Nervensystem und Hormone: Aufbau, Funktionen und Steuerung

Koordination durch Nerven- und Hormonsystem

Nervensystem: schnelle Koordination

Das Nervensystem steuert Handlungen über Nervenimpulse und arbeitet schnell. Das sympathische Nervensystem aktiviert den Körper in Notfallsituationen: Es hemmt unnötige Organe wie die Verdauung, erweitert die Atemwege, beschleunigt Herzschlag und Atmung und fördert die Flucht- bzw. Kampfreaktion. Das parasympathische Nervensystem stellt im Normalzustand die Ruhefunktionen wieder her, etwa die Verdauung und den normalen Herzrhythmus.

Endokrines System: langsame Koordination

Das endokrine System arbeitet über chemische Botenstoffe (Hormone) und ist langsamer. Bei Stress setzt das Nebennierenmark Adrenalin frei, das die Umwandlung von Glykogen in Glukose anregt.

Sinnesrezeptoren

Rezeptoren erfassen Veränderungen der inneren oder äußeren Umwelt. Sie zeichnen sich durch Spezifität (Empfindlichkeit für einen bestimmten Reiztyp) und Anpassung (Veränderung der Empfindlichkeit bei andauerndem Reiz) aus.

Rezeptortypen

• Chemorezeptoren: erfassen chemische Stoffe, z. B. Geruchsrezeptoren (Riechepithel) und Geschmacksrezeptoren (Geschmacksknospen am Gaumen).
• Schmerzrezeptoren: Nervenendigungen, die auf Gewebeschäden reagieren; Schmerz ist ein Warnsignal des Körpers.
• Mechanorezeptoren: erfassen Druck, Berührung und Bewegung, z. B. taktile Rezeptoren, Propiorezeptoren (Muskel- und Gelenkposition), Gleichgewichtsorgane im Innenohr und die Seitenlinie bei Fischen und Amphibien.
• Thermorezeptoren: erfassen Temperaturänderungen.
• Photorezeptoren: erfassen Licht; Augenflecken unterscheiden nur hell und dunkel, zusammengesetzte Augen bestehen aus Ommatidien.

Das Ohr

Das Ohr gliedert sich in Außenohr (Ohrmuschel und Gehörgang), Mittelohr (Paukenhöhle mit Trommelfell und den Gehörknöchelchen Hammer, Amboss und Steigbügel) und Innenohr (Vorhof mit Utriculus und Sacculus, drei Bogengänge und die Schnecke).

Aufbau des Nervensystems

Das Nervensystem besteht aus Gliazellen und Neuronen. Das Neuron ist die funktionelle Grundeinheit:

• Soma (Zellkörper): integriert eingehende Informationen und erzeugt bei ausreichender Erregung einen Nervenimpuls.
• Dendriten: stark verzweigte Fortsätze, die Informationen empfangen.
• Axon: lange Fortsetzung des Somas, die Impulse weiterleitet; am Ende liegen die synaptischen Endknöpfchen mit Neurotransmittern.
• Nerv: Bündel vieler Axone, umhüllt von Bindegewebe. Eine Nervenfaser ist eine neuronale Verlängerung.

Neuronentypen

• Sensorische Neuronen: leiten Impulse von Rezeptoren zum Zentralnervensystem.
• Assoziationsneuronen: verbinden Nervenzellen im Zentralnervensystem.
• Motorische Neuronen: leiten Impulse vom ZNS zu Effektoren (Muskeln und Drüsen). Man unterscheidet somatomotorische (willkürliche Skelettmuskulatur) und autonome (unwillkürliche Muskulatur, Herzmuskel und Drüsen) Neuronen.

Nervenimpuls und Synapsen

Ein Nervenimpuls ist ein Aktionspotenzial, das entlang der Zellmembran wandert. Es beruht auf der Veränderung des Ruhepotenzials, also der Spannungsdifferenz zwischen Innen- und Außenseite der Zelle.

Synapsen verbinden Neuronen oder Neuronen mit Muskel- bzw. Drüsenzellen:

• Elektrische Synapse: Der Impuls wird direkt über einen engen Spalt von der präsynaptischen auf die postsynaptische Zelle übertragen.
• Chemische Synapse: Ein synaptischer Spalt trennt beide Zellen; die Übertragung erfolgt über Neurotransmitter, die in Vesikeln gespeichert und freigesetzt werden.

