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Physiologie
Stefan ULREICH
Nervensystem
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Prof. SMEKAL
3, Das Nervensystem
Das Nervensystem wird in das zentrale
Nervensystem und in ein peripheres
Nervensystem unterteilt.
Das zentrale Nervensystem – ZNS – besteht aus
Gehirn und Rückenmark
Das periphere Nervensystem besteht aus den Nerven,
die Informationen vom Körper oder der Umwelt an das
Gehirn oder Rückenmark melden = afferente Bahnen
oder umgekehrt vom Gehirn oder Rückenmark an die Organe weiterleiten = efferente
Bahnen.
Gesamtes Nervensystem
(NS)
Cerebo-Spinales
NS
Zentrales NS
(RM, Gehirn)
Vegetatives NS
Peripheres NS
(=RM, Hirnnerven)
Nervöse Steuerung
Humorale Steuerung
Sympathisches
NS
Parasympathisches NS
Das Neuron =Nervenzelle
Der Zellkörper von Neuronen (= Nervenzelle) besitzt charakteristische Fortsätze: das Axon
(Neurit) und die Dentriten.
Das Axon kann in der Länge zwischen 100µm und 1 m variieren. An seinem Ende ist es
verzweigt und bildet dort die Axon-Verzweigungen (-terminalen) aus.
In vielen Fällen werden zuvor auch noch Kollateralen abgegeben.
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In den meisten Fällen ist das Axon von einer Myelinhülle (Markscheide) umgeben. Diese
Myelinscheide dient zur Erhöhung der Nervenleitgeschwindigkeit.
Die Dendriten
nehmen über synaptische Knoten (axodendritische Synapsen) Informationen von anderen
Neuronen (evtl. auch von Sinneszellen) auf.
Definition Synapse:
 Kontaktstelle zwischen verschiedenen Nervenzellen
 Kontakt zwischen Nervenzellen & anderen Zellen
Allerdings sind auch andere Strukturen der Nervenzelle-Membran zu einer derartigen
Informationsaufnahme befähigt.
Dazu sind Zellmembranen mit tausenden Synapsen bedeckt.
Der Zellkern der Nervenzelle
Besonderheit:
Die Zellkerne von Nervenzellen haben die Fähigkeit zur Mitose
verloren >> eine spontane Regeneration findet im Nervengewebe
daher nicht statt.
Besonderheiten der Energieversorgung von Nervenzellen:
Ad Energieversorgung: Für die Energiebereitstellung sind die Mitochondrien zuständig
Besonderheit: Nervenzellen können kein Glykogen speichern >> kurzfristige Unterbrechung
der Blutzufuhr (Versorgung mit Glukose) zum Gehirn kann zu Bewusstlosigkeit (evtl. sogar
zu irreversiblen Hirnschäden) führen.
Die Gliazellen:
Gliazellen strukturieren während der Ontogenese das Hirnwachstum (z.B. Bildung von
Markscheiden)
Definition Ontogenese: - darunter versteht man die Entwicklung des Individuums (und zwar in körperlicher und
in seelisch-geistiger) Hinsicht.
Am ausgereiften Gehirn dienen sie der Erhaltung des notwendigen Milieus um die Neurone:
 sie regulieren pH, K+- Konzentration
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


