Übung » HAM-Nat Biologie

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Das Nervensystem 

 

1.     Einleitung

2.     Zentrales Nervensystem (ZNS)

3.     Peripheres Nervensystem (PNS)

4.     Somatisches Nervensystem

5.     Autonomes Nervensytem

6.     Enterisches Nervensystem

7.     Sympathikus und Parasympathikus

8.     Blut-Hirn-Schranke

9.     Erkrankungen

10.   Neuronen

11.   Aktionspotenzial 

12.   Kontrollfragen

 

1. Einleitung

Das menschliche Nervensystem ist in zwei Subsysteme eingeteilt:

  • in das zentrale und
  • das periphere Nervensystem.

Das Zentrale Nervensystem (ZNS) ­wird vom Gehirn und Rückenmark gebildet und koordiniert Aktivitäten von der linken und rechten Körperseite. Darüber hinaus ist es für rasche Reflexe zuständig.

Das Periphere Nervensystem (PNS) ­besteht aus allen anderen Nervenbahnen. Es verbindet das­ zentrale Nervensystem mit der Außenwelt und dem Rest des Körpers.

2. Zentrales Nervensystem (ZNS)

Gehirn

Das Gehirn lässt sich grob in das Großhirn, das Kleinhirn und den Hirnstamm einteilen.

Aufbau des Gehirns

Das Gehirn setzt sich zusammen­ aus:

  • dem verlängerten Mark (Medulla oblongata),
  • der Brücke (Pons),
  • dem Mittelhirn (Mesencephalon),
  • dem Kleinhirn (Cerebellum),
  • dem Zwischenhirn (Diencephalon) und
  • dem Endhirn (Telencephalon).­

Der Hirnstamm ­wird durch:

  • die Medulla oblongata,
  • Pons und
  • Mesencephalon gebildet.

Der Hirnstamm enthält unter anderem die Nervenzellkörper der Hirnnerven und die Neurone für die Regulation von Atmung und Kreislauf.

Das Großhirn ist in eine rechte und linke Hemisphäre (Gehirnhälfte) unterteilt und gliedert sich in 4 Lappen (Lobuli ) die durch Sulci (Windungen) voneinander getrennt sind:

  • Frontallappen (Stirnlappen): er ist in die Steuerung und Ausführung von Handlungen involviert und gilt auch Sitz der Persönlichkeit durch die Steuerung des Sozialverhaltens
  • Parietallappen (Scheitellappen): er ist für Integration von sensorischen Informationen verantwortlich, auf ihm befindet sich auch der sogenannte Humunculus, eine neuronale Repräsentation unseres Körpers, der Parietallappen verarbeitet die Informationen die er aus der Peripherie erhält
  • Okzipitallappen (Hinterhauptlappen): ist primär für die Verarbeitung visueller Informationen verantwortlich, in ihm befindet das Sehzentrum, indem visuelle Informationen ausgewertet werden
  • Temporallappen (Schläfenlappen): ist der Sitz des Gedächtnis und der Sprache, das Sprachzentrum ist meistens nur in einer Gehirnhälfte ausgeprägt und in 90% aller Menschen befindet sich das Sprachzentrum in der linken Hemisphäre

Das Großhirn ist wie das Rückenmark aus grauer und weißer Substanz aufgebaut. In der­ grauen­ Substanz (ca. 50% der Gehirnzellen) sind hauptsächlich die Zellkörper der Neurone aber auch Gliazellen, Synapsen und Kapillaren enthalten und weisen keine Myelinschicht auf. Die Zellkörper der Neuronen sind mit den Synapsen an der Prozessierung, Speicherung und Weiterleitung von Informationen beteiligt. Die Gliazellen und die Kapillaren dienen dem Stoff- und Flüssigkeitstransport und daher der Aufrechterhaltung der Homöostase des Gehirns. Dieser Teil der grauen Substanz wird als Stützgerüst, Versorger und Schutz des Gehirns bezeichnet werden. 

In der ­weißen ­Substanz befinden sich die Axone der Nervenzellen mit deren Hilfe die Informationen innerhalb des Gehirns transportiert werden. Die Myelinscheiden verleiht ihnen ihre weiße Farbe. 

Funktionen des Gehirns

Das Kleinhirn­ spielt beim Gleichgewicht und der Motorik des Körpers eine entscheidende­ Rolle und stellt quasi die Verbindung zwischen Großhirn und Rückenmark dar.

