse: Verbindung zwischen Neuronen

Synapsen sind die Verbindungen zwischen Neuronen. Es gibt einen synaptischen Spalt zwischen ihnen. Wenn eine Synapse aktiviert wird, erzeugt sie einen Nervenimpuls. Beim Durchgang durch die Membran ändert sich deren Polarität, und nach dem Durchgang kehrt sie zur ursprünglichen Polarität zurück. Die Welle der Polaritätsumkehr des elektrischen Potenzials breitet sich entlang der Membran aus. Die Polarität ändert sich durch aktiven Transport, der durch Natrium-Kalium-Pumpen oder -Kanäle erzeugt wird.

Der Impuls wandert nur in eine Richtung: vom Axon einer Nervenzelle zu den Dendriten der nächsten. Dies liegt am synaptischen Spalt zwischen dem Axon einer Nervenzelle und den Dendriten der nächsten. Die Enden der Axone sind zu einer erweiterten Form, dem synaptischen Endknöpfchen, ausgebildet. In einem Neuron gibt es einen kontinuierlichen Fluss von Vesikeln entlang der Axone vom Zellkörper zu den synaptischen Endknöpfchen. Diese Vesikel sind mit Neurotransmittern gefüllt.

Wenn ein Nervenimpuls das synaptische Endknöpfchen erreicht, führt dies zur Freisetzung des Vesikelinhalts. Die Neurotransmitter gelangen zum Dendriten des nächsten Neurons und berühren dessen Membran, wodurch ein neuer Nervenimpuls erzeugt wird. Es ist, als ob die Nervenimpulse von einer Zelle zur nächsten springen. Der umgekehrte Weg ist nicht möglich, da die Neurotransmitter zu den Axonenden zurückkehren und die Dendriten keine Ansammlung von Neurotransmitter-Vesikeln besitzen.

Geschwindigkeit der Impulsübertragung

Die Geschwindigkeit der Nervenimpulsübertragung hängt vom Durchmesser des Axons (je größer, desto schneller) und dem Vorhandensein oder Fehlen der Myelinscheide ab. Die Myelinscheide bewirkt, dass Nervenimpulse schneller reisen, da sie durch Sprünge von einem Ranvier-Schnürring zum nächsten übertragen werden. In Axonen ohne Myelinscheide wird der Nervenimpuls kontinuierlich entlang der gesamten Membran des Axons übertragen, wodurch die Übertragungsgeschwindigkeit geringer ist.

Anatomie des Nervensystems

Evolutionäre Entwicklung

Die einfachsten Tiere (Polypen und Quallen) haben ein diffuses Nervennetz. Bei Anneliden und Mollusken treten erste Ganglien auf, wobei die cerebroiden Ganglien im Kopfbereich größer sind als die übrigen.

Das zentrale Nervensystem (ZNS)

Bei Wirbeltieren unterscheidet man ein zentrales Nervensystem (ZNS) und ein peripheres Nervensystem, das aus Nerven gebildet wird. Das ZNS liegt dorsal und ist durch den Schädel und die Wirbelsäule geschützt. Der vordere, verbreiterte Teil wird als Gehirn bezeichnet, der Rest, der in der Wirbelsäule untergebracht ist, als Rückenmark.

Das Gehirn und seine Funktionen

Im Gehirn können folgende Bereiche unterschieden werden:

• Großhirn: Verantwortlich für höhere Verhaltensaspekte, Instinkte, Lernen, Gedächtnis.
• Kleinhirn: Steuert automatische Verhaltensaspekte und die Präzision von Bewegungen.
• Medulla oblongata (verlängertes Mark): Kontrolliert die Funktion der inneren Organe.

Evolution des Gehirns bei Wirbeltieren

Mit zunehmender Komplexität der Wirbeltiere zeigt sich auch eine Evolution des Gehirns:

• Zunahme der Größe des Großhirns und relative Verringerung der Größe des Kleinhirns.
• Auftreten von Großhirnhemisphären, die bei Fischen fehlen und bei Reptilien, Vögeln und Säugetieren klar differenziert sind.
• Auftreten von Hirnwindungen, die die Oberflächenrauheit des Gehirns charakterisieren und seine Oberfläche vergrößern. Sie erscheinen bei Säugetieren.

Das Rückenmark

Das Rückenmark kommuniziert mit dem Gehirn über die Medulla oblongata und ist durch die Wirbelsäule geschützt. In einem Querschnitt des Rückenmarks ist die graue Substanz (reich an Neuronen) sichtbar, aus der die Spinalnerven entspringen. Um sie herum befindet sich die weiße Substanz, die aus Axonen besteht, die das Rückenmark verbinden. Das Rückenmark koordiniert Reflexe, die keine Beteiligung des Gehirns erfordern.

Unwillkürliche Aktionen: Reflexe

Eine Reflexbewegung umfasst Folgendes:

1. Ein sensorisches Neuron, das Impulse über seine Dendriten empfängt und in einen Nervenimpuls umwandelt. Der Impuls wird zum Soma und weiter entlang des Axons übertragen und tritt in das Rückenmark ein, wo er mit einem Interneuron kommuniziert.
2. Ein Interneuron befindet sich im Rückenmark, empfängt den Impuls vom sensorischen Neuron und überträgt ihn auf ein motorisches Neuron.
3. Ein motorisches Neuron hat seinen Zellkörper im Rückenmark, empfängt den Impuls und sendet ihn über sein Axon, das die ventrale Wurzel des Rückenmarks verlässt, um den Muskel (Effektororgan) zu erreichen.
4. Wenn der Muskel den Impuls empfängt, kontrahiert er und erzeugt eine Bewegung.

Das vegetative Nervensystem

Das vegetative Nervensystem umfasst die Nerven, die die Medulla oblongata oder das Rückenmark verlassen und die inneren Organe steuern. Das reibungslose Funktionieren der inneren Organe erfordert ein Gleichgewicht zwischen den beiden Komponenten dieses Systems: dem sympathischen Nervensystem (zuständig für Wachheit und die Vorbereitung auf Alarmsituationen) und dem Parasympathikus (zuständig für Schlaf und Ruhe).