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Nervensystem
sie stellen Verbindung zwischen Blutgefäßen und Nervenzellen her
sie modulieren die neuronale Aktivität durch Abschirmung synaptischer Regionen
sie regulieren Aufnahme von Transmittern und Vorstufen zur Transmittersynthese
Rezeptoren:
Sind hochspezialisierte Zellen, die besonders empfindlich für bestimmte Reize (Licht, Schall
Duftstoffe, …) sind.
Für diese adäquaten Reize haben sie eine außerordentlich niedrige Reizschwelle. Der Reiz
wird durch verschiedene Vorgänge in ein körpereigenes Signal umgesetzt
>> Veränderung des Membranpotentials (siehe später) der Sinneszelle.
Diese Veränderung (Rezeptorpotential) kodiert die Reizstärke.
Lokalisation:
meist spezielle Ausbildungen einer dendritischen Zone
Funktion:
der Rezeptor stellt das Zwischenglied zwischen Reiz und Reizantwort dar
Energieformen, die in einem Rezeptor umgesetzt werden können:
mechanisch (Druck, Berührung)
thermisch (Erwärmung)
elektromagnetisch (Licht)
chemisch (Geruch, Geschmack, O2-, CO2-Gehalt des Blutes)
Rezeptoren in einem bestimmten Sinnesorgan reagieren mit wesentlich niedrigerer Schwelle
auf eine bestimmte Energieform (adäquater >< inadäquater Reiz)
Einige Rezeptorentypen:








Rezeptoren für spezielle Sinne (Gesicht, Gehör, Geruch, Geschmack)
Dreh- und Linearbeschleunigungen
Hautsinne (Berührung, Druck, Schmerz, Kälte, Wärme)
viszerale Sinne (Muskeldehnung, Sehnendehnung, Gelenksstellung, arterieller
Blutdruck, zentraler Venendruck, Lungendehnung, Bluttemperatur, O2-Parialdruck im
Blut, pH des Liquors, osmotischer Druck des Plasmas, a-v Glucosedifferenz, …)
Telerezeptoren (registrieren entfernte Vorgänge: Auge, Ohr, olfaktorische Membran)
Exterorezeptoren (für unmittelbare äußere Umgebung) – freie Nervenendigungen,
Meisner-Körperchen, …
Interoceptoren (für inneres Milieu) Rezeptoren in der Wand von großen Arterien,
Venen, Herz, Lunge, R. in der Wand von Gehirnzellen, Geschmacksknospen
Proprioceproren - informieren über Lage des Körpers: Muskelspindel, GolgiSehnenorgan, Nervenendigungen um Gelenke
Sensibilität
Die Aufnahme von Informationen durch Rezeptoren sowie deren Verarbeitung im ZNS wird
als Sensibilität bezeichnet.
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Je nach Lage der Rezeptoren in der Haut, in tieferen Geweben wie Muskeln und Gelenken
sowie in den Eingeweiden unterscheidet man:
 Oberflächensensibilität
 Tiefensensibilität
 viszerale Sensibilität
Abgrenzung gegenüber den Sinnesbereichen




Hören
Sehen
Riechen
Schmecken
Die Haut ist ein hochempfindliches Sinnesorgan, über das unterschiedliche Empfindungen
vermittelt werden.
Über die Haut ausgelöste Empfindungen:




Tastsinn
Temperatursinn
Schmerzsinn zugeordnet
Wahrnehmung von Oberflächenstrukturen durch aktives Betasten
Empfindungen der Haut:
Auch zahlreiche Eigenschaften von Gegenständen können nur über die Hautsinne erfasst
werden:
Beispiel: Gewicht, Temperatur, Härte, Rauhigkeit, Feuchtigkeit, Klebrigkeit und Elastizität
Aus der Verknüpfung derartiger Empfindungen setzt sich beim aktiven Betasten die Strukturund Formwahrnehmung zusammen.
Die Empfindlichkeit gegenüber den unterschiedlichen Reizen ist nicht gleichförmig über die
Haut verteilt, sondern Punkte höherer Empfindlichkeit sind von Abschnitten relativer
Unempfindlichkeit umgeben. Diese Sinnespunkte liegen in empfindlichen Hautarealen
(Gesicht, Hände) dichter
Rückenmark
Spinalganglien
als in unempfindlichen
Dermatom
Spinalganglien
(Rücken).
Dermatom
Das
von
einem
Rückenmarksegment und
den
zugehörigen
Spinalnerven
sensibel
versorgte Hautareal heißt
Dermatom:
Die Dermatome sind überlappend.
Dermatom
Die von einem Spinalnerv versorgten Knochen und Muskeln nennt man Sklerotome und
Myotome.
Dermatome, Myotome und Sklerotome liegen nie genau übereinander.
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Die Dermatome des Menschen:
Tastsinn:
Durch nicht schädigende mechanische Reize lassen sich auf der Haut mehrere qualitativ
unterschiedliche Empfindungen auslösen:
 Kitzel, Berührung, Vibration, Druck & Spannung
Sie werden auch als taktile Empfindungen bezeichnet.
Beispiel: Unterschiedliche Schwellen der Druckrezeptoren
1) Druckschwelle
2) Zweipunktschwelle: (=kleinster Abstand, der räumlich noch unterschieden werden
kann
Rezeptoren-Typen:
Druckrezeptoren
Aufgrund übereinstimmender Funktionsmerkmale können sie in große Gruppen eingeteilt
werden:
Rezeptoren-Typen:
Temperaturrezeptoren
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Durch Abkühlung oder Erwärmung der Haut sowie der oberflächennahen Schleimhäute
lassen sich Temperaturempfindungen auslösen, die entgegengesetzte Qualitäten, nämlich
Kälte und Wärme, aufweisen.
Innerhalb dieser Qualitäten gibt es zahlreiche Abstufungen.
Rezeptoren:


