Enthülle die faszinierende Welt der Nervenzellen und entdecke die Geheimnisse, die in den Schaltkreisen unseres Körpers verborgen liegen. Diese tiefgreifende Erkundungstour führt dich von den grundlegenden Bausteinen des Nervensystems, den Neuronen und Gliazellen, bis hin zu den komplexen Prozessen der Erregungsleitung und synaptischen Übertragung. Tauche ein in die mikroskopische Welt des Zellkörpers (Soma), des Axons (Neurit) und der Dendriten, um die architektonische Brillanz dieser biologischen Wunderwerke zu verstehen. Verfolge die elektrischen und chemischen Signale, die durch das Nervensystem rasen, und lüfte das Mysterium des Ruhepotentials, des Aktionspotentials (Spike) und der Refraktärzeit. Erfahre, wie markhaltige und marklose Nervenfasern die Geschwindigkeit und Effizienz der Erregungsleitung beeinflussen, und entdecke die Bedeutung der Schwannschen Scheide und der Ranvierschen Schnürringe. Durchdringe die komplizierten Mechanismen der Synapsen, wo Neurotransmitter wie Acetylcholin die Kommunikation zwischen Nervenzellen ermöglichen und so die Grundlage für unsere Gedanken, Gefühle und Handlungen bilden. Von erregenden bis hin zu hemmenden Synapsen wirst du die Vielfalt der neuronalen Interaktionen kennenlernen, die unser Verhalten steuern. Untersuche die Reflexe, die blitzschnellen automatischen Reaktionen, die uns vor Gefahren schützen, und entdecke den Aufbau des Reflexbogens mit seinen Sinneszellen (Rezeptoren), afferenten und efferenten Nervenfasern und Erfolgsorganen. Erkunde die Rolle der Dehnungsrezeptoren (Muskelspindeln) bei der Aufrechterhaltung unserer Körperhaltung und der Regulierung der Muskelspannung. Dieses Buch ist dein Schlüssel zum Verständnis der Nervenzelle, dem grundlegenden Element, das unser Bewusstsein, unsere Bewegungen und unsere Interaktionen mit der Welt ermöglicht und dient sowohl als Einführung für Neulinge als auch als informative Wiederholung für Kenner der Materie. Tauche ein in eine Welt, in der Biologie auf Elektrizität trifft und die Grundlage für das Verständnis des menschlichen Geistes bildet.
Die Nervenzelle
Nervenzellen => Neuron, Ganglienzelle
Kommen bei allen vielzelligen Tieren vor, wo sie die Bausteine der Nerven- Systeme sind. Die Nervenzellen sind von Gliazellen umgeben, sie können durch einen Reiz erregt werden, diesen Reiz verarbeiten und als Erregung weiterleiten. Die Erregungsleitung erfolgt innerhalb einer Nervenzelle elektrisch, zwischen zwei verschiedenen Nervenzellen chemisch.
Zellkörper => Soma
Im Zellkörper liegt der Zellkern, der bei hochentwickelten Tieren & beim Menschen in ausgereiften Nervenzellen nicht mehr teilungsfähig ist. Im Zytoplasma (hier: Neuroplasma) liegen zahlreichen Mitochondrien, Golgi-Apparate mit fetthaltigen Vakuolen und neben Pigmenten besonders Charakteristische Strukturen, die sog. Nissl-Schollen (=besonders große Membranstapel des RE mit zahlreichen Ribosomen). Außerdem enthält der Zellkern einen großen Kleinkern.
Axon => Neurit
Wächst bei der Entwicklung der Zelle zuerst aus.
Es überträgt Erregungen zu anderen Nervenzellen oder zu Muskelzellen. Er ist von einer besonderen Isolierschicht (Schwannsche Zelle) umgeben. Damit wird der Neurit zum Achsenzylinder (Axon) der Nervenfaser.
Dieser Nervenfortsatz leitet bei jeder Nervenzelle die Erregung vom Zell- Körper des Neurons weg (zentrifugale Leitung)
Axone bilden mit ihren Nervenfasern die Neuriten, Länge d. Axon 1mm Bis 1 m lang.