Die bedeutendsten Strukturen des Zwischenhirns sind:

  • der Thalamus und
  • der Hypothalamus

Der Thalamus schaltet die aufsteigenden (afferenten, aus der Peripherie zum Gehirn führenden) Nervenfasern von Augen, Haut, Ohren etc. und auch­ von anderen Hirnteilen in seinen Kernen um und die nachfolgenden Nervenzellen leiten­ diese Signale an die Großhirnrinde weiter.

Der­ Hypothalamus koordiniert die vegetativen Prozesse und auch die meisten endokrinen (nach innen, ins Blut absondernde) Vorgänge werden von ihm geleitet. Er ist ebenfalls für den Schlaf-Wach-Rhythmus, die körperliche und geistige Entwicklung, das Wachstum, die Fortpflanzung sowie die Regelung des inneren Milieus (Homöostase) verantwortlich.

Dem Hypothalamus übergeordnet ­ist das limbische System, welches das angeborene und erworbene Verhalten steuert und als­ Entstehungsort von Motivation, Trieben und Emotion gilt.

Die meisten endokrinen Vorgänge stehen­ unter der zentralen Kontrolle des ­Hypothalamus und die ihm nachgeschaltete Hypophyse (Hirnanhangsdrüse) wird davon maßgeblich beeinflusst. ­Die Hormonausschüttung wird sehr oft durch einen nervalen Reiz aus dem zentralen Nervensystem ausgelöst, der im Hypothalamus selbst zu einer Hormonausschüttung­ führt. Diese Hormone des Hypothalamus beeinflussen die Hirnanhangsdrüse. Sie ­wird in einen Hypohysenvorderlappen (HVL) und einen Hypophysenhinterlappen (HHL) eingeteilt. Die Hormonauschüttung aus dem ­Hypophysenvorderlappen (Adenohypophyse) wird­ durch übergeordnete hemmende oder freisetzende ­Hypothalamus-Hormone (Releasing-Hormone oder Releasing-Inhibiting-Hormone)gesteuert. Die HVL-Hormone steuern periphere endokrine Drüsen (z.B.: die HVL-Hormone­ FSH und LH an­ den Hoden, ACTH an der Nebennierenrinde oder das Growth Hormon (STH) an der Leber),­ aus denen dann erst das Endhormon freigesetzt wird.­ In den­ Hypophysenhinterlappen (Neurohypophyse) gelangen ­die beiden bereits zuvor im Hypothalamus produzierten Hormone ­Adiuretin­ ADH und Oxytocin durch ­axonalen ­Transport.

Das Endhirn ­ist aus Kerngebieten und Rindenbezirken aufgebaut, wobei die Basalganglien eine­ der wichtigsten Kerngebiete­ beschreiben­ und sehr bedeutsam für die Motorik sind.­

Die Basalganglien bestehen aus den folgenden Strukturen:

  • Nucleus caudatus,
  • Putamen,
  • Globus Pallidus und
  • zum Teil auch aus dem­ Corpus amygdaloideum (ist zusammen mit anderen Hirnteilen auch­Teil des limbischen Systems)

Das Endhirn besteht aus zwei Hälften, die über den Balken miteinander verbunden sind.­ Die Hirnrinde (Cortex) ist in vier Lappen (Lobuli) eingeteilt und Furchen (Sulci) trennen diese voneinander. Außerdem wird der Cortex in mehrere­ Areale (nach Brodmann) eingeteilt, denen auch meist verschiedene Funktionen zugeordnet werden können. Alle bewussten und viele unbewusste Handlungen haben ihren Ausgang von­ der Hirnrinde, sie ist außerdem der Sitz des Gedächtnisses und dient als Sammelstation aller bewussten Sinneseindrücke.

Das Gehirn wird von ­einer ­Flüssigkeit (Liquor cerebrospinalis) umgeben, die man in äußere Liquorräume und ­innere­ Liquorräume (Ventrikel) unterteilen kann. Für die Liquorproduktion ist das Ventrikelsystem verantwortlich und dieses­ hat durch seine ­zwei Seitenventrikel eine Verbindung zum Zentralkanal des Rückenmarks. Der Plexus choroidei, ein großteils aus Gliazellen bestehendes Geflecht ­in den Hirnventrikeln, bildet täglich die ca. 650ml Liquor. Diese Flüssigkeit wird ­von den­ Zotten der Arachnoidea (Spinngewebshaut) wieder resorbiert. Er dient dem Gehirn unter anderem als Schutzfunktion und dem Stoffwechsel der Nervenzellen des ZNS.