Kälterezeptoren
Wärmerezeptoren
Rezeptoren-Typen:
Schmerzrezeptoren
Rezeptoren, die auf gewebsschädigende Reize reagieren haben hohe Reizschwelle;
registrieren daher normalerweise nur Verletzungen
Rezeptoren-Typen:
Viszerale Rezeptoren
Die Aufnahme und Verarbeitung von Informationen aus den Hals-, Brust- und
Baucheingeweiden wird als viszerale Sensibilität bezeichnet.
Sensorische Meldungen aus den Eingeweiden werden vom ZNS überwiegend für Kontrollund Regelprozesse benutzt.
Sie führen bei normaler Funktion kaum zu bewussten Empfindungen aber können bei
Erkrankungen Schmerzen verursachen.
Beispiel: Nieren, Gallenkollik
Werden sie wahrgenommen, so ist ihr Ursprung nur schlecht zu orten.
Die Reizentstehung (Das Ruhepotential)
Interstitium:
Na+:145mmol/l
Cl–:120mmol/l
nur wenig K+, A–
Intrazellulär-Raum
K+: 155 mmol/l
A-: 155 mmol/l
nur wenig Cl-, Na+

K+ - Konzentration
hoch
niedrig


Interstitium
Intrazellulär-Raum
Zellmembran
Unter Ruhebedingungen sind
funktionell
nur
die
Kaliumkanäle offen.
Die Kaliumionen diffundieren
auf Grund der bestehenden
Konzentrationsdifferenz
nach
außen
Sie werden jedoch von ihren
Gegen-Ionen (nicht-permeable
Proteinanionen) zurückgehalten
(Das Zellinnere ist gegenüber
der Zelloberfläche negativ
geladen)
Durchlässigkeit für Natrium nimmt sprunghaft zu >> große Mengen positiver Ladungsträger
in die Zelle
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
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Überschreiten des Schwellenpotentials ‚firing level’ >> Depolarisation
Das Zellinnere, das in Ruhe gegenüber der Zelloberfläche negativ geladen ist, wird
durch Na+ plötzlich positiv geladen = ‚overschoot’
+ 35 mV
Das Aktionspotenzial
„Overshoot“
Dauer des Aktionspotentials:
Markreiche Nervenfaser: 1 msec
Herzmuskulatur: 100 msec
Skelettmuskulatur: 10 msec
+/– 0 mV
„firing-level“
– 55 mV
Latenzperiode
– 70 mV
„Refraktärperiode“
Die Reizentstehung am Rezeptor
Trifft ein Reiz auf einen Rezeptor >>
erfolgt an der entsprechenden Nervenfaser die Depolarisatoion eines Bestandspotentiales.
Ist die Depolarisation groß genug, dann wird der sog. „firing-level“ erreicht und ein
Reizpotential gebildet >>
Der auf den Rezeptor wirkende Reiz muss eine bestimmte Mindestgröße, eine bestimmte Mindestdauer und eine
bestimmte Mindest-Anstiegssteilheit besitzen >>
>> Depolarisierung der Nervenfaser am ersten Schnürring (=Aktionspotential).
