Nervensysteme und Hormonsteuerung: Eine Übersicht

Evolution der Nervensysteme bei Tieren

Diffuses Nervennetz

Das diffuse Netzwerk ist ein sehr primitives Nervensystem, wie es bei Polypen und Quallen vorkommt. Es zeichnet sich dadurch aus, dass der Körper durch ein Netzwerk von Nervenzellen mit sternförmigem Aussehen gebildet wird. Es gibt keine Cephalisation (Kopfregion), aber die Tiere besitzen Sinnesorgane wie Statocysten für das Gleichgewicht und Ocellen für Licht und Schatten.

Nervenstränge und Ganglien

Nervenstränge (Planaria): Diese Region besitzt ein Paar Knoten im vorderen Bereich, die als primitives Gehirn fungieren. Von dort laufen zwei Nervenstränge zentral durch den Körper, die Verzweigungen aufweisen.

Nervensystem der Echinodermen: Diese besitzen einen periesophagealen Nervenring, der die radial verlaufenden Nervenstränge miteinander verbindet.

Gangliensystem (Arthropoden): Hier zeigt sich ein Trend zur Konzentration von Nervenzellen in der Kopfregion (Cephalisation). Ganglien arbeiten peripher mit den Cerebralganglien zusammen, um die abgelegenen Regionen des Kopfes zu koordinieren.

Das menschliche Gehirn und seine Funktionen

Telencephalon (Endhirn)

Die zerebralen Hemisphären besitzen Falten, die Gyri genannt werden, sowie Risse bzw. Furchen (Sulci), welche die verschiedenen Lappen definieren:

• Frontallappen: Beherbergt Kapazitäten für Argumentation, Emotionen, Gedanken sowie die Unterscheidung zwischen Gut und Böse.
• Scheitellappen (Parietallappen): Ein sensibler Bereich, der Tastempfindungen des gesamten Körpers empfängt, sowie ein motorischer Bereich, der die Bewegungen aller Körperteile regelt.
• Schläfenlappen (Temporallappen): Hier befinden sich das Gehör und der Geruchssinn.
• Occipitallappen (Hinterhauptlappen): Zuständig für den Sehnerv.

Diencephalon (Zwischenhirn)

Dieser Bereich wird durch den Hypothalamus, die Epiphyse (welche die Zyklen von Wachheit und Schlaf kontrolliert) und den Thalamus gebildet. Der Thalamus empfängt Schmerzempfindungen und leitet diese weiter.

Mittelhirn, Hinterhirn und Myelencephalon

• Mittelhirn (Mesencephalon): Dient als Durchgang für Nervenbahnen.
• Hinterhirn (Metencephalon): Das Kleinhirn (Cerebellum) liegt unterhalb des Occipitallappens. Es verarbeitet statoakustische Informationen über die Körperlage und stellt das Gleichgewicht sicher.
• Myelencephalon: Beinhaltet die Medulla Oblongata und kontrolliert unfreiwillige viszerale Aktionen wie die Kardial- oder Atemfrequenz.

Rückenmark und peripheres Nervensystem

Spinal Cord (Rückenmark)

Ein Nervenstrang, der durch die Wirbelkanäle verläuft und vom Gehirn ausgeht. Er enthält einen Kanal namens Ependym. Die sensorischen Nerven verlaufen durch die Hinterhörner, während andere Signale durch die Vorderhörner geleitet werden.

Somatisches System

Besteht aus Neuronen und Nerven, die eine Ansammlung vieler Nervenfasern (Axonbündel) darstellen. Es gibt zwei Typen:

• Cranialnerven (Hirnnerven): 12 Paare, die den Schädel betreten oder verlassen. Sie versorgen Gewebe und Organe des Kopfes und Halses (sensorisch und motorisch).
• Spinalnerven: 31 Paare, die in das Rückenmark ein- und austreten. Sie führen zum Rumpf und zu den Extremitäten und sind alle gemischt (sensorisch und motorisch).

Vegetatives Nervensystem

Steuert die Aktivitäten der Organe unwillkürlich. Es besteht aus motorischen Fasern, die vor dem Erreichen der Effektoren in Ganglien synaptisch verschaltet werden. Es gibt myelinisierte präganglionäre Fasern und postganglionäre Fasern. Es besteht aus zwei antagonistischen Teilen:

• Sympathisches Nervensystem: Bereitet den Körper auf Ausnahmezustände vor. Die Nerven verlassen das Brust- und Lendenmark. Die Ganglien bilden eine Kette nahe am Rückenmark.
• Parasympathikus: Bereitet den Körper auf Ruhephasen und Schlaf vor. Die Nerven verlassen den Schädel und das Kreuzbein; die Ganglien befinden sich in der Nähe der innervierten Organe.

Reflexe und Sinnesrezeptoren

Reflexaktionen

• Unfreiwillig: Erfolgen unter Intervention des Rückenmarks ohne Beteiligung der Hirnrinde. Sie können auch anatomische Defekte sein, wenn sie während der Embryonalentwicklung entstehen.
• Erworben: Werden während des Lebens des Einzelnen erlernt.
• Freiwillig: Unter Beteiligung der Hirnrinde und von Neuronen, die im Kern entspringen. Die Antwort kann modular angepasst werden.

Rezeptoren

Rezeptoren sind spezialisierte Zellen, die auf Reize reagieren. Sie besitzen eine hohe Spezifität für bestimmte Energieformen. Man unterscheidet Interorezeptoren und Exterozeptoren:

• Mechanorezeptoren: Druck und Klang.
• Chemorezeptoren: Geruch und Geschmack.
• Photorezeptoren: Helligkeit (Augen).
• Thermorezeptoren: Temperaturveränderungen und Touch.

Das Hormonsystem und die Hypophyse

Hormone und Regulation

Hormone sind organische Moleküle unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung, die über das Blut zu bestimmten Zielzellen (Target-Zellen) gelangen und dort spezifische Aktionen koordinieren. Die Regulation basiert auf einem Mechanismus namens Feedback (Rückkopplung): Eine hohe Hormonkonzentration im Blut hemmt die weitere Sekretion.

• Steroidhormone: Aufgrund ihrer Größe passieren sie die Zellmembran und binden an Rezeptoren, die die Genexpression modulieren.
• Proteinhormone: Sie sind groß und können die Membran nicht passieren. Sie binden an Membranrezeptoren und induzieren die Bildung eines "Second Messengers" (zyklisches AMP), der Enzyme aktiviert und die Genexpression beeinflusst.

Die Hypophyse (Hirnanhangdrüse)

Eine endokrine Drüse (1 cm Durchmesser) im Bereich des Zwischenhirns, die vom Hypothalamus gesteuert wird. Sie liegt in der Sella turcica des Keilbeins. Sie besteht aus zwei Teilen:

1. Neurohypophyse: Speichert im Hypothalamus synthetisierte Hormone. Sie sondert Oxytocin (verursacht Uteruskontraktionen und Milchausschüttung) und Vasopressin (bewirkt die Rückresorption von Wasser in den Nephronen) ab.
2. Adenohypophyse: Sondert Hormone als Reaktion auf Releasing-Faktoren des Hypothalamus ab:
   • TSH: Aktiviert die Schilddrüse (Thyroxin).
   • FSH: Regt Eierstöcke (Östrogen/Eizellreifung) und Hoden (Spermienproduktion) an.
   • LH: Stimuliert die Produktion von Progesteron und Testosteron.
   • STH (Wachstumshormon): Bewirkt die Dehnung von Knochen und Knorpel.
   • PRL (Prolaktin): Stimuliert die Sekretion der Brustdrüsen.