Die das gesamte Gehirn umgebenden Hirnhäute sind strukturierte Bindegewebsschichten und gliedern sich von außen nach innen wie folgt:

  • Dura Mater (harte Hirnhaut, dem Periost der Schädelhöhle anliegend)
  • Arachnoidea Mater (Spinngewebshaut)
  • Pia Mater (weiche Hirnhaut, liegt direkt dem Gehirn auf)

Rückenmark

Das aus ca. 10^8 Nervenzellen (Neuronen) ­bestehende Rückenmark liegt im Kanal der Wirbelsäule und reicht vom Hinterhauptsloch der Schädelbasis bis zum ersten Lendenwirbel.

Der wichtigste Unterschied zwischen der grauen und weißen Substanz in Großhirn und Rückenmark ist die Aufteilung. Im Großhirn ist im Querschnitt die graue Substanz außen und die weiße Substanz innen, jedoch ist dies im Rückenmark umgekehrt und die graue Substanz ist dort schmetterlingsförmig angeordnet und enthält die Nervenzellkörper des Vorder- und Hinterhorns.

Das Rückenmark hat mehrere Segmente, die jeweils für bestimmte Muskelgruppen zuständig sind. Zwischen je zwei Wirbeln entspringt beiderseits ein Rückenmarks-, der Spinalnerv, von dem jeder eine ­hintere und eine vordere Wurzel (Vorder- und Hinterhorn) enthält. Die hintere Wurzel führt sensorische und die vordere Wurzel ­motorische Neuronen, welche­ zusammen ­insgesamt 31 Paare bilden.

Abb. 1: Anatomie des Rückenmarks

Die motorischen Neurone leiten Signale vom Gehirn weg (1. motorisches Neuron aus dem primär motorischen Cortex des Frontallappens) in das jeweilige Rückenmarkssegment und werden als efferente Neurone bezeichnet. Sie haben eine direkte oder indirekte Kontrolle über die Aktivität von Muskeln. Die sensorischen Neurone leiten Impulse zum Gehirn und Rückenmark­und werden auch afferente Neurone­ genannt. Diese vereinigen sich zu einem gemischten Rückenmarksnerv, der efferente und afferente Neuronen besitzt und versorgen je eine bestimmte Körperregion. Unmittelbar nach ihrem Austritt aus der Wirbelsäule verzweigen sie sich in dünnere Nerven. Im Vorderhorn des Rückenmarkssegments wird das 1. Motoneuron auf das 2. Motoneuron umgeschaltet. Dieses 2. Motoneuron leitet den Impuls weiter zum Muskel und führt dort zur Auslösung der Muskelkontraktion.

Der Körper nimmt ständig Informationen durch sogenannte somatische Afferenzen auf, die unter anderem die Berührung der Haut durch Rezeptoren und die Stellung der Gelenke und Muskeln registieren. Sie verlaufen im Hinterhorn des Rückenmarks und werden im primär sensorische Vortex des Parietallappens verarbeitet. Diese Informationen nehmen wir großteils bewusst wahr. Die viszeralen Afferenzen hingegen, die uns zum Beispiel Informationen über den Verdauungsstatus und die Darmfüllung geben, werden vom Gehirn aufgenommen und zum Großteil unbewusst verarbeitet.

Der Körper kann auf bestimmte afferente Informationen bewusst oder unbewusst mit efferenten Signalen reagieren, wie zum Beispiel gezielt mit motorischen Efferenzen, indem bestimmte Muskeln  angesteuert werden um sich einem Geschehen hinzuwenden. Der Großteil der Reaktionen aus den aus der Peripherie ankommenden Informationen erfolgt aber unbewusst und wird über die vegetativen Efferenzen vermittelt, die beispielsweise zu einer Erhöhung des Herzschlags oder einer Verringerung der Darmtätigkeit führen.

Eine Sonderform stellen die Reflexe dar. Hier erfolgt die Umschaltung zwischen Afferenz und Efferenz direkt auf der Ebene des Rückenmarks, ohne Einbindung des Gehirns. Dabei wird der Impuls (z.B.: durch einen Schlag auf das Knie) von sensorischen Nervenfasern auf die motorische Vorderhornzelle umgeschaltet und die Information dann über das 2. Motoneuron an die Muskeln übertragen und löst dort eine Kontraktion aus.

Abb. 2: Übersicht über das ZNS

Bei einer Rückenmarksverletzung werden die Nervenverbindungen zu Sinnesorganen und Muskeln unterbrochen.