Dendrit => Fortsätze die der Zelle die Erregungen zu leiten (zellulipetale Leitung). Sie
Sind kurz und stark verzweigt.
Gliazellen => gewebsähnliche Zellen, sie haben Stütz-, Isolier-, Abwehr- und Ernährungs- Funktion und sind etwa 10mal so häufig wie Nervenzellen.
Schwannsche-
Scheide => Myelinscheide, Gliascheide, Markscheide, Myelinhülle
Isolierschicht (Gliazelle) des Axons / Neuriten (im peripheren Nervenystem),
sie legt sich mehrfach spiralig um das Axon, wird von den Schwannschen- Zellen gebildet
Ranvierscher-
Schnürring => marklose, nur vom Axolemm umhüllte Lücke
Nervenfasern
Im Laufe der Entwicklung wickelt sich die Schwannsche-Zelle mehrfach spiralig um das Axon. Schließlich liegen die Zellmembranen der Schwann-Zelle mehr oder weniger dicht gepackt übereinander. Sie bilden die dem Axolemm aufliegende Markscheide (Myelinscheide). Die Markscheide besteht aus Zellmembranen. Und diese bauen sich aus Membranlipiden (Lipide isolieren elektrischen Strom) und Proteinen auf. Je nach der Anzahl der Umwicklungen entstehen...
Markarme>marklose => unter dem Lichtmikroskop marklos erscheinende Nervenfasern,
Schwannsche Zelle als einfache Hülle des Axons, typisch für das
Vegetative Nervensystem, mehrere Axone in die isolierende Gli- Zelle eingesenkt, da im Zentrum kein Axon liegt, erscheinen die Fasern marklos.
Markhaltige => mehrere Lagen um das Axon ,,gewickelt",
nur bei Wirbeltieren und manchen Krebsen. Kommen vorwiegend
im animalen Nervensystem (durch das Bewusstsein kontrollierter Teil) vor
Ruhepotential
Potentialdifferenz (Axon) -60 - -120mV (Mittelwert -80Mv) Innenseite gegenüber Außenseite negativ
Dieses Potential, also das einer nicht gereizten(/erregten) Zelle, ist das Ruhepotential.
Zustandekommen:
Intrazelluläre Flüssigkeit (im inneren d. Zelle) enthält als Anionen Proteinanionen (viele!) und Chloridanionen (wenige!) und als Kationen Kaliumionen und Natriumionen (wenige!) Extrazelluläre Flüssigkeit: vor allem Chloridanionen (keine Proteinanionen!!), sehr viele Natriumionen und wenige Kaliumionen.
Axonmembran vor allem für Kaliumionen durchlässig. Durch das Konzentrationsgefälle diffundieren K+Ionen durch die Axonmembran nach außen. Proteinanionen können nicht durch die Membran diffundieren und bleiben zurück.
Trennung der Ionen führt zur Trennung der elektrischen Ladungen und somit zu einer elektrischen Spannung (=Potentialdifferen=Ruhepotential).
Die Proteinanionen im Inneren üben einen ,,Zug" auf die (nach außen diffundierenden)
Kaliumionen aus. Folge: Gleichgewicht zwischen chemischen Konzentrationsgefälle und der elektrischen Anziehungskraft.
- Proteinanionen in der Zelle
- Chlorianionen frei beweglich; innen und außen
- Kaliumionenüberschuss innen
- Natriumionenüberschuss außen
Kalium-Natrium-Pumpe
Sehr geringer Strom von Natrium- und Chloridionen (durch die Zellmembran). Kaum Auswirkung auf das Ruhepotential. Eindringende Natriumionen werden unter Energie- Aufwand (ATP-Verbrauch!) wieder nach außen gepumpt. Gleiches Ausmaß Kalium-Ionen gelangt nach innen.
Aktionspotential (=Spike)
Potentialumkehr (außen negativ; innen positiv)
Durch z.B. Strom, Ruhepotential erniedrigt; Depolarisation der Nervenfaser.
Ursache: Erhöhung der Durchlässigkeit der Membran für Natriumionen.
