Das Nervensystem und Ruhepotenzial

Das Nervensystem

• Die funktionelle Grundeinheit des Nervensystems sind Nervenzellen (Neuronen).
• Neuronen empfangen elektrische Signale über ihre Dendriten und leiten sie als Aktionspotenziale entlang des Axons weiter.
• An chemischen Synapsen wird ein Neurotransmitter freigesetzt, der die nächste Nervenzelle aktiviert oder hemmt.

Ruhepotenzial

• Das Ruhepotenzial ist die Grundlage für die Signalübertragung.
• Innerhalb der Nervenzelle herrschen hauptsächlich Kaliumionen (K+) und Anionen (organisch) vor.
• Außerhalb der Zelle befinden sich vorwiegend Natriumionen (Na+) und Chloridionen (Cl-).
• Die Membran ist semipermeabel und trennt die Ionen.
• Kaliumionen bewegen sich entlang ihres Konzentrationsgefälles durch offene Kaliumkanäle nach außen, wodurch das Membranpotenzial negativer wird.
• Positive Kaliumionen werden durch die negative Ladung im Inneren zurückgehalten, wodurch das Ruhepotenzial mehr oder weniger konstant bleibt.
• Natriumionen (Na+) dringen trotz des negativen Membranpotenzials in geringem Umfang in die Zelle ein (Leckstrom), wodurch das Ruhepotenzial allmählich zerstört würde.
• Transportproteine (Natrium-Kalium-Pumpen) sorgen für den Rücktransport von Natriumionen (Na+).
• Unter Energieverbrauch (ATP) werden drei Natriumionen nach außen und zwei Kaliumionen nach innen transportiert.
• Dadurch wird das negative Membranpotenzial von etwa -70 mV aufrechterhalten.

Aktionspotenzial

• Wenn eine Erregung die Nervenzelle erreicht, wird ein Aktionspotenzial durch die Öffnung von Natriumkanälen ausgelöst.
• Aufgrund des hohen Konzentrationsunterschieds von Natriumionen strömen positive Teilchen in die Zelle, wodurch sich das Potenzial von etwa -70 mV auf +30 mV ändert (Depolarisation).
• Anschließend schließen sich die Natriumkanäle.
• Es folgt die Repolarisation, bei der positiv geladene Kaliumionen durch Kaliumkanäle, die sich etwas später öffnen, aus der Zelle strömen.
• Bei einigen Zellen kommt nach der Repolarisation eine kleine Hyperpolarisation vor, bei der das Membranpotenzial kurzzeitig negativer als das Ruhepotenzial wird, bevor es wieder auf -70 bis -80 mV zurückkehrt.
• Aktionspotenziale folgen dem "Alles-oder-Nichts-Gesetz": Wenn der Reiz das Schwellenpotenzial erreicht, wird ein vollwertiges Aktionspotenzial erzeugt. Wenn der Reiz unterhalb des Schwellenwerts liegt, tritt kein Aktionspotenzial auf.

Chemische Synapse

• An einer chemischen Synapse erfolgt die Signalübertragung wie folgt:
  • Wenn ein Aktionspotenzial das Axonterminal erreicht, strömen Calciumionen in die präsynaptische Membran.
  • Dies löst die Fusion von Vesikeln, die mit Neurotransmittern gefüllt sind, mit der Membran aus.
  • Der Neurotransmitter wird in den synaptischen Spalt freigesetzt.
  • Ein Neurotransmitter kann je nach Art des postsynaptischen Rezeptors entweder erregend oder hemmend wirken.
  • Wenn der Rezeptor erregend ist, tritt an der postsynaptischen Membran eine Depolarisation auf, die als erregendes postsynaptisches Potenzial (EPSP) bezeichnet wird.
  • Wenn der Neurotransmitter Kanäle öffnet, die es negativ geladenen Ionen ermöglichen, in die postsynaptische Zelle einzudringen, wird dies als hemmendes postsynaptisches Potenzial (IPSP) bezeichnet.

Gliazellen

• Neben Neuronen gibt es im Nervensystem noch eine andere Zellart – Gliazellen.
• Sie werden auch als Glia oder Neuroglia bezeichnet und machen etwa die Hälfte der Gehirnzellen aus.
• Gliazellen produzieren die Myelinscheide, eine fettreiche Schicht, die das Axon umgibt und es elektrisch isoliert.
  • Im peripheren Nervensystem (PNS) werden diese isolierenden Gliazellen als Schwann-Zellen bezeichnet.
  • Im zentralen Nervensystem (ZNS) heißen sie Oligodendrozyten.
• Zwischen benachbarten Schwann-Zellen oder Oligodendrozyten liegt eine Lücke, die als Ranvierscher Schnürring bezeichnet wird.
• Die Myelinscheide ist an diesen Stellen unterbrochen, wodurch der Nervenimpuls von Knoten zu Knoten "springen" kann, ein Prozess, der als saltatorische Leitung bezeichnet wird.
• Dies beschleunigt die Übertragung von Nervenimpulsen erheblich.
• Der Teil des Axons zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ranvierschen Schnürringen wird als Internodium bezeichnet.