Die das gesamte Gehirn umgebenden Hirnhäute,­ wie im Kapitel "Bau und Funktionen des Gehirns" beschrieben, ziehen durch das Foramen magnum durch und setzen sich ­unterhalb davon als Rückenmarkshäute ­fort. Gemeinsam mit den Hirnhäuten bilden sie die Meningen.

3. Peripheres Nervensystem

Das zweite Subsystem fungiert in allen Körperregionen abgesehen von Gehirn und Rückenmark. Ein wichtiger Anteil des Nervensystems sind die 12 Hirnnerven. Sie haben ihre Kerngebiete größtenteils innerhalb des Gehirns im Hirnstamm und projizieren von dort zu ihren Zielgebieten. Für die Nervenweiterleitung treten sie aus dem zentralen Nervensystem aus und gehören somit zeitweise auch zum peripheren Nervensystem. Sie sind für die Motorik, vegetative und sensorische Funktionen verantwortlich, wobei jeder Hirnnerv andere Funktionen und Zielgebiete hat.

Ganglien sind Verdickungen des Nervensystems und können in die somatosensorsichen und die vegetativen Ganglien eingeteilt werden. In den somatosensorischen Ganglien erfolgt die Umschaltung der Hirnnerven vom peripheren auf das zentrale Nervensystem. Die somatosensorischen Ganglien befinden sich im Rückenmark und zählen somit zum zentralen Nervensystem. Im Vorderhorn befindet sich das motorische Ganglion in dem das 1. Motoneuron (efferente Nervenfaser) auf den peripheren Nerv (2. Motoneuron) umgeschaltet wird. Berührungen der Haut etwa, werden durch sensorische periphere Nervenfasern aus der Peripherie zum jeweiligen Rückenmarkssegment weitergeleitet und im sensorischen Ganglion des Hinterhorns auf das zentrale Nervensystem weitergeschaltet.

Die vegetativen Ganglien zählen zum vegetativen Nervensystem und spielen beim sympathischen und paarsympathischen Nervensystem eine Rolle. 

Anhand dieser Nerven lässt sich auch die Gliederung des Nervensystems in ein zentrales und eine peripheres Nervensystem nur topographisch jedoch nicht funktionell gestalten. 

Das periphere Nervensystem wird in das somatische und das autonome Nervensystem gegliedert.

4. Somatisches Nervensystem

Es unterliegt größtenteils der willkürlichen Kontrolle des Menschen und ist somit bewusst steuerbar. Zum somatischen Nervensystem zählen die willentliche Kontrolle der Skelettmuskulatur und die Versorgung des Gehirns mit Informationen von den Sinnesorganen.

5. Autonomes (vegetatives oder viszerales) Nervensystem

Im Vergleich zum somatischen Nervensystem ist es weitgehend nicht unter der willkürlichen Kontrolle des Bewusstseins und regelt die Vitalfunktionen. Das autonome Nervensystem übernimmt zahlreiche Aufgaben im menschlichen Körper. Es steuert die glatte Muskulatur in Darm und Blutgefäßen, sorgt für die Aufrechterhaltung der Herzfunktion und Drüsentätigkeit. Außerdem regelt es Schlaf, Atmung, Verdauung, Stoffwechsel, Sekretion und Wasserhaushalt, aber auch die nervliche Kontrolle der Sexualorgane.

Selbst während wir schlafen oder in Anästhesie versetzt werden, hält es unsere grundlegenden Lebensfunktionen aufrecht, ohne dass wir dafür etwas machen müssen.

Es besitzt zentrale und periphere Anteile, daher ist die klare Grenze zwischen zentralem und peripheren Nervensystem funktionell nicht möglich.

Das vegetative Nervensystem selbst untergliedert sich weiter in drei verschiedene Nervensysteme.

6. Enterisches Nervensystem

Es besteht aus vegetativen Nervenfasern und Ganglien (Nervenknoten). Es befindet sich in der Wand des fast gesamten Gastrointestinaltraktes und steuert dort den Blutfluss und die Verdauung. 

7. Sympathikus und Parasympathikus

Sympathisches Nervensystem

Das Sympathische Nervensystem versetzt den Körper in einen Zustand höherer Aufmerksamkeit und Flucht- bzw. Kampfbereitschaft. (Fight or Flight)

Parasympathisches Nervensystem

Im Gegensatz zu dem sympathischen Nervensystem drosselt das parasympathische System diese Funktion und bringt den Menschen in den Ruhezustand zurück. Es handelt sich um Nervenzellen, deren Impulse normale Bedingungen im Körper aufrechterhalten oder wiederherstellen.