Die nicht-myelinisierte Nerven-Faser
Das Axon ist der Ausgang eines Neurons. Die Axone sind von
Schwann-Zellen bzw. Oligodendroglia umgeben.
Dabei verlaufen dünne Axone bündelweise in einem Verband von
Schwann-Zellen.
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Die myelinisierte Nerven-Faser
Um myelinisierte Fasern wickeln sich Schwann-Zellen in mehrfachen
Schichten und bilden die sog. Myelinscheide (Markscheide)
Eine Schwann-Zelle umhüllt das Axon auf eine Länge von 1 – 2 mm,
so dass viele Schwann-Zellen das Axon perlenschnurartig einhüllen.
Zwischen den einzelnen Schwann-Zellen, am Ranvier-Schnürring, liegt
die Axonmembran offen und ist von Extrazellulärflüssigkeit umspült
Erregungsfortleitung an der nicht-myelinisierten Nervenfaser
Theoretisch müsste die Erregung in beide
Richtungen funktionieren – tut sie aber nicht >>
Refraktionsperiode
Depolarisation einer Nervenzellregion
>> Weiterleitung in Richtung des Gefälles
>> Dieser Ionenfluss verschiebt das dortige Membranpotential in Richtung Depolarisation
>> Übergreifen der beschriebenen Prozesse auf den nächsten, noch unbeeinflussten
Membranabschnitt..
Erregungsfortleitung an der myelinisierten Nervenfaser
Bei der myelinisierten Faser können im Bereich der Myelinisierung keine Ströme fließen
>> Depolarisierung erst am nächsten Schnürring
>> Das Aktionspotential überbrückt an der markhaltigen Faser eine größere Strecke in
kürzerer Zeit
>> Die Erregungsfortpflanzung ist sprunghaft = saltatorisch
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Konsequenzen
Leitungsgeschwindigkeiten:
Myelinisierte Nervenfasern: bis zu 120 m/s (ca. 430 km/h)
Nicht-Myelinisierte Nervenfasern: nur 0,5-2 m/s
Bei der Leitungsgeschwindigkeit spielt aber auch noch der Axondurchmesser eine Rolle, denn
mit zunehmendem Durchmesser sinkt der elektrische Längswiderstand.
Die Synapsen
Die Einzelleistungen von Zellen ergeben nur dann ein sinnvolles Ganzes, wenn die Zellen
kooperieren können.
>> Dazu müssen Nachrichten ausgetauscht werden.
Dabei spielen die Synapsen als Kontaktstellen zwischen verschiedenen Nervenzellen eine
große Rolle.
Die Synapsen-Typen
1) Elektrische Synapsen
2) Chemische Synapsen
An einer Synapse werden Nachrichten, die als Serien von Aktionspotenzialen einlaufen vom
ersten (präsynaptischen) auf ein zweites (postsynaptisches) Neuron übertragen .

