Nervensystem: Überblick

Nervenzellen

Unsere Nervenzellen, bilden die funktionelle Grundeinheit des Nervensystems. Jedes Neuron besteht aus einem Zellkörper (Soma) und mehreren Fortsätzen, die sich in ihrer Struktur und Funktion unterscheiden. Das Soma enthält die Zellorganellen und ist der Ort, an dem das Aktionspotential entsteht.

Grundsätzlich unterscheidet man zwei Arten von neuronalen Fortsätzen:

• Axone sind meist lang und einzeln ausgeprägt. Sie leiten elektrische Signale vom Soma weg, entweder zu einem anderen Neuron oder direkt zur Zielzelle.
• Dendriten sind meist kurz und stark verzweigt. Sie nehmen Signale von anderen Neuronen auf und leiten diese in Richtung Soma weiter.

Jedes Neuron besitzt ein Axon, während die Anzahl und Anordnung der Dendriten stark variieren kann. Anhand der Struktur der Fortsätze lassen sich Neurone in verschiedene Arten einteilen:

• Multipolare Neurone: viele Dendriten und ein Axon, häufigste Art im ZNS
• Bipolare Neurone: ein Dendrit, ein Axon, beispielsweise in der Retina
• Pseudounipolare Neurone: ein Fortsatz, der sich in zwei Äste teilt (Axon und Dendrit verschmolzen), typisch für Spinalganglien
• Unipolare Neurone: ein Axon, selten beim Menschen
• Anaxonische Neurone: besitzen kein erkennbares Axon, hauptsächlich in bestimmten Hirnarealen

Diese strukturelle Vielfalt steht in engem Zusammenhang mit den jeweiligen Funktionen der Neurone im neuronalen Netzwerk.

Erfahre mehr über Nervenzellen in folgender Lerneinheit:

Wie funktionieren Nervenzellen?

Die Morphologie eines Neurons bestimmt maßgeblich seine Funktion und seine Rolle der Weiterleitung von Nervenimpulsen. Neurone sind in der Lage, elektrische Signale zu erzeugen, aufzunehmen und gezielt an andere Nervenzellen oder an nicht-neuronales Gewebe weiterzuleiten.

Funktionell lassen sich Neurone in zwei Arten unterteilen, je nachdem, ob sie Signale zum zentralen Nervensystem hin oder vom zentralen Nervensystem weg leiten:

• Afferente Neurone (sensorisch oder aufsteigend): Sie leiten Reize aus der Peripherie zum ZNS. Diese Informationen können zum Beispiel Temperatur, Druck, Schmerz oder Berührung betreffen.
• Efferente Neurone (motorisch oder absteigend): Sie leiten Signale vom ZNS in die Peripherie, um dort Muskeln oder Drüsen zu aktivieren. Die Impulse enthalten beispielsweise die Information, einen bestimmten Muskel zu kontrahieren

Der Ort, an dem ein Neuron sein Signal an eine andere Zelle überträgt, wird als Synapse bezeichnet. Dabei handelt es sich nicht um eine direkte Zellverbindung. Stattdessen endet das Axon in einer präsynaptischen Endigung, aus der bei Eintreffen eines Aktionspotentials sogenannte Neurotransmitter freigesetzt werden. Diese chemischen Botenstoffe binden an spezifische Rezeptoren der nachgeschalteten Zelle, sei es ein anderes Neuron oder eine Effektorzelle wie ein Muskel oder eine Drüse, und lösen dort eine biochemische Reaktion aus, die der ursprünglichen neuronalen Information entspricht.

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Gliazellen

Gliazellen, auch als Neuroglia bezeichnet, sind kleinere, nicht erregbare Zellen des Nervensystems. Sie erzeugen keine Aktionspotentiale, sondern übernehmen stützende, schützende und ernährende Funktionen für die Neurone. Darüber hinaus tragen sie zur Homöostase des neuronalen Milieus bei und sind für die Bildung von Myelinscheiden verantwortlich.

