Fühlen, riechen, sehen, hören, schmecken – das alles tun wir ununterbrochen und ohne, dass wir darüber nachdenken müssen. Doch wie gelangen die Informationen unserer Umwelt eigentlich zu unserem Gehirn, wo sie verarbeitet werden? Diese wichtige Aufgabe übernehmen unsere Nervenzellen. 

Die Funktionsweise der Nervenzellen

In unserem Körper befinden sich mehrere Milliarden Nervenzellen, auch Neuronen genannt. Und zwar nicht nur im Gehirn und dem Rückenmark, sondern beispielsweise auch in unserer Haut, den Augen oder den Ohren. Ihre Aufgabe besteht darin, Reize zu erfassen und die Information darüber weiterzuleiten. Die Weiterleitung zwischen einzelnen Neuronen erfolgt dabei zumeist mithilfe von Botenstoffen, den sogenannten Neurotransmittern, oder (seltener) mittels elektrischer Impulse.

Unterscheidung verschiedener Nervenzellen

Nervenzellen unterscheiden sich in ihrer Funktion wie folgt:

  • Sensorische Nervenzellen: Sie leiten die Informationen aus unserer Umwelt, die wir über unsere Sinnesorgane (also durch Sehen, Hören, Riechen, Schmecken oder Fühlen) aufnehmen,  an Rückenmark und Gehirn weiter.
  • Motorische Nervenzellen: Sie leiten die Impulse vom Gehirn  und Rückenmark an die Muskeln und Drüsen weiter und sorgen so beispielsweise dafür, dass ein Muskel sich zusammenzieht.
  • Interneuronen: Sie sind weder sensorisch, noch motorisch. Sie  übermitteln Informationen von einer zur nächsten Nervenzelle, sind also sozusagen die „Vermittler“ unter den Nervenzellen. Sie machen den grüßten Anteil aller Nervenzellen aus.

Aufbau einer Nervenzelle

Ein Neuron lässt sich ganz leicht an seinem typischen Aufbau erkennen. Die Zelle ist dabei in vier Bereiche einzuteilen:

Den „Kopf“ bildet der Zellkörper, auch Soma genannt. Er umfasst neben dem Zellkern die Dendriten, die Antennen des Neurons. Dort werden Informationen von Rezeptoren oder anderen Neuronen empfangen.

Den Übergang zwischen Zellkörper und Axon bildet der Axonhügel. Hier entscheidet sich, ob der empfangene Reiz stark genug ist, um weitergeleitet zu werden.

Das Axon ist der Fortsatz der Nervenzelle, über den die Weiterleitung des empfangenen Reizes erfolgt. Seine Länge unterscheidet sich je nach Art und Lage der Nervenzelle stark und kann beim Menschen bis zu 1 Meter lang sein. Damit die Weiterleitung auch über so weite Strecken ohne Verluste und möglichst schnell geht, umgibt das Axon bei manchen Neuronen eine Isolierschicht, die sogenannte Myelinscheide. Der Reiz kann so ungefähr zehnmal so schnell weitergeleitet werden wie in einem vergleichbaren Neuron ohne die Isolierschicht. Myelinscheide und Axon bilden zusammen die Nervenfaser.

Das Axon spaltet sich an seinem Ende in Kollaterale auf, an deren Ende sich wiederum die Endknöpfchen befinden. Diese gehören schon zum Bereich der Synapse, also der Stelle, an der das Neuron seinen empfangenen Reiz an das nächste Neuron weitergibt.

Weiterleitung von Reizen innerhalb der Nervenzelle

Die Kommunikation zwischen den einzelnen Nervenzellen läuft großteils über Botenstoffe, die sogenannten Neurotransmitter. Diese werden an den Endknöpfchen der Senderzelle ausgeschüttet und docken an den Dendriten der Empfängerzelle an. Die so empfangenen Reize werden im Zellkörper des Neurons dann an den Axonhügel weitergeleitet. Dort summieren sie sich, wenn mehrere Reize gleichzeitig eintreffen.

Die Summe der eintreffenden Reize nennt man Erregungspotenzial. Erst wenn das Erregungspotenzial eine bestimmte Schwelle überschreitet, wird der Reiz weitergeleitet. Man sagt, ein Aktionspotenzial wird freigesetzt. Die Schwelle ist sehr wichtig, denn gäbe es sie nicht, würde jeder noch so kleine Reiz an unser Rückenmark und Gehirn weitergegeben. Das wäre mit dieser Informationsflut schnell überfordert.

Neuronen sind im Ruhezustand negativ geladen, also polarisiert. Das bedeutet, es besteht ein Konzentrationsgefälle der Ionen im Zellinneren und -äußeren: Im Zellinneren befinden sich mehr Kalium- als Natriumionen. Dieser Zustand wird aktiv von Natrium-Kalium-Pumpen hergestellt, die sich in der Zellmembran befinden, und kostet die Zelle Energie.

Ist ein Reiz nun stark genug, löst er ein Aktionspotenzial aus: Es öffnen sich die Ionenkanäle entlang des Axons und die durch das Konzentrationsgefälle hergestellte Spannung wird entladen. Kaliumionen fließen aus der Zelle, Natriumionen hinein. Das Zellinnere wird so depolarisiert. Diese Reaktion pflanzt sich bis zu den Endknöpfchen fort und leitet den Reiz so durch die Nervenzelle.

Nach der Weiterleitung eines Reizes schließen sich die Ionenkanäle. Jetzt benötigt die Zelle Energie, um wieder ein Konzentrationsgefälle herzustellen. Die Natrium-Kalium-Pumpen fangen an zu arbeiten, bis der ursprüngliche Zustand der Polarisation wieder erreicht ist. Dann ist die Nervenzelle bereit, den nächsten Reiz weiterzuleiten.

Weiterleitung bei Neuronen mit Myelinscheide

Warum geht die Weiterleitung nun schneller, wenn das Axon des Neurons durch eine Myelinscheide isoliert ist? Bei solchen Zellen kommt nur ein kleiner Teil des Axons in Berührung mit dem Zelläußeren. Wenn man sich das Neuron ganz genau anschaut, sieht man, dass die Myelinscheide nicht durchgängig ist. Zwischen den Abschnitten erkennt man jeweils einen kleinen Spalt, der sich Ranvier-Schnürring nennt. Wird nun ein Reiz durch das Axon zu den Kollateralen geschickt, löst das Aktionspotenzial nur an den Ranvier-Schnürringen aus und springt sozusagen von einem Schnürring zum nächsten. Das geht vor allem bei Neuronen mit einem langen Axon viel schneller, als wenn die Reaktion entlang der ganzen Strecke ausgelöst werden müsste.

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