Nervensystem: Neuronen, Synapsen & ZNS/PNS

T.2.1 Neuronen, elektrische Eigenschaften

Neuronen sind die Zellen des Nervensystems. Sie sind miteinander verbunden und sind für die Übertragung von Informationen von den Sinnesorganen an das zentrale Nervensystem (Gehirn und Rückenmark) verantwortlich. Sie leiten Antworten an Effektororgane (Muskeln und Drüsen) weiter.

Struktur der Neurone: Sie bestehen aus einem Zellkörper, aus dem zahlreiche Endigungen, genannt Dendriten, und eine längere Verlängerung, das Axon, entspringen. Die Axone vieler Nervenzellen können von speziellen Zellen, den Schwann-Zellen, umhüllt werden. Diese bilden eine Lipidschicht, die Myelinscheide genannt wird. Die Knoten von Ranvier sind die Zwischenräume zwischen zwei Schwann-Zellen und spielen eine wichtige Rolle bei der schnellen Erregungsleitung.

Elektrische Eigenschaften: Nervenimpulse entstehen in der Regel an den Dendriten oder am Axonhügel, erreichen den Zellkörper und laufen entlang des Axons zur nächsten Verbindung. Die Nervenimpulse beruhen auf Änderungen des Membranpotenzials. Das Membranpotenzial ist die Ladungsdifferenz zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Neuronenmembran. Durch ionische Vorgänge, insbesondere den Transport von Natrium- und Kalium-Ionen, baut sich eine elektrische Spannung auf; diese ionischen Prozesse ermöglichen die Übertragung von Signalen zwischen Neuronen.

Nerven und Synapsen T.2.2

Die Verbindung zwischen Neuronen ist nicht immer direkt anatomisch; sie kann zwischen zwei Neuronen, zwischen einer Nervenzelle und einer Drüse oder zwischen einem Neuron und einem Muskel auftreten. Eine Synapse ist die Stelle, an der Nervenimpulse übertragen werden. Die Übertragung kann chemisch erfolgen: Am Ende des Axons befinden sich Substanzen, die Neurotransmitter, in Membranbläschen, den synaptischen Vesikeln.

Etappen der synaptischen Übertragung:

• Freisetzung der Neurotransmitter: Erreicht ein Aktionspotenzial das Ende eines präsynaptischen Neurons, öffnen sich spannungsabhängige Calciumkanäle. Der Einstrom von Ca2+ veranlasst die mit Neurotransmittern beladenen Vesikel, mit der Zellmembran zu verschmelzen und den Neurotransmitter in den synaptischen Spalt freizusetzen.

• Diffusion und Entfernung: Der synaptische Spalt ist sehr klein; Neurotransmitter diffundieren schnell zum postsynaptischen Neuron. Nach der Informationsübertragung werden sie enzymatisch abgebaut oder wieder in das präsynaptische Neuron aufgenommen (Reuptake).

• Antwort des postsynaptischen Neurons: Neurotransmitter binden an Rezeptoren auf der postsynaptischen Membran. Dies führt zur Veränderung des Ionenflusses und damit des Membranpotenzials. Ist die Veränderung ausreichend, entsteht ein neues Aktionspotenzial, das weitergeleitet werden kann.

T.2.3 Zentrales Nervensystem (Gehirn und Rückenmark)

Das zentrale Nervensystem besteht aus Millionen von Nervenzellen, Gliazellen, Kollagenfasern und Blutgefäßen. Die Zellkörper bilden die graue Substanz, die im peripheren Teil des Gehirns und im zentralen Teil des Rückenmarks liegt. Die Fortsätze der Zellkörper — Dendriten und Axone — bilden die weiße Substanz; diese weiße Farbe ist auf die Myelinscheiden zurückzuführen. Die räumliche Anordnung von weißer und grauer Substanz ist in Gehirn und Rückenmark unterschiedlich.

Das Gehirn und die Wirbelsäule sind fein strukturierte Organe; sie werden durch den Schädel beziehungsweise die Wirbelsäule geschützt. Zusätzlich schützen drei Hirnhäute (Meningen): die Dura mater, die Arachnoidea und die Pia mater. Zwischen Arachnoidea und Pia mater befindet sich die Flüssigkeit, der Liquor.