Die verschiedenen Arten der Gliazellen erfüllen unterschiedliche Funktionen:

• Myelinisierende Gliazellen: Sie bilden die isolierenden Myelinscheiden um Axone und steigern dadurch die Weiterleitungsgeschwindigkeit neuronaler Signale. Im zentralen Nervensystem übernehmen diese Aufgabe die Oligodendrozyten, im peripheren Nervensystem die Schwann-Zellen. Eine einfache Eselsbrücke zur Unterscheidung lautet “COPS” (Central: Oligodendrozyten; Peripher: Schwann).
• Astrozyten (ZNS) und Satellitenzellen (PNS): Diese Zellen stabilisieren das neuronale Umfeld, regulieren den Ionenaustausch und dienen dem Schutz und der Ernährung der Neurone.
• Zwei weitere Arten von Gliazellen kommen ausschließlich im zentralen Nervensystem vor:
  • Mikroglia fungieren als phagozytierende Zellen des ZNS. Sie erkennen und beseitigen Zelltrümmer, Krankheitserreger oder geschädigte Nervenzellen.
  • Ependymzellen kleiden das Ventrikelsystem aus und sind an der Bildung und Zirkulation des Liquors beteiligt.

Im peripheren Nervensystem übernehmen Makrophagen die Aufgabe der Phagozytose, ein funktionelles Pendant zur Mikroglia existiert dort nicht.

Die meisten Axone des Nervensystems sind von einer weißen, lipidreichen Isolationsschicht umgeben, der Myelinscheide. Sie wird abschnittsweise von Oligodendrozyten (ZNS) oder Schwann-Zellen (PNS) gebildet.

Zwischen diesen Abschnitten liegen kleine Unterbrechungen, die sogenannten Ranvier-Schnürringe. Der Nervenimpuls „springt“ dadurch von Schnürring zu Schnürring, wodurch die Geschwindigkeit der Erregungsleitung deutlich erhöht wird, ein Vorgang, den man als saltatorische Erregungsleitung bezeichnet.

Weiße und graue Substanz

Die weiße Farbe der myelinisierten Axone unterscheidet sich deutlich von der grau gefärbten Substanz der Zellkörper und Dendriten. Auf dieser Grundlage wird das Nervengewebe in weiße Substanz und graue Substanz unterteilt, zwei Anteile mit jeweils charakteristischer Verteilung im zentralen Nervensystem.

• Die weiße Substanz besteht überwiegend aus myelinisierten Axonen und bildet die äußere Schicht des Rückenmarks sowie die tiefer liegenden Bereiche des Gehirns.
• Die graue Substanz setzt sich aus den Zellkörpern der Neurone, Dendriten und nicht-myelinisierenden Gliazellen zusammen. Sie befindet sich vor allem im zentralen Bereich des Rückenmarks, in der Großhirnrinde (Cortex cerebri) sowie in den subkortikalen Kernen, die tief im Inneren des Gehirns liegen.

Diese funktionelle und strukturelle Organisation ist entscheidend für die Leitung, Verarbeitung und Integration neuronaler Signale im zentralen Nervensystem.

Hirnnerven

Die Hirnnerven sind periphere Nerven, die direkt aus den Hirnnervenkernen des Hirnstamms oder des oberen Rückenmarks hervorgehen. Sie versorgen primär Strukturen im Kopf- und Halsbereich.

Entsprechend der Reihenfolge ihres Austritts aus dem Schädel sind sie von I bis XII durchnummeriert:

1. Nervus olfactorius (I)
2. Nervus opticus (II)
3. Nervus oculomotorius (III)
4. Nervus trochlearis (IV)
5. Nervus trigeminus (V)
6. Nervus abducens (VI)
7. Nervus facialis (VII)
8. Nervus vestibulocochlearis (VIII)
9. Nervus glossopharyngeus (IX)
10. Nervus vagus (X)
11. Nervus accessorius (XI)
12. Nervus hypoglossus (XII)

Je nach Funktion unterscheidet man:

• Motorische Hirnnerven: III, IV, VI, XI und XII
• Sensorische Hirnnerven: I, II und VIII
• Gemischte Hirnnerven (mit sensorischen und motorischen Anteilen): V, VII, IX und X

Diese funktionelle Einteilung erleichtert das Verständnis der unterschiedlichen Aufgaben der einzelnen Hirnnerven.

