Aufbau und Erregungsweiterleitung von Nervenzellen

Im Nervensystem kannst Du zwei Zelltypen unterscheiden:

• Nervenzellen (Neuronen): kümmern sich um die Aufnahme und Weiterleitung von elektrischen Erregungen.
  
• Gliazellen: (Hüllzellen oder auch Schwann'sche Zellen genannt) helfen den Nervenzellen Halt zu geben, liefern Nährstoffe und kümmern sich um die elektrische Isolierung.
  

Strukturen von Nervenzellen

• Grosser Zellkörper (Soma): enthält den Zellkern, zahlreiche Mitochondrien (Kraftwerke der Zelle) und weitere Zell-Organellen.
  
• Lange Fortsätze:
  • Baumartig verzweigte Dendriten mit einer grossen Oberfläche, um Kontakt zu vielen anderen Nervenzellen zu ermöglichen.
  • Axone: entspringen aus dem Axonhügel und haben oft lange, schlanke Fortsätze zum schnellen Weiterleiten (manche Axone sind über einen Meter lang und die Leitungsgeschwindigkeit kann über 360 hm/h sein), enthalten auch viele Mitochondrien.

Axone

Axone besitzen Verdickungen am Ende, die Endknöpfchen, welche mit dem gegenüberliegenden Membranabschnitt der nachfolgenden Zelle eine Funktionseinheit (Synapse) bilden. 

• Synapsen übertragen Erregungen an weitere Zellen. 
• Diese Übertragung vom Endknöpfchen auf nachfolgende Zellen erfolgt mithilfe von chemischen Botenstoffen (Transmitter). 
• Über das Axon kommen Erregungen an und das Endknöpfchen gibt Transmittermoleküle ab, die auf einer gegenüberliegenden Membran eine elektrische Erregung auslösen. Je mehr Transmittermoleküle abgegeben werden, desto höher die elektrische Erregung.
• Der dünne Spalt zwischen dem Endknöpfchen und der gegenüberliegenden Membran ist der synaptische Spalt. 
  

Motoneuron​

Nervenzellen, die zu Skelettmuskeln führen und die Kontraktion der Muskeln steuern können, werden Motoneuronen genannt. 

• Diese Motoneuronen sind bei Wirbeltieren oft von spezifischen Gliazellen umgeben. Dieser Bereich besteht auf lipidreichen Zellmembranschichten, die auch Myelin genannt werden. 
• Die Myelinscheide sind alle Hüllzellen zusammen, die um ein Axon gewickelt sind und so einen elektrischen Isolator für eine schnellere Erregungsweiterleitung darstellen.
• Es gibt auch noch kleine, regelmässige Unterbrechungen dieser Hüllzellen, die als Schnürringe (Ranvier'sche Schnürringe) bezeichnet werden.

1. Motoneuron, 2. Sensorisches Neuron, 3. Purkinje-Zelle, 4. Erregungsaufnahme, 5. Erregungsweiterleitung, 6. Erregungsübertragung, 7. Muskel, 8. Nervenzelle, 9. Nervenzelle

Erregungsweiterleitung

Ein Aktionspotenzial ist nur eine Erregung an einer Stelle des Axons und die Weiterleitung erfolgt, indem ein Aktionspotenzial ein weiteres auslöst. So entstehen entlang des Axons immer neue Aktionspotenziale.

1. Ein Aktionspotenzial wird durch einen Einstrom von Natrium-Ionen ausgelöst, wobei diese Ladungsänderung eine Depolarisation der benachbarten Membran und der Umgebung bewirkt. Das elektrische Feld nimmt mit der Entfernung exponentiell ab und wirkt sich nur in der unmittelbaren Umgebung aus.
2. Die Erregungsweiterleitung geht nur in eine Richtung: von Soma zu Synapse. 
   
3. Das Aktionspotenzial entsteht am Axonhügel und weitere Aktionspotenziale werden nur in Richtung zur Synapse ausgelöst, da durch die Refraktärphase, die Membran für kurze Zeit unerregbar ist.

Kontinuierliche Erregungsweiterleitung

Bei Tieren, wie Insekten, Weichtiere und andere Wirbellosen werden die Axone nicht von Hüllzellen umschlossen, sie sind also Nervenfasern ohne Myelinisierung, bei denen Erregungen kontinuierlich weitergeleitet werden.

1. Ein Aktionspotenzial wird ohne Unterbrechung ausgelöst und sorgt damit für eine Weiterleitung von Reizen über das Axon.
   
2. Dabei wird das Aktionspotenzial immer weiter geleitet, indem Ladungsunterschiede zwischen erregten und unerregten Membranstellen ständig ausgeglichen werden.
3. Die Aktionspotenziale breiten sich immer in Richtung Axon-Endknöpfchen aus, wodurch das Signal konstant gleich bleibt.

In Tintenfischen gibt es die besonders dicke Riesenaxone. Diese brauchen mehr Baumaterial und auch mehr Energie, allerdings nimmt das elektrische Feld weniger stark ab. Im Gegensatz dazu brauchen myelinisierte Axone relativ wenig Energie.

Saltatorische Erregungsweiterleitung

Bei Wirbeltieren findet ausserdem die Erregungsweiterleitung über Nervenfasern mit Myelinisierung statt. Nur an Stellen zwischen den Schnürringen ist die Myelinschicht unterbrochen in regelmässigen Abständen. Das ist die Grundvoraussetzung für die saltatorische Erregungsweiterleitung. In diesen Zwischenräumen gibt es spannungsgesteuerte Natrium- und Kalium-Ionenkanäle. Wenn ein Aktionspotenzial dort ankommt, strömen Natrium-Ionen ein. Das Aktionspotenzial am Schnürring löst die Öffnung von weiteren Natrium-Ionenkanälen am nächsten Schnürring aus und somit springt die Auslösung der Aktionspotenziale von Schnürring zu Schnürring.

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