Eine Depolarisation unter einem bestimmten Schwellenwert erhöht zunächst die Permeabilität der Zellmembran für Natriumkationen, so dass zu Beginn das AP mehr Natriumionen nach außen strömen als Kaliumkationen nach innen. Es entsteht im Inneren des Axons ein Überschuss an positiver Ladung.
Die Permeabilität für Natriumionen geht rasch wieder auf den Ausgangswert zurück, während die Permeabilität für Kaliumionen noch zunimmt; Ausstrom von Kaliumionen überwiegt, Membranpotential verändert sich wieder in Richtung Ruhepotential (-> Kalium-Natrium- Pumpe)
Refraktärzeit
Während der Kalium-Natrium-Pumpe die Ionenverteilung wiederherstellt (wie beim RP), solange wie die Permeabilität für Kaliumionen erhöht ist, ist kein weiteres AP Auslösbar, d.h. gereizte Stelle der Nervenfaser unerregbar, d.h. refraktär.
Alles-oder-Nichts-Gesetz
Höhe des AP (seine Amplitude) unabhängig von der Größe des auslösenden Reizes, es entsteht ab einem bestimmten Schwellenwert.
Erregungsleitung...in...
Marklose Nervenfaser: wird ein Axon erregt, so entsteht dort - sofern der Reiz überschwellig war - ein AP. Dies führt zur Depolarisation benachbarter und bisher noch unerregter Membranbezirke. Ist die Depolarisation stark genug (und der Schwellenwert erreicht), reagiert dieser Membranbezirk ebenfalls mit einem AP. So werden ständig neue AP längs des Axons gebildet, d.h. es kommt zu einem kontinuierlichen Fortschreiten von AP längs des Axons.
Markhaltige: Bei den markhaltigen Nervenfasern sind nur die an den Ranvierschen Schnürringen liegenden Bereiche der Axonmembran erregbar, somit ,,springt" die Erregung von Schnürring zu Schnürring. Es können also nur an den Schnürringen AP entstehen. Man spricht hier auch von einer saltatorischen Erregungsleitung.
Synapse
Aufbau: Das Ende eines Axons ist köpfchenartig erweitert. Diese Köpfchen legen sich an ein
Anderes Neuron oder an eine Muskelfaser an, bleiben aber durch einen schmalen Spalt, den sog. synaptischen Spalt, von einander getrennt. Diese Kontaktstelle wird Als Synapse bezeichnet. In den Köpfchen befinden sich kleine Bläschen (synaptische Bläschen, Vesikel), die eine chemische Verbindung, das Acetylcholin (Transmitter-Stoffe), enthalten. Die Axonmembran im Bereich der Synapse wird als präsynaptische Membran bezeichnet, die angrenzende Membran der folgenden Nerven- oder Muskelzelle als postsynaptische Membran.
Chemische Erregungsübertragung an Synapsen
Erreichen Aktionspotentiale den Endknopf eines Axons, öffnen sich die synaptischen Bläschen in den synaptischen Spalt. Das dabei freiwerdende Acetylcholin diffundiert über den synaptischen Spalt zur Muskelfasermembran. Spezifische Akzeptorstellen der Muskel- Fasermembran binden das Acetylcholin. Dabei wird durch Veränderung der Membraneigen- schaft (Permeabilitätsänderung) die Membran der Muskelfaser depolarisiert, d.h. ihr Ruhepotential erniedrigt.
Der Unterschied zwischen Ruhepotential und dem reduzierten Membranpotential wird als Endplattenpotential bezeichnet. Dieses löst ein normales Aktionspotential aus, das sich über die Muskelfaser ausbreitet und sie zur Kontraktion veranlasst. Zur Verhinderung einer Dauerreizung wird das von den Akzeptorstellen freigesetzte Acetylcholin durch das Enzym Cholinesterase in kurzer Zeit in Essigsäure und Cholin gespaltet.
