Neuron, Synapse und Zentrales Nervensystem – Aufbau & Funktion

1. Neuron — Elektrische Eigenschaften

Aufbau eines Neurons

Neurone sind Nervenzellen, die miteinander verbunden sind. Sie sind für die Übertragung von Informationen von den sensorischen Systemen zu den Nervenzentren verantwortlich und lösen komplexe Reaktionen in Organen (Muskeln und Drüsen) aus.

Aufbau: Ein Neuron besteht aus einem Zellkörper, mehreren kurzen Fortsätzen (Dendriten) und einem langen Fortsatz, dem Axon. Viele Axone sind von Schwann-Zellen umgeben und mit einer Myelinscheide isoliert. Die unmyelinisierten Bereiche zwischen zwei Schwann-Zellen werden als Knoten von Ranvier bezeichnet.

Elektrische Eigenschaften

Nervenimpulse (Aktionspotenziale) entstehen in der Regel im Axonhügel (Initialsegment) und werden entlang des Axons weitergeleitet. Die Übertragung erfolgt durch Änderungen des Membranpotentials der Nervenzelle.

Membranpotenzial

Das Ruhepotenzial einer typischen Nervenzelle liegt bei etwa -70 mV (innen relativ zur Außenseite). Im Inneren der Zelle befinden sich hohe Konzentrationen von Kalium-Ionen (K+), während Natrium-Ionen (Na+) in niedrigerer Konzentration vorkommen.

Im Ruhezustand sind die Membranen für K+ relativ durchlässig, während viele Natriumkanäle geschlossen sind. Der elektrische und chemische Gradient zieht K+ nach außen, bis ein Gleichgewichtszustand erreicht ist.

Bei einem Reiz erhöhen sich die Permeabilität und die Öffnung von Natriumkanälen, was zu einem schnellen Natriumeinstrom führt. Die Folge ist eine Depolarisation der Membran, die den Innenraum vorübergehend positiv machen kann; die Spitze des Aktionspotenzials erreicht bis zu +50 mV.

Die Änderung der Durchlässigkeit dauert nur einen kurzen Zeitraum (ca. 0,5 Millisekunden) und durch Repolarisation und aktive Transportmechanismen wird das Ruhepotenzial wiederhergestellt.

2. Nerven und Synapsen

Arten von Nervenfasern

Nach ihrer Funktion unterscheidet man im Wesentlichen drei Typen von Nervenfasern:

• Afferente Fasern (sensorisch): übertragen Nervenimpulse von Sinnesorganen zum zentralen Nervensystem.
• Efferente Fasern (motorisch): leiten Antworten vom zentralen Nervensystem zu Effektororganen weiter. Man unterteilt sie in:
  • Vegetative (autonome) Fasern: innervieren Drüsen und glatte, unwillkürliche Muskulatur (z. B. Herz, Darm).
  • Somatische motorische Fasern: innervieren Skelettmuskeln und sind verantwortlich für willkürliche Kontraktionen (z. B. Bizeps, Zunge).
• Assoziationsneurone (Interneurone): verbinden Neurone innerhalb des zentralen Nervensystems und sind z. B. an Erinnerungsprozessen, Denken und Gefühlen beteiligt.

Die Synapse

Die Synapse ist die Verbindungsstelle, an der die Übertragung eines Nervenimpulses von einer Zelle auf eine andere stattfindet. Die häufigste Form ist die chemische Synapse.

Ein Neurotransmitter ist ein chemischer Botenstoff, der in den Enden von Axonen in kleinen Bläschen, den synaptischen Vesikeln, gespeichert wird. Diese Botenstoffe übertragen Nervenimpulse von einem Neuron auf das nächste oder auf eine Zielzelle (z. B. Drüse oder Muskel).

Etappen der Synapse

1. Freisetzung des Neurotransmitters: Erreicht das Aktionspotenzial das Ende des präsynaptischen Neurons, öffnet es spannungsabhängige Calciumkanäle. Der Calciumeinstrom stimuliert die Vesikelfusion mit der Membran, und der Neurotransmitter wird in den synaptischen Spalt freigesetzt.
2. Diffusion und Erkennung: Der synaptische Spalt ist sehr schmal, wodurch die Neurotransmitter schnell zur postsynaptischen Membran diffundieren können. Dort binden sie an spezifische Rezeptoren.
3. Postsynaptische Antwort: Die Aktivierung der Rezeptoren löst Ionenströme aus, die das Membranpotenzial des postsynaptischen Neurons verändern. Wird ein Schwellenwert erreicht, kann ein neues Aktionspotenzial ausgelöst werden. Nach der Übertragung werden Neurotransmitter durch Enzyme abgebaut oder durch Rücktransport (Reuptake) entfernt.

3. Zentrales Nervensystem

Das zentrale Nervensystem (ZNS) umfasst das Gehirn und das Rückenmark. Es besteht aus Millionen von miteinander verbundenen Neuronen, Gliazellen, Fasern und Blutgefäßen.

Graue und weiße Substanz: Die Zellkörper der Neurone bilden die graue Substanz. Im Gehirn liegt die graue Substanz eher an der Oberfläche (Kortex), im Rückenmark dagegen zentral. Dendriten und Axone bilden überwiegend die weiße Substanz; ihre helle Färbung ist auf die Myelinscheiden zurückzuführen.

Schutz: Gehirn und Rückenmark werden von Schädel und Wirbelsäule geschützt und zusätzlich von drei Hirnhäuten (Meningen) umgeben: der Dura mater (äußerste Schicht), der Arachnoidea (Spinngewebshaut) und der Pia mater (innere Schicht). Zwischen Arachnoidea und Pia mater befindet sich der Liquor (Zerebrospinalflüssigkeit).

1. Enzephalon (Gehirn)

Das Gehirn erhält Informationen aus dem peripheren Nervensystem, verarbeitet sie und erzeugt geeignete Reaktionen. Es setzt sich aus mehreren Hauptbereichen zusammen:

• Großhirn (Cerebrum): Hirnhemisphären mit Kortex und vielen Funktionen wie Wahrnehmung, Motorik und höherer Kognition.
• Diencephalon: umfasst Thalamus, Hypothalamus und die Hypophyse (Hirnanhangsdrüse).
• Kleinhirn (Cerebellum): Koordination von Bewegung und Gleichgewicht.
• Medulla oblongata (verlängertes Mark): lebenswichtige Reflexzentren für Atmung, Herz-Kreislauf und andere autonome Funktionen.

Das Gehirn ist über das Rückenmark mit dem Körper verbunden und sendet und empfängt Signale über zahlreiche Nervenbahnen.