Nervenzelle

Gehirn, ZNS (zentrales Nervensystem), Nerven, Nervenfasern

Medizinisch: Neuron, Ganglienzelle

Griechisch: Ganglion = Knoten

Englisch: nervous system

Lesen Sie auch:

• Nervensystem

Nervenzellen (Neuronen) sind Zellen, deren primäre Funktion die Informationsübertragung mithilfe von elektrischer Erregung und synaptischer Transmission ist. Die Gesamtheit der Nervenzellen und anderer Zellen, die mit ihrer Funktion in direkter Verbindung stehen, werden als Nervensystem bezeichnet, wobei zwischem zentralem Nervensystem (ZNS), bestehend aus Gehirn und Rückenmark und peripherem Nervensystem (PNS), überwiegend bestehend aus peripheren Nerven unterschieden wird.

Das menschliche Gehirn enthält zwischen 30 und 100 Milliarden Nervenzellen. Wie andere Zellen auch besitzt die Nervenzelle einen Zellkern und alle anderen Zellorganellen, welche im Zellkörper (Soma oder Perikaryon) lokalisiert sind.
Ein Reiz, der auf eine Nervenzelle trifft, verursacht eine Erregung, die sich in der Zellmembran des Neurons ausbreitet (Depolarisation der Zellmembran) und über lange Zellausläufer, die Neuriten oder Axone, weitergeleitet wird.
Diese Erregung nennt man Aktionspotential. Die Neuriten (Axone) können eine Länge von bis zu über 100 cm erreichen. Die Erregung kann sich also über eine weite Strecke gerichtet fortpflanzen, z.B. wenn man seinen großen Zeh bewegt. Jede Nervenzelle hat nur ein Axon.

Nervenzellen sind in verschiedene Teile gegliedert. Jede Zelle besitzt einen Zellkern mit umgebendem Zytoplasma und Zellorganellen. Diesen zentralen Bereich der Zelle bezeichnet man als Soma. Das Soma der Nervenzelle weist einen oder mehrere dünne Fortsätze auf, die in Dendriten und Axon unterteilt werden können. Dendriten nehmen Kontakt mit anderen Nervenzellen auf (Synapsen) und können die elektrische Erregung passiv weiterleiten. Überschreitet diese Erregung eine bestimmte Schwelle, wird im Axon ein Aktionspotential ausgelöst, indem sich spannungsabhängige Natriumkanäle öffnen, welche über die gesamte Länge des Axons diese Erregung weitergeben. Auf diese Art kann ein Signal innerhalb von kurzer Zeit über große Distanzen weitergegeben werden. Axone können über einen Meter lang werden (z.B. motorische Fasern vom Rückenmark zur Fußmuskulatur), sodass erregende Nervenzellen zu den größten Zellen des Körpers zählen.

Das Axon geht entweder eine einzelne Synapse an eine weitere Nervenzelle ein (z.B. bei sensiblen Nerven), oder es zweigt sich auf und nimmt Kontakt zu mehreren Zellen auf (z.B. bei Nerven, die Muskulatur innervieren). An diesen Synapsen liegen im Zytoplasma der Zelle sog. Transmittervesikel vor, kleine membranumhüllte Bläschen, welche in hoher Konzentration Botenstoffe (Neurotransmitter) enthalten. Diese können bei Bedarf in den synaptischen Spalt abgegeben werden und an der Zellmembran der Postsynapse - also der Zielzelle - ein Signal auslösen.

Nervenfortsätze werden von Zytoskelettelementen wie den Mikrotubuli durchzogen. Dabei handelt es sich um rohrartige Proteinbausteine, welche wie Schienen als Leitweg für Transportproteine (Dynein und Kinesin) dient, welche biologische Lasten wie große Proteine, Vesikel und sogar ganze Zellorganellen transportieren. Auf diese Weise kann die Versorgung weit entfernter Axonelemente sichergestellt werden.

Viele Nervenzellen werden außerdem von Fortsätzen anderer Zellen umhüllt, um bessere elektrische Eigenschaften zu erreichen (Myelinisierung). Dadurch nehmen die Nervenfasern in ihrem Durchmesser zu, können allerdings Erregung deutlich schneller weitergeben. Besonders gut umhüllt sind beispielsweise motorische Fasern zu Skelettmuskulatur, aber auch Schmerzfasern, welche eine Schutzreaktion hervorrufen sollen.

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Nervenzellen sind in der Lage, Eingangssignale zu verarbeiten und davon ausgehend neue Signale weiterzugeben. Man unterscheidet zwischen erregenden und hemmenden Nervenzellen. Erregende Nervenzellen erhöhen die Wahrscheinlichkeit eines Aktionspotentials, während hemmende diese verringern. Ob eine Nervenzelle erregt, hängt grundsätzlich vom Neurotransmitter ab, den diese Zelle ausschüttet. Typische erregende Neurotransmitter sind Glutamat und Acetylcholin, während GABA und Glycin hemmen. Andere Neurotransmitter wie Dopamin können je nach Rezeptortyp an der Zielzelle entweder erregen oder hemmen. Die erregendenden und hemmenden Signale, welche die Nervenzellen erreichen, werden räumlich und zeitlich integriert und zu Aktionspotentialen „umgerechnet“.

