Erregbare Zellen reagieren auf Reize durch Veränderung ihres Membranstatus. Es gibt zwei Arten erregbarer Zellen: Nervenzellen, die Impulse im Nervensystem leiten und umwandeln, und Muskelzellen, die entweder auf Nervenimpulse oder autonom zusammenziehen.
Das menschliche Nervensystem besteht aus über 10 Milliarden Nervenzellen, auch Neurone genannt. Ein Neuron ist die strukturelle und funktionale Einheit des Nervensystems. Ein typisches Neuron (Motoneuron, A1) besteht aus einem Zellkörper und zwei Arten von Fortsätzen – Axon und Dendriten. Neben den üblichen Zellorganellen wie Kern und Mitochondrien (A2) enthält das Neuron Neurofilamente und Neurotubuli. Das Neuron erhält afferente (erregende und hemmende) Signale von mehreren, manchmal sogar Tausenden benachbarter Neurone über die Dendriten (meist baumartig) und die Signale werden entlang des Zellkörpers an der Zellmembran summiert (Summation).
Das Axon beginnt am Axonhügel des Zellkörpers: Es leitet efferente Nervensignale zu nahegelegenen oder entfernten Effektoren (Muskel- und Drüsenzellen) und benachbarten Neuronen weiter. Axone haben oft Verzweigungen (Kollateralen), die sich weiter aufteilen und in Anschwellungen – synaptischen Bläschen oder synaptischen Endigungen – enden. Wenn das Gesamtpotenzial am Axonhügel einen bestimmten Schwellenwert übersteigt, wird ein Aktionspotenzial erzeugt, das entlang des Axons weitergeleitet wird und das nächste Synapse über die synaptische Endigung (A1, 3) erreicht.
Vesikel, die verschiedene Substanzen (Proteine, Lipide, Zucker und Neurotransmittermoleküle) enthalten, werden vom Golgi-Apparat im Zellkörper zum synaptischen Endknopf und zu den Dendritenspitzen durch schnelen anterograden Achsentransport (40 cm/Tag) transportiert. Diese Form des vorwärts gerichteten Transports entlang der Neurotubuli erfolgt durch Kinesin (ein myosinähnliches Protein), wobei die dafür benötigte Energie aus ATP stammt. Endogene und exogene Substanzen wie der Nervenwachstumsfaktor (NGF), das Herpes-Virus, das Poliovirus und das Tetanustoxin werden durch retrograden Transport (rückwärts gerichteten Transport) von den peripheren Bereichen zum Zellkörper mit einer Geschwindigkeit von ~ 25 cm/Tag befördert. Der langsame Achsentransport (~ 1 mm/Tag) spielt eine wichtige Rolle bei der Behandlung schwerer Neuritiden.
Die Plasmamembran des Zellkörpers setzt sich als Axolemma (A1, 2) entlang des Axons fort. Im zentralen Nervensystem (ZNS) ist das Axolemma von Oligodendrozyten, in der Peripherie von Schwann-Zellen umgeben (A1, 2). Ein Nervenfaser besteht aus dem Axon und seiner Hülle. In manchen Neuronen bilden die Schwann-Zellen eine mehrschichtige Myelinscheide aus doppelten Phospholipidschichten (A1, 2) um das Axon, die den Axon von Ionenströmen isoliert. Die Myelinscheide ist etwa alle 1,5 mm an den Ranvier’schen Schnürringen (A1) unterbrochen. Die Leitfähigkeit myelinisierter Nervenfasern ist deutlich höher als die nicht-myelinisierter, und nimmt mit zunehmendem Nervenfaserdurchmesser zu.
Der Synapse (A3) ist der Bereich, an dem das Axon eines Neurons mit Effektoren oder anderen Neuronen interagiert. Die synaptische Übertragung erfolgt bei fast allen Säugetieren mit chemischen Verbindungen und nicht mit elektrischen Signalen. Als Reaktion auf ein elektrisches Signal im Axon wird aus den Vesikeln an der präsynaptischen Membran durch Exozytose Neurotransmitter freigesetzt. Der Transmitter diffundiert durch den synaptischen Spalt (10-40 nm) zur postsynaptischen Membran, wo er an Rezeptoren bindet und neue elektrische Signale erzeugt (A3). Je nach Art des beteiligten Neurotransmitters und Rezeptors hat der Neurotransmitter an der postsynaptischen Membran eine erregende (z.B. Acetylcholin am Skelettmuskel) oder hemmende Wirkung (z.B. Glycin im ZNS). Da die postsynaptische Membran normalerweise keine Neurotransmitter freisetzt (es gibt nur wenige Ausnahmen), können Nervensignale den Synapse nur in einer Richtung passieren. So fungiert der Synapse als Ventil, das die geordnete Signalübertragung gewährleistet. Synapsen sind auch Orte, an denen die Reizweiterleitung durch andere (erregende oder hemmende) Neurone moduliert werden kann.
Häufig gestellte Fragen
Was sind Neurone?
Neurone sind die strukturellen und funktionalen Einheiten des Nervensystems. Sie bestehen aus einem Zellkörper (Soma) und zwei Arten von Fortsätzen – Axonen und Dendriten.
Wie ist der Aufbau eines typischen Neurons?
Ein typisches Neuron (Motoneuron) besteht aus einem Soma, Axonen und Dendriten. Im Soma befinden sich neben dem Zellkern und Mitochondrien auch Neurofilamente und Neurotubuli.
Wie erfolgt die Signalübertragung in Neuronen?
Neurone erhalten afferente Signale über die Dendriten, die im Soma summiert werden. Wenn ein Schwellenwert überschritten wird, wird ein Aktionspotenzial im Axonhügel generiert, das dann entlang des Axons weitergeleitet wird.
Was ist die Funktion der Myelinscheide?
Die Myelinscheide, die von Schwann-Zellen oder Oligodendrozyten gebildet wird, umhüllt das Axon und isoliert es von Ionenströmen. Dies erhöht die Leitfähigkeit der Nervenfasern deutlich.
Wie erfolgt die synaptische Übertragung?
An der Synapse wird bei Eintreffen des Aktionspotenzials Neurotransmitter aus Vesikeln an der präsynaptischen Membran freigesetzt. Dieser diffundiert zum Rezeptor an der postsynaptischen Membran und erzeugt dort neue elektrische Signale.