Detaillierte Analyse der Nervenzellen

Grundlagen der Nervenzelle (Neuron)

• Definition und Funktion: Die Nervenzelle, auch als Neuron bezeichnet, ist die grundlegende strukturelle und funktionelle Einheit des Nervensystems. Sie ist auf die Erfassung, Verarbeitung, Weiterleitung und Speicherung von Informationen spezialisiert.
• Informationsübertragung: Die Übertragung erfolgt sowohl innerhalb der Zelle durch elektrische Signale (Aktionspotenziale) als auch zwischen Zellen vorwiegend durch chemische Signale (Neurotransmitter an Synapsen).
• Systemzugehörigkeit: Neuronen bilden komplexe Netzwerke im Zentralnervensystem (ZNS) und im Peripheren Nervensystem (PNS).

Morphologie und Struktur einer Nervenzelle

• Soma (Perikaryon):     * Das Soma ist der Zellkörper der Nervenzelle und stellt das metabolische Zentrum dar.     * Es enthält den Zellkern (Nucleus) mit einem deutlichen Nucleolus sowie die wichtigsten Organellen wie das raue Endoplasmatische Retikulum (Nissl-Schollen), den Golgi-Apparat und Mitochondrien.     * Hier findet die Proteinbiosynthese für das gesamte Neuron statt.
• Dendriten:     * Dendriten sind stark verzweigte, baumartige Fortsätze, die vom Soma ausgehen.     * Funktion: Sie dienen als primäre Empfangsstationen für eingehende Signale von anderen Neuronen (afferente Signalleitung zum Soma).     * Durch sogenannte dendritische Dornen (Spines) wird die Oberfläche zur Signalaufnahme massiv vergrößert.
• Axonhügel:     * Dies ist der kegelförmige Übergangsbereich zwischen Soma und Axon.     * Funktion: Hier findet die Summation aller einlaufenden Potenziale statt. Wird der Schwellenwert von ca. $-55\,mV$ erreicht, wird ein Aktionspotenzial ausgelöst.
• Axon (Neurit):     * Ein langer, oft einzelner Fortsatz, der elektrische Impulse vom Soma weg leitet (efferente Signalleitung).     * Es kann eine Länge von wenigen Mikrometern bis zu über einem Meter erreichen.     * Axoplasma: Das Zytoplasma innerhalb des Axons.
• Myelinscheide (Markscheide):     * Im ZNS durch Oligodendrozyten und im PNS durch Schwann-Zellen gebildet.     * Sie dient der elektrischen Isolation des Axons.     * Ranvier-Schnürringe: Unterbrechungen der Myelinscheide, die eine saltatorische Erregungsleitung ermöglichen, was die Leitungsgeschwindigkeit auf bis zu $120\,m/s$ erhöht.
• Synaptische Endknöpfchen (Präsynaptische Terminals):     * Die am Ende des Axons befindlichen Verdickungen.     * Sie enthalten synaptische Vesikel mit Neurotransmittern, die bei Ankunft eines Aktionspotenzials in den synaptischen Spalt freigesetzt werden.

Elektrophysiologie der Nervenzelle

• Ruhemembranpotenzial:     * Im Ruhezustand weist die Membran einer Nervenzelle ein Potenzial von etwa $-70\,mV$ bis $-90\,mV$ auf.     * Es resultiert aus der ungleichmäßigen Verteilung von Ionen: Hohe Konzentration von $K^+$ und Anionen ($A^-$) im Intrazellulärraum; hohe Konzentration von $Na^+$ und $Cl^-$ im Extrazellulärraum.     * Die Natrium-Kalium-Pumpe ($Na^+/K^+-ATPase$) hält diesen Gradienten unter Energieverbrauch ($ATP$) aufrecht, indem sie $3\,Na^+$ hinaus und $2\,K^+$ hinein befördert.
• Aktionspotenzial:     * Depolarisation: Bei Erreichen des Schwellenwerts öffnen sich spannungsgesteuerte $Na^+$-Kanäle, $Na^+$ strömt schlagartig ins Zellinnere, das Potenzial steigt auf ca. $+30\,mV$.     * Repolarisation: $Na^+$-Kanäle schließen sich, spannungsgesteuerte $K^+$-Kanäle öffnen sich, $K^+$ strömt aus der Zelle heraus.     * Hyperpolarisation: Das Potenzial sinkt kurzzeitig unter das Ruhepotenzial, bevor es sich wieder stabilisiert.     * Refraktärzeit: Zeitraum nach einem Aktionspotenzial, in dem die Zelle nicht oder nur schwer erneut erregbar ist.

Klassifizierung von Nervenzellen

• Nach der Anzahl der Fortsätze:     * Unipolare Zellen: Besitzen nur einen Fortsatz (häufig bei Sinneszellen).     * Bipolare Zellen: Besitzen zwei Fortsätze (ein Axon, ein Dendrit), z. B. in der Netzhaut des Auges.     * Multipolare Zellen: Ein Axon und zahlreiche Dendriten (häufigster Typ, z. B. Motoneuronen).     * Pseudounipolare Zellen: Ein Fortsatz teilt sich T-förmig in eine dendritische und eine axonale Richtung auf (z. B. Spinalganglienzellen).
• Nach der Funktion:     * Sensorische Neuronen (Afferenzen): Leiten Informationen von den Rezeptoren zum ZNS.     * Motoneuronen (Efferenzen): Leiten Befehle vom ZNS zu den Muskeln oder Drüsen.     * Interneuronen: Verknüpfen Neuronen innerhalb des ZNS und sind maßgeblich an der Informationsverarbeitung beteiligt.

Synaptische Übertragung

• Präsynapse: Freisetzung von Neurotransmittern (z. B. Acetylcholin, Glutamat, GABA) in den synaptischen Spalt durch Exozytose nach Einstrom von $Ca^{2+}$.
• Synaptischer Spalt: Schmaler Raum (ca. $20-50\,nm$), den der Transmitter per Diffusion überwindet.
• Postsynapse: Bindung des Transmitters an spezifische Rezeptoren.     * EPSP (Exzitatorisches Postsynaptisches Potenzial): Depolarisation der postsynaptischen Membran (erregend).     * IPSP (Inhibitorisches Postsynaptisches Potenzial): Hyperpolarisation der postsynaptischen Membran (hemmend).