Ein einzelnes Signal, welches auf eine Nervenzelle trifft, muss also noch keine Wirkung haben; anders als bei Muskelzellen, wo jedes Signal zu einer Öffnung von Ionenkanälen und damit einer Kontraktion der Muskelzelle führt. Ist die Erregung der Nervenzelle dagegen überschwellig, gilt das Alles-oder-nichts-Prinzip: das ausgelöste Aktionspotential hat stets die gleiche Amplitude. Eine Modulation der Aktivität kann also nur über die Frequenz der Aktionspotentiale, nicht über deren Intensität erfolgen. Anders verhält es sich mit Signalen, die von Axonen anderer Nervenzellen ausgehen: hier kann durch zeitlich gehäufte Erregung eine höhere Sensibilität der Zelle für dieses Signal auftreten. Dieses Phänomen wird als Langzeitpotenzierung bezeichnet und ist beispielsweise für Lernprozesse und Gedächtnisbildung mitverantwortlich.

Als die namensgebenden Zellen des Nervensystems haben Neuronen entscheidenden Bedeutung für Sensorik, Motorik, Koordination vegetativer Funktionen und kognitive Leistungen. Das Nervensystem kann funktionell unterteilt werden: das somatische Nervensystem übernimmt Aufgaben, die für die Interaktion mit der Umwelt von Bedeutung sind. Dazu zählt die Innervation von Skelettmuskulatur und Wahrnehmung von Außenreizen beispielsweise über den Sehsinn. Das vegetative Nervensystem koordiniert die Funktion innerer Organe und passt deren Aktivität an Umweltreize an. Es kann weiter unterteilt werden in das symphatische, parasympathische und enterische Nervensystem.

Das sympathische Nervensystem weist Funktionen auf, welche im Sinne einer Fight-or-flight-Reaktion, also einer Stressreaktion auf Umweltreize, notwendig sind. Dabei wird Herzkraft und Blutdruck gesteigert, die Bronchien erweitern sich und die Aktivität des Magendarmtraktes wird reduziert. Umgekehrt führt eine Aktivierung des Parasympathikus zu einer Aktivierung des Magendarmtraktes (Rest and digest) und einer Verminderung von Blutdruck und Herzarbeit. Das enterische Nervensystem dagegen arbeitet primär unabhängig vom zentralen Nervensystem und koordiniert Funktionen innerhalb des Magendarmtraktes und wird von Symphatikus und Parasympathikus moduliert. Das zentrale Nervensystem lässt sich dagegen einteilen in Kerngebiete mit motorischer, sensorischer, sympathischer, parasympathischer und höherer kognitiver Funktionen, die an unterschiedlichen Orten des Gehirns bzw. Rückenmarks zu finden sind.

Außer den Neuriten, die nur in eine Richtung führen, gibt es noch andere Fortsätze an der Nervenzelle, die Dendriten (= griech. Baum). Die Dendriten sind viel kürzer als der lange Neurit und in der Nähe des Zellkörpers (Perikaryon) gelegen. Meist liegen sie in Form eines großen Dendritenbaumes vor.
Sie haben die Aufgabe, Reize von anderen Nervenzellen zu empfangen. Das verbindende Element, die „Schnittstelle“ zwischen einzelnen Neuronen nennt man Synapse.

Hierbei stößt das Ende des langen Nervenzellfortsatzes (Axonende) des einen Neurons auf den Dendritenbaum eines anderen Neurons. Die Interaktion zwischen beiden erfolgt durch eine chemische Überträgersubstanz, einen Neurotransmitter; der Vorgang gleicht also einer „elektrochemischen Kopplung“.
Eine Nervenzelle kann auf diese Weise mit bis zu 10.000 anderen verknüpft sein, was eine Gesamtsynapsenzahl von einer geschätzten Billiarde (eine 1 mit 15 Nullen!) ergibt!
Diese Verschaltung von Nervenzellen untereinander führt zu einem komplexen neuronalen Netzwerk – bzw. mehreren funktionell unterscheidbaren Netzwerken.

Nervenzellen lassen sich anhand verschiedener Kriterien einteilen. Afferente Zellen führen Signale zum zentralen Nervensystem hin (Sensorik), während efferente Zellen Signale in die Peripherie senden (Motorik). Vor allem innerhalb des Gehirns kann außerdem zwischen erregenden und hemmenden Neuronen unterschieden werden, wobei hemmende Neuronen üblicherweise eine geringe Reichweite besitzen und innerhalb eines funktionellen Gebietes hemmen (Interneurone). Neurone, die (üblicherweise erregend) Zellen in weit entfernten Gebieten erreichen, werden als Projektionsneurone bezeichnet.

Anhand der Form der Zelle kann unter anderem zwischen bipolaren, multipolaren und pseudounipolaren Nervenzellen unterschieden werden. Bipolare Nervenzellen besitzen zwei Fortsätze, während multipolare Nervenzellen eine Vielzahl von Fortsätzen aufweist. Besonders interessant sind die pseudounipolaren Neuronen, welche nur einen Fortsatz besitzen, welcher sich allerdings nach kurzer Zeit in zwei Axone aufzweigt. Es handelt sich hierbei um die überwiegende Mehrheit der sensiblen Neuronen, welche unter anderem den Tastsinn vermitteln. Die Zellkerne dieser Neurone liegen in Ganglien neben dem Rückenmark, wobei ein Axon in die Peripherie und ein Axon in das Gehirn führt.

Werden diese Zellen an freien Enden in der Haut erregt, wird die Information über eine einzige Zelle bis ins Gehirn weitergegeben. Nervenzellen lassen sich außerdem nach dem Grad ihrer Myelinisierung (Ummantelung) unterscheiden: motorische Fasern beispielsweise sind stark myelinisiert und können daher Signale sehr schnell weiterleiten. Neuronen des autonomen Nervensystems sind dagagen schwach myelinisiert, da hier eine verzögerungsfreie Übertragung nicht notwendig ist.

Als Neurone bezeichnet man auf Erregungsbildung und -leitung spezialisierte Nervenzellen mit allen ihren Fortsätzen. Als solche bilden sie das kleinste zentrale Funktionselement des Nervensystems.