Im Grunde genommen führen das sympathische und parasympathische System antagonistische Funktionen aus. Ihre Wirkungen auf die verschiedensten Organe sind meist gegensätzlich.

Abb. 3: Übersicht über das sympathische Nervensystem

Man kann sich diesen Zusammenhang so vorstellen: ein Mensch, der einer unmittelbaren Stresssituation oder Gefahrenquelle ausgesetzt ist, muss entweder kämpfen oder fliehen. Dafür benötigt er mehr Blut in den Muskeln, um flüchten zu können. Das Herz muss demnach mit einer höheren Pumpfrequenz arbeiten. Sein sympathisches Nervensystem arbeitet zu diesem Zweck in höchster Aktivität und der Mensch beginnt zu schwitzen, da auch die Schweißdrüsen von dem Sympathischen Nervensystem aktiviert werden, sowie seine Lunge, die jetzt stärker arbeitet, um mehr Sauerstoff ins Blut zu schaffen.

Besteht keine Gefahr mehr, setzen die Funktionen des parasympathischen Nervensystems ein: Der Mensch beruhigt sich, seine Herzfrequenz sinkt, seine Schweißdrüsen arbeiten nicht mehr verstärkt und auch seine Lungen benötigen weniger Sauerstoff. ­Routinen, wie Verdauung und Ausscheidung, die wegen dem Notfall eingestellt wurden, werden wieder aufgenommen.

Sowohl das Sympathische als auch das Parasympathische Nervensystem haben ihre Wurzelzellen im Rückenmark, allerdings nützen sie unterschiedliche Botenstoffe. Der Sympathikus verwendet Noradrenalin und der Parasympathikus nützt den Neurotransmitter Acetylcholin. 

Der Hauptnerv des Parasympathikus ist der Nervus Vagus. Er ist der 10. Hirnnerv, zieht von dort über das Rückenmark zum Herzen, zum Zwerchfell und zum Magen-Darm-System.

8. Blut-Hirn-Schranke

Die Blut-Hirn Schranke ist eine im Gehirn vorhandene physiologische Barriere zwischen dem Blutkreislauf und dem Zentralnervensystem. Sie schützt das Gehirn vor im Blut zirkulierenden Krankheitserregern, Toxinen und Botenstoffen. Sie stellt einen hochselektiven Filter dar, über den die vom Gehirn benötigten Nährstoffe zugeführt und die entstandenen Stoffwechselprodukte abgeführt werden. Sie dient dazu, die Milieubedingungen (Homöostase) im Gehirn aufrechtzuerhalten und sie von denen des Blutes abzugrenzen. Der wesentliche Bestandteil dieser Barriere sind Endothelzellen ­und Gliazellen, genauer gesagt Astrozyten, die über Tight Junctions eng miteinander verknüpft sind und die kapillaren Blutgefäße zum Blut hin auskleiden.­

Blut-Liquor-Schranke

Die Blut-Liquor-Schranke ist die physiologische Grenze zwischen dem Blutkreislauf und dem Liquorsystem des zentralen Nervensystems. Es­ basiert hauptsächlich auf der Barrierefunktion des Plexus choroidei, dessen Epithel mit Tight junctions abgedichtet ist. Die Barriere besteht aus dem Kapillarendothel, der Basalmembran und dem nahezu undurchlässigen Plexusepithel.­

Bis auf CO2, O2 und H2O ist der Stoffaustausch zwischen Blut und Gehirn bzw. Blut und Liquor mehr oder weniger stark beschränkt. Aminosäuren und Glucose sind durch spezielle Transportmechanismen in der Lage transportiert zu werden.

9. Erkrankungen

Die Amyotrophe Lateralsklerose, kurz ALS, ist eine degenerative Krankheit des motorischen Nervensystems.

Die Parkinson-Krankheit ist eine Krankheit des zentralen Nervensystems, die mit dem Verlust spezifischer, Dopamin produzierender Gehirnzellen einhergeht.

Die Multiple Sklerose (MS), ist eine chronisch-entzündliche Entmarkungserkrankung des zentralen Nervensystems.

10. Neuronen

Die Grundeinheiten des Gehirns, des Rückenmarks (ZNS) und der übrigen Nerven des Körpers (peripheres Nervensystem) stellen die Nervenzellen oder Neuronen dar. Neuronen verbreiten auf elektrischem Weg Informationen im ganzen Körper.