Erregende Synapse: der Transmitter bewirkt, dass infolge der Permeabilitätssteigerung für Natrium das Ruhepotential abnimmt: Depolarisation)
Hemmende... : Permeabilitätssteigerung für Kalium- und Chloridionnen führt zu einer Erhöhung des Ruhepotentials: Hyperpolarisation)
Reflex
Ein Reflex ist die einfachste Form der Betätigung des zentralen Nervensystems. Auf einen sensiblen Reiz erfolgt eine motorische oder sekretorische Antwort. Beispiele: Lidschlagreflex, Kniesehnenreflex, Niesreflex usw.
Reflexe können als jederzeit auslösbares Verhalten aufgefasst werden. Sie laufen unter gleichen Bedingungen immer in der gleichen, starren Weise ab, sofern die Reizstärke einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. Man unterscheidet zwischen direkten Reflexe(Kniesehenreflex)an denen nur zwei Neuronen beteiligt sind oder indirekten Reflexen, bei denen ein oder mehrere Schaltneuronen mitbeteiligt sind (z.B. Bachdeckenreflex)
Reflexbogen
Reiz-Sinneszellen (Rezeptoren): Transformation in eine Erregung > afferente Nervenfasern (Erregungsleitung zum ZNS) > ZNS > efferente Nervenfasern (Erregungsleitung vom Zentralnervensystem zum Erfolgsorgan) > Erfolgsorgan (z.B. Muskeln, Drüsen)
Dehnungsrezeptoren (Muskelspindeln)
Dehnungsrezeptoren (Propriorezeptoren) liegen in Muskeln, Sehnen und Gelenken. Sie geben dem Gehirn jeden Augenblick Auskunft über die Körperhaltung. Hierzu gehören vor allem der Muskelsinn, der von den Muskelspindeln gebildet wird. Die Meldungen dieses Sinnes dienen vor allem der Regelung der Muskelspannung.
Rezeptor => Empfangsorgan, best. Schwellenwert Effektor => Erfolgsorgan
Rezschwelle=> Eigenschaft d. Rezeptors, erst auf Reize eines best. Schwellenwerts m. Aus-
Häufig gestellte Fragen
Was ist eine Nervenzelle (Neuron)?
Eine Nervenzelle, auch Neuron oder Ganglienzelle genannt, ist ein Baustein des Nervensystems bei vielzelligen Tieren. Sie kann durch Reize erregt werden, diese verarbeiten und als Erregung weiterleiten. Die Erregungsleitung erfolgt innerhalb der Zelle elektrisch, zwischen Zellen chemisch.
Was ist das Soma (Zellkörper)?
Das Soma ist der Zellkörper der Nervenzelle. Er enthält den Zellkern, Mitochondrien, Golgi-Apparate mit fetthaltigen Vakuolen, Nissl-Schollen und einen Kleinkern.
Was ist ein Axon (Neurit)?
Das Axon ist ein Fortsatz der Nervenzelle, der Erregungen zu anderen Nervenzellen oder Muskelzellen überträgt. Es ist von einer Isolierschicht (Schwannsche Zelle) umgeben und bildet den Achsenzylinder der Nervenfaser. Es leitet die Erregung vom Zellkörper weg (zentrifugale Leitung).
Was sind Dendriten?
Dendriten sind Fortsätze der Nervenzelle, die Erregungen zur Zelle hinleiten (zellulipetale Leitung). Sie sind kurz und stark verzweigt.
Was sind Gliazellen?
Gliazellen sind gewebsähnliche Zellen, die Nervenzellen stützen, isolieren, schützen, ernähren und etwa 10mal so häufig vorkommen wie Nervenzellen.
Was ist die Schwannsche Scheide (Myelinscheide)?
Die Schwannsche Scheide ist eine Isolierschicht (Gliazelle) des Axons/Neuriten im peripheren Nervensystem. Sie legt sich mehrfach spiralig um das Axon und wird von den Schwannschen Zellen gebildet.
Was ist der Ranviersche Schnürring?
Der Ranviersche Schnürring ist eine marklose Lücke im Axon, die nur vom Axolemm umhüllt ist.
Was sind markhaltige und markarme Nervenfasern?