Gehirnaufbau: Das Gehirn empfängt die vom peripheren Nervensystem gesammelten Informationen, verarbeitet sie und gibt angemessene Antworten. Es ist über den Wirbelkanal mit dem Rückenmark verbunden. Zu den Hauptteilen des Gehirns gehören:

Gehirn: Großhirn, Zwischenhirn (Thalamus, Hypothalamus und Hypophyse)

Kleinhirn

Medulla (verlängertes Mark)

Das Großhirn (Hemisphere) besteht aus zwei seitlichen Massen, links und rechts, deren Oberfläche von grauer Substanz gebildet wird: die Hirnrinde. Die weiße Substanz liegt im Inneren. Im Bereich, wo Bahnen sich kreuzen, verlaufen die sensorischen und motorischen Leitungsbahnen. Die Rinde ist gefaltet; diese Faltungen und Einschnitte teilen die Hemisphären in vier Lappen: Frontal-, Okzipital-, Parietal- und Temporal­lappen. Auf der Oberfläche der Rinde lassen sich drei Funktionsregionen unterscheiden:

• Sensorisches Gebiet: Nimmt Informationen aus den Sinnesorganen auf (z. B. Sehen im Okzipitallappen).
• Assoziationsgebiet: Verantwortlich für die Analyse eingehender Informationen und die Entwicklung von Antworten; hier liegen Funktionen wie Gedächtnis, Denken und Entscheidungsfähigkeit.
• Motorisches Gebiet: Sendet Impulse an Muskeln und Drüsen und steuert motorische Reaktionen.

Zwischenhirn (Diencephalon): Besteht aus folgenden Teilen:

Thalamus: Leitet und verarbeitet sensorische Informationen (außer Geruch), die mit der Nasenschleimhaut verbunden sind.

Hypothalamus: Liegt unterhalb des Thalamus und überwacht das vegetative Nervensystem. Er steuert autonome Funktionen, reguliert Körpertemperatur, Emotionen und endokrine Funktionen wie Hunger, Durst oder den Sexualtrieb.

Hypophyse (Hirnanhangsdrüse): Eine Drüse, die verschiedene Hormone sezerniert, z. B. Wachstumshormon, Prolaktin und andere Hormone, die unter anderem die Funktion von Eierstöcken und Bauchspeicheldrüse beeinflussen.

Kleinhirn (Cerebellum): Das Kleinhirn besteht aus zwei Hemisphären, die durch eine zentrale Zone, das Vermis, verbunden sind. Die graue Substanz liegt außen, die weiße innen. Das Kleinhirn ist wesentlich an der Koordination und dem Gleichgewicht beteiligt.

Medulla oblongata (verlängertes Mark): Verbindet das Gehirn mit dem Rückenmark und ist für die Überwachung lebenswichtiger Funktionen wie Herzschlag und Atmung verantwortlich.

Rückenmark: Liegt im Wirbelkanal und ist durch das Foramen magnum mit dem Schädel verbunden. Das Rückenmark besteht aus grauer Substanz im Inneren und weißer Substanz außen. Man unterscheidet zwei wichtige Bereiche:

• Vorderhorn (motorische Region): Enthält motorische Neurone, deren Fasern als Nerven zu den Muskeln ziehen.
• Hinterhorn (sensible Region): Sitz der Axone der sensorischen Neurone.

Das Rückenmark hat zwei Hauptfunktionen: die Verarbeitung und Weiterleitung von Informationen an das Gehirn sowie die Vermittlung elementarer Reaktionen (Reflexe).

Peripheres Nervensystem T.2.4

Das periphere Nervensystem ist verantwortlich für das Senden von Informationen an das zentrale Nervensystem sowie für die Weiterleitung der Befehle, die dieses ausgibt. Man unterscheidet zwei Arten von Nerven in der Peripherie:

• Hirnnerven: Diese treten im Schädelbereich aus und sind für sensorische und motorische Funktionen in Kopf und Hals verantwortlich.
• Spinalnerven (Rückenmarksnerven): Entstehen durch das Zusammenfließen der vorderen und hinteren Wurzeln des Rückenmarks und innervieren die Skelettmuskulatur sowie Haut und innere Organe.

T.2.4 Vegetatives Nervensystem

Das vegetative Nervensystem (autonomes Nervensystem) ist für die Steuerung unwillkürlicher Funktionen zuständig, also für die Tätigkeit innerer Organe. Es besteht aus zwei antagonistischen Netzwerken, die nicht gleichzeitig maximal aktiv sind; dieses System ermöglicht das physiologische Gleichgewicht (Homöostase).

Sympathikus: Aktiviert bei Stress- oder Fluchtsituationen; er erhöht Herzfrequenz und Atemfrequenz, aktiviert Schweißdrüsen und steigert den Energieverbrauch (Beispiel: Prüfungssituation).

Parasympathikus: Bewirkt im Gegensatz zum Sympathikus vorwiegend Erholungs- und Ruhefunktionen; er fördert Verdauung, senkt Herz- und Atemfrequenz und unterstützt Energiespeicherung.