Neuronen empfangen und codieren Informationen, die sie an andere Nervenzellen übermitteln.

Es gibt drei Neuronentypen:

  • Schaltneurone (Schnittstelle zwischen sensiblen Neuronen und motorischen Neuronen)
  • sensible Neurone (=afferente Neurone; leiten Informationen über Reizungen in Form von Nervenimpulsen weiter)
  • motorische Neurone (=efferente Neurone; leiten Informationen und Befehle vom Gehirn und Rückenmark als Nervenimpulse in den Körper weiter)

Eine Nervenzelle besteht aus einem Zellkörper (Soma) mit vielen kleinen Fortsätzen, so genannten Nervenfasern, die als Dendriten und Axone (= Neuriten) bezeichnet werden. Sie leiten lebenswichtige Nervenimpulse weiter.

Über die Dendriten, welche meist baumartig verzweigt sind, nimmt das Neuron afferente Signale von anderen Neuronen auf. Diese Signale können sowohl anregend als auch hemmend sein und kommen häufig von tausenden Neuronen.­ Das Neuron bildet­ aufgrund der vielen Signale ­über­ die­ Zellmembran des Somas eine Signalsumme.­ Axone oder Neuriten sind einzelne Nervenfasern, die Impulse vom Zellkern ­weggleiten. Sie entspringen am Axonhügel des Somas und haben die Aufgabe, efferente Nervensignale auf nachgeschaltete Neuronen, bis hin zu weit entfernten Effektorzellen an Muskeln oder Drüsen zu übertragen. Wenn die Signalsumme am Axonhügel einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, kommt es zu ­einem Aktionspotential im Axon. ­

Die Plasmamebran des Nervenzellkörpers wird ab dem Übergang zum Axon als Axolemma bezeichnet. Im zentralen Nervensystem ist die­ Membran der Axone von Oligodendrozyten umhüllt und im peripheren Nervensystem übernehmen die Schwann-Zellen diese Rolle. Mehrere Schichten solcher umgebenden Zellen bilden­ Myelin- bzw. Markscheiden und werden in regelmäßigen Abständen von Ranvier-Schnürringen unterbrochen.

Kleine Kontakstellen zwischen den Endverzweigungen von Axonen mit den Effektoren oder einem anderen Neuron werden Synapsen genannt. Neuronen empfangen und codieren Informationen, die sie an andere Nervenzellen übermitteln. Dies geschieht (mit wenigen Ausnahmen)­ nicht durch elektrische Übertragung wie bei der Fortleitung entlang des Axons sondern durch chemische Übertragung. Ausgelöst wird hierbei durch das elektrische Signal eine Neurotransmitterausschüttung aus Vesikeln an der präsynaptischen Membran. Der Neurotransmitter diffundiert durch den synaptischen Spalt zur postsynaptischen Membran. Dort binden sie an Rezeptoren der postsynaptischen Membran, die zu einer Öffnung von Ionenkanälen führt und (im Falle erregender Neurotransmitterausschüttung) zur Auslösung eines Aktionspotentials im Dendriten des nachgeschalteten Neurons führt. Synapsen lassen das Signal nur in eine Richtung durch, was sehr wichtig für eine geordnete Informationsübertragung ist. Je nach Typ des ­postsynaptischen Rezeptors wird die postsynaptische Membran erregt oder gehemmt. Der Neurotransmitter Acetylcholin wirkt beispielsweise ­erregend am Skelettmuskel und Glycin besitzt im ZNS einen hemmenden Effekt.

11. Aktionspotential

Aktionspotentiale sind das Kommunikationsmittel des Nervensystems, sie beschreiben elektrische Erregung und werden entlang von Membranen weitergeleitet.

