Die Funktionsweise einer Nervenzelle

Die Funktionsweise einer Nervenzelle
a) Die Struktur und die Funktionsweise einer Nervenzelle
Die Nervenzellen bzw. Neurone (s. Abb.) besitzen einen
Zellkörper mit Organellen und mit einem Zellkern (5), der das
Erbmaterial enthält. Die Hauptaufgabe von Nervenzellen besteht
darin, Signale weiterzuleiten und mit anderen Nervenzellen zu
kommunizieren. Eine Zelle kann bis zu 10.000 Verbindungen zu
anderen Nervenzellen unterhalten. Die Nervenzelle empfängt
Signale von anderen Zellen über ihre zahlreichen Dendriten (1),
die sind kabelartige Fortsätze sind, die wie Antennen
funktionieren. Die über die Dendriten empfangenen Signale
werden gebündelt und an das Axon (2) auch Neurit genannt
weitergeleitet. Dieses ist mit einer fetthaltigen Markscheide (3)
ummantelt. Das Axon spaltet sich an seinem Ende in kleine
Ästchen auf, die an ihren Enden Verdickungen aufweisen. Diese
Verdickungen werden als Synapsenknöpfchen oder
Endknöpfchen (4) bezeichnet und sind nur durch einen winzigen
Spalt der synaptische Spalt von den Dendriten anderer
Nervenzellen getrennt.
Bereits mit der Geburt ist die Zahl der Nervenzellen einer Person festgelegt. Die Neurone
besitzen jedoch die Fähigkeit zur Regeneration und Organisation. Regeneration bedeutet,
dass wenig “aktive” Nervenzellen durch Training wieder aktiviert werden können und
Organisation, dass sie mit anderen Nervenzellen gezielt in Kontakt treten können.
Neuronen sind in der Regel von Gliazellen umgeben; sie haben unter anderem eine
nährende Funktion.
Eine Nervenzelle (Neuron) ist die kleinste Informationseinheit. In ihr erfolgt der Transport
der Informationen auf elektrochemischen Weg über verschiedene Sorten von Neuronen.
-
Sensorische Neurone leiten Informationen von den Sinnesorganen zum Gehirn weiter,
d.h. wandeln die von Außen kommende Reize in elektrische Signale um.
-
Motorische Neurone leiten Informationen vom Gehirn zu den Muskeln des Körpers,
die auf elektrische Signale mit Kontraktion oder Entspannung reagieren.
-
Interneurone oder Assoziationsneurone dienen der kognitiven Verarbeitung der
vorliegenden Information, d.h. sie leiten elektrische Signale unter den Neuronen selber
weiter und sorgen dafür, dass die vielen verschiedenen Signale (Reize) im Gehirn in
Relation zu einander und zu den früher dort gespeicherten Erfahrungen gesetzt werden.
Im Ruhezustand ist das Innere des Neurons negativ geladen und das Äußere der
Neuronmembran positiv geladen, d.h. es ist eine elektrische Spannung aufgebaut, und zwar
das so genannte Membran-Ruhepotential mit Werten zwischen – 70 mV und manchmal
bis zu – 90mV.
Das Ruhepotential ist die Vorraussetzung für die Funktionsfähigkeit einer Nervenzelle. Es
wird mit Hilfe der Na-Ka-Ionenpumpe realisiert und gegebenenfalls wiederhergestellt.
Dabei ist die Zellmembran durchlässig für die Diffusion nach außen der positiven Kalium
Ionen und nicht für die großen und negativen Protein Ionen, die innen bleiben müssen.
Abb. Ruhepotential und Aktionspotential
Wenn ein Neuron gereizt wird, dann wird kurzzeitig die Durchlässigkeit der Zellmembran
so stark herabgesetzt, so dass dieses Ruhepotential gekippt wird und lokal eine positive
Potentialdifferenz das so genannte Aktionspotential von bis zu +40 mV entsteht.
Die Erregung, die in Form von Aktionspotentialen über das Axon läuft, wird auf
chemischem Wege über den Synapsenspalt von Zelle zu Zelle weitergegeben. In den
Synapsenknöpfchen befinden sich Vesikeln (Bläschen) mit Neurotransmitter. Das sind
Botenstoffe und es gibt mehr als 100 verschiedene Arten von diesen Stoffen, jedoch nicht
alle gleichzeitig in einer Nervenzelle. Einige Bläschen öffnen sich beim ankommenden
elektrischen Impuls und geben diese Stoffe frei. In Mikrosekunden diffundieren sie über
den Synapsenspalt und werden an besondere Rezeptorstellen auf der Membran
(postsynaptische Membran) der nachgeschalteten Nervenzelle gebunden und öffnen in
dieser die Ionenkanäle. Nach Art Rezeptors resultiert in der nachgeschalteten Zelle ein
Ionenfluss, der zu einer Depolarisation und eine exzitatorische Wirkung hat oder zu einer
Hyperpolarisation führt, die zu einer Hemmung führt. Es gibt einige Stoffe, die die
Wirkung der Rezeptoren verändern können, so dass ein und derselbe Neurotransmitter
verschiedene Wirkungen haben kann.