Unter den vielen Strategien zum Erlernen der Anatomie der Hirnnerven haben unsere Expert:innen festgestellt, dass eine der effizientesten das interaktive Lernen ist. Mit den interaktiven Quizfragen und Arbeitsblättern zu den Hirnnerven kannst du deine Lernzeit um die Hälfte verkürzen.

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Oder erfahre mehr über die Hirnnerven in dieser Lerneinheit:

Spinalnerven

Die Spinalnerven entspringen den Rückenmarksegmenten und sind nach ihrem jeweiligen Ursprungssegment nummeriert. Die Spinalnerven werden in 8 zervikale, 12 thorakale, 5 lumbale, 5 sakrale Nervenpaare und einen Steißbeinnerv eingeteilt. Alle Spinalnerven sind gemischt und enthalten sowohl sensorische als auch motorische Fasern.

Die Spinalnerven versorgen den gesamten Körper, mit Ausnahme des Kopfes. Dies geschieht entweder durch direkte Verbindung mit den Zielstrukturen oder durch eine Verflechtung der Nervenfasern zu sogenannten Plexus.

Es gibt vier große Plexus, die bestimmten Körperregionen zugeordnet sind:

• Plexus cervicalis (C1-C4) - versorgt den Hals 
• Plexus brachialis (C5-Th1) - versorgt die obere Extremität 
• Plexus lumbalis (L1-L4) - versorgt die untere Bauchdecke, die vordere Hüfte und den Oberschenkel
• Plexus sacralis (L4-S4) - versorgt das Becken und die untere Extremität

Möchtest du mehr über die Spinalnerven und Plexus erfahren? Sieh dir folgende Lerneinheiten und Artikel an:

Ganglien

Ganglien (Singular: Ganglion) sind Ansammlungen von Nervenzellkörpern außerhalb des zentralen Nervensystems. Sie stellen damit das periphere Gegenstück zu den subkortikalen Kernen des ZNS dar. Ganglien lassen sich funktionell in sensible (Spinalganglien) und autonome (vegetative) Ganglien einteilen. Ihre Lokalisation im Körper folgt einem klar definierten Muster.

Spinalganglien enthalten die Zellkörper sensorischer Neurone. Sie liegen direkt an der Hinterwurzel (Radix posterior) der Spinalnerven, unmittelbar außerhalb des Rückenmarks.

Autonome (vegetative) Ganglien sind Teil des vegetativen Nervensystems und lassen sich weiter unterteilen in sympathische und parasympathische Ganglien.

Sympathische Ganglien befinden sich im Thorax und Abdomen. Man unterscheidet: Grenzstrangganglien (paravertebrale Ganglien (Ganglia paravertebralia), die beidseits der Wirbelsäule (para = neben) liegen und zwei Truncus sympatici bilden, die sich von der Schädelbasis bis zum Steißbein erstrecken. Sowie prävertebrale Ganglien (Ganglia prevertebralia), die vor der Wirbelsäule (pre = vor), näher am Zielorgan, liegen. Sie befinden sich entlang der großen Äste der Bauchaorta und werden entsprechend ihrer Lage bezeichnet: Ganglion coeliacum, Ganglion aorticorenalia, Ganglion mesentericum superius und Ganglion mesentericum inferius.