Nervenreflexe und Reflexbogen

Ein Reflex ist eine automatische Antwort auf einen Reiz. Der Reflexbogen besteht aus: Rezeptor (erfasst den Reiz), sensorischem Neuron (leitet den Impuls weiter), Assoziationsneuron (verarbeitet die Information), Motoneuron (leitet den Impuls weiter) und Effektor (Muskel oder Drüse, der antwortet). Reflexe können angeboren oder erlernt sein.

Nervensystem im Tierreich

• Nesseltiere (Radiärsymmetrie): besitzen ein netzförmiges Nervensystem (Nervennetz).
• Bilateralsymmetrische Tiere: Mit der Evolution nehmen Neuronen zu und bilden Ganglien (Nervenknoten). Die Zahl der Interneurone und die Fähigkeit zur Informationsverarbeitung steigen.
• Kephalisation: Konzentration von Sinnesorganen und Nervenzellen am Kopf.

Das Wirbeltier-Nervensystem

Das Zentralnervensystem (ZNS) besteht aus Gehirn und Rückenmark und ist von den Hirnhäuten (Dura mater, Arachnoidea, Pia mater) umgeben. Das periphere Nervensystem (PNS) umfasst Hirn- und Spinalnerven.

Gehirn

• Weiße Substanz: myelinisierte Axone. Graue Substanz: Zellkörper, Dendriten und Gliazellen.
• Verlängertes Mark (Medulla oblongata): steuert Herzfrequenz, Atmung, Blutdruck und Schlucken.
• Kleinhirn: integriert Informationen aus Sehen, Hören, Muskeln und Gelenken; koordiniert Bewegungen.
• Mittelhirn: bei Fischen und Amphibien Zentrum komplexer Verhaltenssteuerung.
• Zwischenhirn: Thalamus als zentrale Schaltstelle, Hypothalamus zur Integration vegetativer Funktionen, limbisches System für Gedächtnis und Emotionen.
• Großhirn: Gedächtnis, Denken, Sprache, Interpretation von Sinneseindrücken.

Rückenmark

Das Rückenmark verläuft im Wirbelkanal vom Hirnstamm bis zum zweiten Lendenwirbel und besitzt eine vordere und eine hintere Furche.

Vegetatives Nervensystem und viszerale Reflexe

Viszerale Reflexe bestehen aus Rezeptoren (meist Dendriten sensorischer Neuronen), sensorischen Neuronen, Assoziationsneuronen (Kerngebiete im Hirnstamm und Rückenmark) und efferenten Neuronen zu den Organen.

Hormonelle Koordination

Nerven- und Hormonsystem arbeiten zusammen, um Informationen aus dem Körperinneren und der Umwelt zu verarbeiten und die Homöostase aufrechtzuerhalten. Hormone sind Proteine, Derivate bestimmter Aminosäuren, Peptide oder Steroide wie Cortisol. Sie werden von endokrinen Zellen, meist in Drüsen, produziert und über das Blut transportiert. Neurosekretorische Zellen produzieren Neurohormone.

Wirkmechanismus

Hormone wirken über Membranrezeptoren an der Zelloberfläche oder über intrazelluläre Rezeptoren im Zellinneren.

Hormone bei Wirbellosen

Bei Insekten steuern Hormone Wachstum, Entwicklung und Häutung. Bei Krebstieren reguliert das Hormon Chromatophorotropin die Farbanpassung, indem es die Pigmente in den Chromatophoren verteilt.

Pheromone

Pheromone sind chemische Signalstoffe, die von exokrinen Drüsen abgegeben werden und das Verhalten anderer Individuen derselben Art beeinflussen, etwa durch sofortige Verhaltensänderungen oder langfristige physiologische Veränderungen.

Drüsen des menschlichen Körpers

• Hypophyse: steuert zahlreiche andere Drüsen.
• Schilddrüse: Thyroxin aktiviert den Stoffwechsel; Calcitonin senkt den Kalziumspiegel im Blut.
• Nebenschilddrüsen: Parathormon erhöht den Kalziumspiegel im Blut.
• Nebennieren: Glukokortikoide steuern den Kohlenhydratstoffwechsel, Mineralkortikoide den Salzhaushalt; Adrenalin und Noradrenalin bereiten den Körper auf Angst, Emotionen und Stress vor.
• Bauchspeicheldrüse: Insulin senkt, Glukagon erhöht den Blutzucker.
• Hoden: Androgene bestimmen die männlichen Geschlechtsmerkmale.
• Eierstöcke: Östrogene bestimmen die weiblichen Geschlechtsmerkmale; Progesteron bereitet die Gebärmutter auf die Einnistung vor.

Das Auge

Die Aderhaut liegt als dunkle Schicht zwischen Lederhaut (Sklera) und Netzhaut und versorgt das Auge mit Blut.