Direkt: elektrische Überleitung

Indirekt: durch chemische Überträgerstoffe möglich
ad elektrische Synapsen
Elektrische Synapsen sind offene Poren zwischen zwei benachbarten Zellen (>>winziger
Spalt von 2nm bleibt über)
Der Bereich dieser Membran-Annäherungen wird als ‚gap junction’ bezeichnet.
>> Sie erlauben einen Ionenstrom, wenn ein Potentialgefälle zwischen beiden Zellen besteht
>> es können also Aktionspotentiale übertragen werden.
ad chemische Synapsen
Wirkungsprinzip:
Im Fall der chemischen Synapse erfolgt die Übertragung des Reizes indirekt durch chemische
Überträgerstoffe=Neurotransmitter.
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Neurotransmitter werden präsynaptisch freigesetzt und führen an der postsynaptischen
Membran zu einer Depolarisierung.
Abgabe eines Neurotransmitters aus präsynaptischenm Vesikel
Die Reize (Informationen) werden meist in äußerst komplizierten neuronalen Netzwerken
verarbeitet
>> Diese Netzwerke sammeln, verteilen, vergleichen, unterdrücken .. Informationen (es gibt
erregende und hemmende Reize)
Beispiel: Zentralnervensystem, Entstehung komplexer Bewegungsmuster
Reflexe
Monosynaptischer Reflex
Bei Dehnung eines Skelettmuskels kommt es zu einer Kontraktion (Dehnungs-Reflex oder
Muskel-Eigenreflex).
Der wirksame Reiz ist Dehnung des Muskels, das beteiligte Sinnesorgan ist die
Muskelspindel.
In der Spindel gebildete Impulse werden dem ZNS zugeleitet
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>> Umschaltung auf motorische Neurone desselben Muskels >> Kontraktion
Dehnungsreflexe sind die einzigen monosynaptischen Reflexe im Organismus.
Polysynaptische Reflexe
Polysynaptische Reflexbögen weise komplizierte Verzweigungen auf (viele Synapsen).
Beispiel:
Flucht-Reflex (‚withdrawal reflex’)
Entstehung:
z.b. als Antwort auf einen Schmerz, Reiz im Bereich von Haut, Subcutis oder Muskel.
Ablauf:
>> Kontraktion der Beuger und Hemmung der Strecker (Körperteil wird gebeugt >> von dem
Reiz weggezogen)
Das Nervensystem
Gesamtes Nervensystem
(NS)
Cerebo-Spinales
NS
Zentrales NS
(RM, Gehirn)
Vegetatives NS
Peripheres NS
(=RM, Hirnnerven)
Nervöse Steuerung
Humorale Steuerung
Sympathisches
NS
Parasympathisches NS
Das vegetative Nervensystem (VNS)
Alle Organe des Körpers, außer der Skelettmuskulatur, sind vom vegetativen (autonomen)
Nervensystem innerviert. Neben den Hormonen (humoraler Weg) besteht damit ein zweiter
Weg zur Steuerung der Zellfunktionen der inneren Organe (schnellerer, direkterer Zugriff).
Das Zentrale NS
Unter den zentralen Anteilen des NS ist eine Rangordnung zu erkennen:
1) Limbisches System
2) Hypothalamus
3) Vegetative Zentren im Mittelhirn, verlängertes Rückenmark und Rückenmark
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Nervensystem
verlängertes Rückenmark
Limbisches System
Funktion:

Steuerung emotioneller Verhaltensweisen: Hypothalamus und limbisches System sind
an der Steuerung emotionaler Verhaltensweisen (Furcht/Sicherheitsgefühl,
Wut/Gelassenheit, Drang/Meidung) beteiligt

Nahrungsaufnahme-Verhalten, Wasserhaushalt

Konstanterhaltung der Körpertemperatur

Sexuelles Verhalten
Biologische Rhythmen

Cirkadiane Schwankungen (Hormone, Temperatur);
Menstruation, Schlaf- & Wachrythmus
Der Hypothalamus
Umfaßt mehr oder weniger, gut abgegrenzte
Nervenzellensammlungen (Hypothalamuskerne) am
Boden und im unteren Teil der Seitenwände des dritten
Ventrikels.
Die wichtigsten Funktionen sind:

Regulation der Nahrungsaufnahme – Im
Hypothalamus befindet sich ein Hungerzentrum und ein Sattheitszentrum

Regulierung der Wasseraufnahme: über Osmorezeptoren >> Erregung >> Durst

Temperaturregulation (Abkühlung und Erwärmungszentrum)