Die synaptische Übertragung ist der Prozess in dem von außen Eingegriffen werden kann,
um diesen zu steuern.
In der postsynaptischen Membran befinden sich Rezeptoren, die sozusagen die
Eingangspforte in die nachfolgende Nervenzelle sind. Neurotransmitter können an diesen
Rezeptoren andocken und die Pforte öffnen oder auch nicht nach dem Schlüssel-SchlossPrinzip.
Die synaptische Übertragung von Nervensignalen mit Hilfe von Neurotransmittern ist
entscheidend für so gut alle Funktionen des Körpers und der Psyche, von Lernen und
Gedächtnis, von Bewegung und Erholung, von Stoffwechsel und Organfunktionen. Jede
Nerveninformation wird so übermittelt. Man schätzt, dass sich allein im Gehirn 70
Trillionen Synapsen befinden, d. h. 70.000.000.000.000.000.000.
Nervenprozesse sind von der Menge, der Dauer, der Aktivierung und Inaktivierung und
durch das richtige Mischungsverhältnis der unterschiedlichen Neurotransmitter abhängig.
Das bietet vielfältige Möglichkeiten der Fehlregulation. Gleichzeitig sind Neurotransmitter
und ihre synaptische Übertragung häufiger Ansatzpunkt für viele Medikamente.
b) Die Wirkung des Alkohols auf die Funktionsfähigkeit der Nervenzellen
Alkohol ist Nervengift, insbesondere in höherer Konzentration. Es macht die Zellmembran
undurchlässiger.
-
Wenn die Undurchlässigkeit der Zellmembran zum Zusammenbruch des
Ruhepotentials einer Nervenzelle führt, dann scheidet sie bei der
Informationsübertragung aus, d. h. sie stirbt als Nervenzelle ab. Es wird geschätzt, dass
bei jedem Rausch bis 30 000 Neurone absterben. Beim Lernen oder bei einer sonstigen
Erinnerung werden im Gehirn Informationen abgespeichert. Bei diesem Vorgang
werden neue Verknüpfungen zwischen den Nervenzellen gebildet oder bereits
bestehende Verknüpfungen verstärkt. Wiederholtes Erinnern von Erlebnissen aus der
Vergangenheit führt zu einer Verstärkung bestehender Verbindungen; die so erzeugten
Nervenbahnen entsprechen gleichsam Autobahnen, auf denen viel Information mit
hoher Geschwindigkeit transportiert werden kann. Wenn die abgestorbenen Neuronen
zu solchen Autobahnen gehörten, dann dauert es einige Zeit bis eine Ersatzautobahn
eingerichtet wird, d.h. die kognitiven Fähigkeiten nehmen reell ab.
-
Wenn Undurchlässigkeit der Zellmembran nur teilweise eingeschränkt ist, dann wird
Kommunikation zwischen den Nervenzellen gestört. Die Reaktionsfähigkeit,
Konzentration und Gedächtnis sind vermindert, dadurch dass Alkohol die Nervenzellen
in ihrer Funktion beeinträchtigt.
c) Die Wirkung einiger Neurotransmitter.
Acetylcholin
- Dieser Neurotransmitter vermittelt die Erregungsübertragung zwischen Nerv und
Muskel.
- Im zentralen Nervensystem verwenden viele kognitive Prozesse wie z. B. das Lernen
Acetylcholin als Botenstoff.
- Bei der Alzheimerschen Krankheit gibt es ein Mangel an Acetylcholin durch Absterben
von hauptsächlich Acetylcholin produzierenden Nervenzellen.
- Es gibt Medikamente, welche indirekt die Wirkung von Acetylcholin an seinen
Rezeptoren steigern können oder hemmen können.
- Chemische Kampfstoffe wie Sarin und Tabun blockieren dauerhaft die Wirkung von
Acetylcholin an seinen Rezeptoren.
Dopamin
-
Dopamin ist ein Neurotransmitter in den Neuronen des vegetativen Nervensystemes
und reguliert hier die Durchblutung innerer Organe. Es wird für eine Vielzahl von
lebensnotwendigen Steuerungs- und Regelungsvorgängen benötigt.
-
Dopaminerge Systeme greifen auch in die Regulation des Hormonhaushaltes ein und
deshalb wird Dopamin auch als Glücksmormom bezeichnet. .
-
Mangel an dopaminproduzierende Neurone ist nach heutiger Auffassung auch eine
Ursache für Morbus Parkinson.
-
Dopamin wird aber auch eine wichtige Rolle bei Suchterkrankungen zugeschrieben.
Gut bekannt sind auch folgende Neurotransmitter:
-
-
Acetylcholin, Adrenalin, Noradrenalin, Dopamin, Serotonin, Histamin, Aspartat,
Glutamat, Glycin, GABA usw.