Lebende Zellen besitzen an ihrer Membran ein elektrisches Potenzial, das bei unerregten Muskel- und Nervenzellen Ruhemembranpotenzial genannt wird. Die Ursache für dieses elektrische Potenzial von -50 bis -100 m V­ist die Ungleichverteilung von Ionen zwischen der intrazellulären und der extrazellulären Flüssigkeit. Die Aufrechterhaltung dieser ungleichen Ionenverteilung wird durch die Na+-K+-ATPase in­ der Zellmembran gewährleistet, die laufend unter ATP-Verbrauch ­Na+ aus der Zelle und ­K+ in die Zelle pumpt. Kommt es jedoch ­z.B. durch die Öffnung postsynaptischer Kationenkanäle oder einer aus der Umgebung weitergeleiteten Erregung zu einer Abweichung des Membranpotenzials (=Em;­ siehe Axonhügel oben)­ von seinem Ruhewert, ist bei Überschreiten des Schwellenpotenzials die Alles-oder-Nichts-Antwort und somit die Auslösung eines Aktionspotenzials (AP) die Folge. Dabei läuft vor dem Erreichen des Schwellenpotentials eine relativ langsame Vordepolarisation (Ewird weniger negativ) ab und bei Überschreiten des Schwellenpotenzials setzt die rasche­ Depolarisationsphase (durch stetige Na+-Kanalaktivierung mit einem schnellen Na+-Einstrom in die Zelle) ­ein und das Em erreicht vorübergehend sogar positive Werte (Overshoot). Diese Kanäle werden aber sehr bald darauf schon wieder deaktiviert und es beginnt die Repolarisationsphase des Aktionspotenzials. Die Repolarisation wird durch die vermehrt geöffneten K+-Kanäle (begünstigt durch die Depolarisation) angetrieben und die Leitfähigkeit der Kaliumionen ­kann oft auch nach Erreichen des Ruhemembranpotenzials noch erhöht sein, sodass es im Anschluss zu einer Nachhyperpolarisation kommen kann. Die ­Na+-K+-ATPase sorgt ständig für die Wiederherstellung der ursprünglichen Ionenkonzentrationen. Dadurch können sehr viele AP's in kürzester Abfolge ausgelöst werden (bis zu 1000/s). Die Phase kurz nach Beginn eines AP's wird als absolute Refraktärphase ­bezeichnet, eine Zeit, in der selbst durch extrem starke Reize kein neues AP ausgelöst werden kann. Dies ist auf die fehlende Aktivierbarkeit der Na+-Kanäle in der Depolarisationsphase zurückzuführen.­

So breitet sich ein Aktionspotenzial von Nervenzelle zu Nervenzelle aus, bis es beispielsweise­ am Muskel die Kontraktion auslöst. Um den ­fortgeleiteten­ Impuls bis zur Effektorzelle jedoch beibehalten zu können, muss in den noch nicht erregten Bereichen erneut ein AP ausgelöst werden.­

Durch die saltatorische Erregungsleitung des Aktionspotentials­ von Schnürring zu Schnürring wird die Nervenleitungsgeschwindigkeit deutlich erhöht.

Abb. 4: Aufbau der Nerven

Gliazellen bilden ein Stützgerüst für die Nervenzellen und sorgen für die gegenseitige elektrische Isolation der Nervenzellen. Sie sind essentiell für den Stoff- und Flüssigkeitstransport und dienen der Aufrechterhaltung der Homöostase im Gehirn. An dem Prozess der Informationsverarbeitung, -speicherung und –weiterleitung sind Gliazellen ebenfalls beteiligt. Es gibt verschiedene Arten von Gliazellen, unter anderem gibt es die Astrozyten. ­Neben ihren mechanischen Funktionen sind sie vor allem für die Kontrolle und Aufrechterhaltung der ionischen und chemischen Zusammensetzung des Extrazellulärraums der Nervenzellen von hoher Bedeutung. Sie sind über Gap Junctions miteinander verbunden und bedecken mit ihren sternförmigen Fortsätzen vollständig sämtliche Blutgefäße im Zentralnervensystem. Gemeinsam mit den Endothelzellen dieser Gefäße und der zwischen diesen beiden Zellen liegenden Basallamina bilden sie die Blut-Hirn-Schranke.


Kontrollfragen:


1

Was wird durch das somatische Nervensystem gesteuert?

Schlaf wird durch den Hypothalamus gesteuert, dem wichtigsten Steuerzentrum des vegetativen Nervensystems. Die glatte Muskulatur wird ebenfalls durch das vegetative Nervensystem gesteuert, genauso wie die Atmung. Das enterische Nervensystem steuert die Verdauung.

2

In welche drei Nervensysteme unterscheidet sich das vegetative Nervensystem?

1.    enterisches 
2.    autonomes
3.    sympathisches
4.    parasympathisches
5.    somatisches

Es gibt verschiedene Einteilungsmöglichkeiten des Nervensystems. Eine davon gliedert es in somatisches und autonomes (vegetatives) Nervensystem. Das vegetative Nervensystem kann man wieder in enterisches, parasympathisches und sympatisches Nervensystem untergliedern.