Steuerung der Hypophysenfunktion (siehe Hormone)
Das Mittelhirn / Verlängertes Rückenmark
Ad Zentrales NS
Mittelhirn:
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Zentren für das Auge:
Pupillenreflex, Akkomodation
Verlängertes Rückenmark (medulla oblangata):
Zentren für Regulation von Herz, Kreislauf und Atmung
Reflexzentren für Nahrungsaufnahme und Schutzreflexe
Kauen, Schlucken, Speichelfluss, Würgen, Erbrechen, Husten, Niesen
Vegetative Anteile des Rückenmarks:
Ursprungsgebiet des Sympaticus
Ursprungsgebiet des sacralen Teils des Parasympathikus
Sympathikus und Parasympathikus
Das VNS ist in der Peripherie dadurch charakterisiert, dass die Axone noch einmal außerhalb
des ZNS mit einem weiteren Neuron synaptisch verschaltet werden (=> weitere
Feinabstimmung).
>> Umschaltung in sog. Ganglien
Prinzipiell unterscheidet man 2 Systeme, die durch sehr komplexe Aufgaben gekennzeichnet
sind:
Sympathikus & Parasympathikus
Die Neurone vor der Verschaltung werden deshalb als prä-ganglionäre Neurone bezeichnet
Die Neurone nach der Verschaltung bezeichnet man als post-ganglionäre Nurone:
Die prä-ganglionären Neurone des Sympathikus liegen in den Brust- und Lenden-Segmenten
des Rückenmarks.
Die des parasympathikus liegen im Hirnstamm (kranialer Teil) und im untersten
(sakralen) Teil des Rückenmarks.
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Wechselwirkung von Sympathikus und Parasympathikus
(am Beispiel Herzfrequenz)
Funktionen von Sympathikus / Parasympathikus:
Gefäße:
Sympathikus alleine steuert Gefäßtonus:
o steigende Aktivität: Konstriktion der glatten Muskulatur der Gefäße (siehe Hormone:
Adrenalin, Noradrenalin)
o sinkende Aktivität: passive Dilatation (durch Druck in den Gefäßen)
Ausnahmen bei der Konstriktion (ad Gefäßsystem):
Aktivität steigt >> Erweiterung der Koronargefäße (durch Sympathikus)
>> Erweiterung der Gefäße der Arbeitsmuskulatur
Außenseite einer Arteriole
Sympathische Nervenfaser
Herz:
(siehe auch Hormone: Adrenalin & Noradrenalin)
Herzfrequenz (über Beeinflussung des Sinusknoten):
Sympathikus:  der Herzfrequenz
Sympathikus:  Steigerung d. Kontraktionskraft
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Parasymp:  der Herzfrequenz
Parasymp.: keine Wirkung
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Sympathikus: Erweiterung der Koronargefäße
Parasymp.: keine Wirkung
Auge:
Regulierung der Pupillenweite (zusammen mit Parasympathikus)
Mitbeteiligt an Versorgung des Augenlids und Augapfels
Lunge, Luftröhre:
Parasympathikus: Kontraktion
der
Bronchialmuskulatur
Schleimsekretion
Sympathikus:
gegensätzliche Wirkung
und
Erhöhung
der
Magen-Darm-Trakt:
Parasympathikus:
 der Darmperistaltik
 der Drüsensekretion des Darms
Sympathikus:
Antagonist des Parasympathikus
aber auch:
Darmentleerung & Blasenentleerung:
gesteuert durch komplexes Zusammenspiel von Sympathikus und Parasympathikus
Speicheldrüsen:
Parasympathikus: steuert profuse wässrige Sekretion
Sympathikus:
steuert dicke visköse Sekretion
Schweißdrüsen:
Parasympathikus: steuert generalisierte Sekretion
Sympathikus:
steuert lokalisierte Sekretion (z.B. Handflächen,… „adrenerges Schwitzen“)
Tränendrüsen:
Parasympathikus: erhöhte Sekretion
Nebennierenmark:
Sympathikus:
erhöhte Sekretion von Adrenalin und Noradrenalin >> STW !
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