Markhaltige Nervenfasern sind von mehreren Lagen der Schwannschen Scheide umgeben und kommen vorwiegend im animalen Nervensystem vor. Markarme (marklose) Nervenfasern haben nur eine einfache Hülle aus Schwannschen Zellen und sind typisch für das vegetative Nervensystem.
Was ist das Ruhepotential?
Das Ruhepotential ist die Potentialdifferenz (ca. -60 bis -120 mV) zwischen der Innenseite und der Außenseite einer nicht erregten Nervenzelle. Die Innenseite ist gegenüber der Außenseite negativ geladen. Es entsteht durch die unterschiedliche Verteilung von Ionen (Kalium, Natrium, Chlorid, Proteinanionen) und die selektive Permeabilität der Axonmembran.
Was ist die Kalium-Natrium-Pumpe?
Die Kalium-Natrium-Pumpe ist ein Mechanismus, der Natriumionen aus der Zelle und Kaliumionen in die Zelle transportiert, um das Ruhepotential aufrechtzuerhalten. Dies geschieht unter Energieaufwand (ATP-Verbrauch).
Was ist das Aktionspotential (Spike)?
Das Aktionspotential ist eine Potentialumkehr (außen negativ, innen positiv), die durch Depolarisation der Nervenfaser ausgelöst wird. Es entsteht durch eine Erhöhung der Membranpermeabilität für Natriumionen.
Was ist die Refraktärzeit?
Die Refraktärzeit ist die Zeit, in der die gereizte Stelle der Nervenfaser unerregbar ist, während die Kalium-Natrium-Pumpe die Ionenverteilung wiederherstellt und die Permeabilität für Kaliumionen erhöht ist.
Was ist das Alles-oder-Nichts-Gesetz?
Das Alles-oder-Nichts-Gesetz besagt, dass die Höhe des Aktionspotentials (seine Amplitude) unabhängig von der Größe des auslösenden Reizes ist, sofern dieser einen bestimmten Schwellenwert überschreitet.
Wie erfolgt die Erregungsleitung in marklosen und markhaltigen Nervenfasern?
In marklosen Nervenfasern entsteht ein Aktionspotential, das zur Depolarisation benachbarter Membranbezirke führt und so kontinuierlich längs des Axons fortschreitet. In markhaltigen Nervenfasern "springt" die Erregung von Schnürring zu Schnürring (saltatorische Erregungsleitung).
Was ist eine Synapse?
Eine Synapse ist die Kontaktstelle zwischen dem Ende eines Axons (präsynaptische Membran) und einem anderen Neuron oder einer Muskelfaser (postsynaptische Membran). Sie ist durch einen synaptischen Spalt getrennt.
Wie funktioniert die chemische Erregungsübertragung an Synapsen?
Aktionspotentiale führen zur Freisetzung von Neurotransmittern (z.B. Acetylcholin) aus synaptischen Bläschen in den synaptischen Spalt. Der Transmitter bindet an Akzeptorstellen der postsynaptischen Membran und löst dort eine Depolarisation oder Hyperpolarisation aus.
Was ist eine erregende und eine hemmende Synapse?
Eine erregende Synapse bewirkt eine Depolarisation der postsynaptischen Membran (Abnahme des Ruhepotentials). Eine hemmende Synapse bewirkt eine Hyperpolarisation (Erhöhung des Ruhepotentials).
Was ist ein Reflex?
Ein Reflex ist die einfachste Form der Betätigung des zentralen Nervensystems, bei der auf einen sensiblen Reiz eine motorische oder sekretorische Antwort erfolgt.
Was ist der Reflexbogen?
Der Reflexbogen besteht aus: Reiz-Sinneszellen (Rezeptoren) > afferente Nervenfasern > Zentralnervensystem (ZNS) > efferente Nervenfasern > Erfolgsorgan.
Was sind Dehnungsrezeptoren (Muskelspindeln)?
Dehnungsrezeptoren (Propriorezeptoren) liegen in Muskeln, Sehnen und Gelenken und geben dem Gehirn Auskunft über die Körperhaltung. Sie dienen vor allem der Regelung der Muskelspannung.
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- Sandra Werthmann (Author), 2000, Die Nervenzelle, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/98067