Parasympathische Ganglien liegen entweder im Kopfbereich oder im Becken. Im Kopfbereich sind sie den Hirnnerven zugeordnet und umfassen: Ganglion ciliare, Ganglion pterygopalatinum, Ganglion oticum und Ganglion submandibulare. Im Beckenbereich befinden sich parasympathische Ganglien in der Nähe der Fortpflanzungsorgane und bilden zusammen mit autonomen Nervenfasern komplexe Plexus, wie etwa den Plexus prostaticus oder den Plexus uterovaginalis.

Diese klar abgegrenzte Organisation ermöglicht eine präzise vegetative Steuerung von Organfunktionen in Kopf, Rumpf und Becken.

Sympathikus

Der Sympathikus bereitet den Körper auf Situationen erhöhter körperlicher Aktivität oder akuten Stress vor. Die dabei ausgelösten Reaktionen werden als „Kampf-oder-Flucht-Reaktion" (“fight or flight”) beschrieben.

Typische Effekte sind:

• Gesteigerte Atemfrequenz
• Erhöhte Herzfrequenz
• Anstieg des Blutdrucks
• Pupillenerweiterung (Mydriasis)
• Umverteilung des Blutflusses: von Haut, Nieren, Magen und Darm hin zu Herz und Skelettmuskulatur

Die sympathischen Nervenfasern haben ihren Ursprung im thorakolumbalen Bereich des Rückenmarks, genauer in den Segmenten Th1 bis L2/L3. Die präsynaptischen Neurone verlassen das Rückenmark und treten in die paravertebralen oder prävertebralen Ganglien ein, wo sie mit den postsynaptischen Neuronen synaptisch verschaltet werden. Von dort aus ziehen die postsynaptischen Fasern zu den jeweiligen Zielorganen.

Parasympathikus

Das parasympathische Nervensystem stellt den Körper auf Energieerhaltung und Regeneration ein. Es aktiviert Prozesse, die unter den Begriffen „Ruhen und Verdauen“ (“rest and digest”) zusammengefasst werden.

Typische Wirkungen des Parasympathikus sind:

• Verlangsamung der Herzfrequenz
• Umleitung des Blutflusses von der Muskulatur zu den Verdauungsorganen
• Steigerung der Peristaltik und der Drüsensekretion im Gastrointestinaltrakt

Die parasympathischen Fasern entspringen dem kraniosakralen Bereich des Nervensystems,  das heißt kranial entspringen sie aus bestimmten Kernen des Hirnstamms und sakral bilden sie sich aus den Rückenmarkssegmenten S2 bis S4.

Diese präganglionären Fasern ziehen zu den thorakalen und abdominalen Organen, wo sie in Ganglien, die in unmittelbarer Nähe oder innerhalb des Zielorgans liegen, mit den postsynaptischen Neuronen synaptisch verschaltet werden.

Enterisches Nervensystem

Das enterische Nervensystem umfasst parasympathische und sympathische Fasern, die gemeinsam die Aktivität des Magen-Darm-Trakts regulieren. Es setzt sich aus parasympathischen Anteilen des Nervus vagus (HN X) und sympathischen Fasern der thorakalen Nervi splanchnici zusammen.

Diese Fasern bilden zwei Nervengeflechte in der Wand des Verdauungstrakts, die eng an der Steuerung der Peristaltik beteiligt sind, also der koordinierten Weiterleitung der Nahrung vom Ösophagus bis zum Rektum:

• Der Plexus submucosus (Meissner-Plexus) liegt in der Tunica submukosa und enthält ausschließlich parasympathische Fasern. Er reguliert vor allem die Sekretionsvorgänge und die lokale Durchblutung der Schleimhaut.
• Der Plexus myentericus (Auerbach-Plexus) befindet sich zwischen den Muskelschichten der Tunica muscularis externa. Er enthält sowohl sympathische als auch parasympathische Fasern und koordiniert die motorische Aktivität der glatten Muskulatur des Darms.

Diese eigenständige, lokale Steuerung macht das enterische Nervensystem zu einem funktionell weitgehend autonomen System innerhalb des vegetativen Nervensystems.