3

Welche der Aussagen zu Gliazellen ist falsch?

Ein Kerngebiet im ZNS wird auch Nucleus bezeichnet und ist eine Ansammlung von Nervenzellkörpern. Die Kerngebiete sind von der sie umgebenden weißen Substanz, den Axonen mit den sie umhüllenden Gliazellen, unterscheidbar. 

4

Was ist eine Folge der Sympathikusaktivierung?

Der Sympathikus versetzt den Körper in erhöhte Leistungsbereitschaft. Wenn der Körper z.B. in Gefahrensituationen für die Muskeltätigkeit in den Zellen mehr Sauerstoff benötigt, werden die Bronchien weit gestellt, um den Luftstrom durch die Atemwege zu erleichtern. Ist die Gefahrensituation vorüber, bringt der Parasympathikus den Menschen zurück in den Ruhezustand, sorgt für die Regeneration des Organismus und den Aufbau von Energiereserven. Der Herzschlag sinkt, die Pupillen verengen sich wieder und die Verdauungs- und Ausscheidungsprozesse werden wieder aufgenommen, wodurch z.B. die Darmtätigkeit und der Harndrang steigen.

5

Welche Aussagen zum Rückenmark sind korrekt?

1.    In der weißen Substanz befinden sich die Axone der Nervenzellen.
2.    Die Nervenzellkörper befinden sich in der grauen Substanz.
3.    In der grauen Substanz befinden sich sowohl Nervenzellkörper als auch ihre Axone.
4.    Die weiße Substanz enthält nur Gliazellen und hat eine Stützfunktion für die graue Substanz.
5.    Die Nervenzellkörper befinden sich in der weißen Substanz.

Das Rückenmark gliedert sich wie das Gehirn in graue und weiße Substanz, allerdings liegt die graue Substanz innen und wird von der weißen umgeben. In der weißen Substanz befinden sich die Axone und in der grauen die Nervenzellkörper.

6

Welche Aussagen über das periphere Nervensystem sind korrekt?

1.    Es fungiert in allen Körperregionen außer dem Gehirn.
2.    Das somatische Nervensystem ist nicht willkürlich steuerbar.
3.    Das autonome Nervensystem regelt die Vitalfunktionen des Menschen.
4.    Das somatische Nervensystem steuert die glatte Muskulatur im Darm und in den Blutgefäßen.
5.    Das autonome Nervensystem ist nicht willkürlich steuerbar.

Das periphere Nervensystem fungiert in allen Körperregionen abgesehen von Gehirn UND Rückenmark. Das somatische Nervensystem innerviert die Skelettmuskulatur und ist willkürlich steuerbar. Das vegetative (autonome) Nervensystem steuert die glatte Muskulatur im Darm und in den Blutgefäßen.

7

Welche Zellen bilden zu einem wesentlichen Teil die Blut-Hirn-Schranke und sind über Tight Junctions eng miteinander verknüpft?

Endometriumzellen bilden die Schleimhaut, die die Gebärmutter auskleidet. Ependymzellen kleiden das Innere der Liquorräume aus und trennen so den Liquor vom Hirngewebe. Erythrozyten sind die roten Blutkörperchen und Eosinophile Granulozyten sind eine Untergruppe der weißen Blutkörperchen (Leukozyten). Die Blut-Hirn-Schranke besteht aus drei Schichten: den Endothelzellen der Kapillaren, der Basalmembtan und den Fortsätzen der Astrozyten (Gliazellen).

8

Die Aufgaben des Nervensystems sind sehr vielseitig. Welche der folgenden Aussagen sind dem somatischen Nervensystem zuzuschreiben?

1.    Regelung des Schlafs, der Verdauung und der Atmung.
2.    Steuerung der glatten Muskulatur im Darm und in den Blutgefäßen.
3.    Bewusste Kontrolle der Skelettmuskulatur.
4.    Versorgung des Gehirns mit Informationen von den Sinnesorganen.

Das Nervensystem kann unterteilt werden in autonomes (vegetatives) und somatisches Nervensystem. Das somatische Nervensystem steuert bewusst die Skelettmuskulatur und versorgt das Gehirn mit Informationen von den Sinnesorganen - wohingegen das vegetative Nervensystem für die Regulation des Schlafs, der Verdauung und der Atmung zuständig ist, sowie für die Steuerung der glatten Muskulatur im Darm und in den Blutgefäßen.