Funktion der Gliazellen

• Gliazellen sind mehr als nur Stützzellen, sie beteiligen sich auch an der Nervenimpulsfortleitung.
• Neuere Untersuchungen deuten auf eine Rolle bei der zellulären Immunität (Mikroglia) sowie eine wichtige Rolle beim Stoffaustausch, beim Flüssigkeitsaustausch und der Aufrechterhaltung der Homöostase des Gehirns hin.

Das zentrale Nervensystem

• Das Gehirn (Encephalon oder Cerebrum) mit einem Gewicht von etwa 1,5 kg befindet sich im Schädel und wird durch drei Membranen (Meningen) geschützt: die Dura mater, die Arachnoidea und die Pia mater.
• Das Gehirn verbindet sich über das Foramen magnum an der Schädelbasis mit dem Rückenmark.
• Das Gehirn steuert lebenswichtige Funktionen und komplexe Denkprozesse.
• Es kann in verschiedene Bereiche unterteilt werden, die sich in Funktion und Entwicklung unterscheiden (siehe Abbildung).

Teile des Gehirns

Rückenmark

• Das Rückenmark (Medulla spinalis) ist ein rohrförmiger Teil des Zentralnervensystems, der sich im Wirbelkanal der Wirbelsäule befindet und vom Foramen magnum des Schädels bis zum zweiten Lendenwirbel reicht.
• Es verbindet sich am Schädel mit der Medulla oblongata.
• Seine Hauptfunktion ist die Übertragung von Signalen vom Gehirn zum Körper und umgekehrt.
• Spinalnerven sind Bündel von Fasern, die vom Rückenmark ausgehen.
• Diese Nerven gehören zum peripheren Nervensystem.
• Jeder Spinalnerv hat eine hintere (sensorische) und eine vordere (motorische) Wurzel.
• Die Zellkörper der sensorischen Neuronen befinden sich im Spinalganglion, während die Zellkörper der motorischen Neuronen im vorderen Horn des Rückenmarks liegen.

Peripheres Nervensystem

• Das periphere Nervensystem besteht aus allen Nerven, die vom Gehirn und Rückenmark ausgehen.
• Diese Nerven verbinden das zentrale Nervensystem (ZNS) mit Organen und Muskeln.
• Es ist wichtig, zwischen sensorischen und motorischen Informationen zu unterscheiden.
• Zum Beispiel werden visuelle Informationen von der Netzhaut über den Sehnerv an das Gehirn übertragen.
• Sensorische Informationen werden über afferente (sensorische) Fasern an das ZNS transportiert, während motorische Signale über efferente (motorische) Fasern vom ZNS zu den Muskeln gesendet werden.

Hirnnerven

• Das PNS umfasst 12 Paare von Hirnnerven und 31 Paare von Spinalnerven, die das Rückenmark verlassen.
• Die Hirnnerven steuern hauptsächlich die Kopf- und Halsregion.

  Nummer	Name	Funktion
  I	Olfactorischer Nerv (Geruch)	Überträgt Geruchsinformationen an das Gehirn
  II	Optischer Nerv (Sehen)	Überträgt visuelle Informationen an das Gehirn
  III	Oculomotoriusnerv	Steuert die Augenbewegung
  IV	Trochlearis Nerv	Steuert die Augenbewegung
  V	Trigeminus Nerv	Sensorische Informationen vom Gesicht und steuert die Kaumuskeln
  VI	Abducens Nerv	Steuert die Augenbewegung
  VII	Facialis Nerv	Steuert Gesichtsausdrücke, Geschmack
  VIII	Vestibulocochlearis Nerv (Hör)	Überträgt Schall- und Gleichgewichtsinformationen vom Innenohr an das Gehirn
  IX	Glossopharyngeus Nerv	Überträgt sensorische Informationen von Rachen und Zunge, steuert das Schlucken
  X	Vagus Nerv	Steuert viele innere Organe
  XI	Accessorius Nerv	Steuert Schultermuskulatur und Nackenmuskulatur
  XII	Hypoglossus Nerv	Steuert die Zungenmuskulatur

Spinalnerven

• Die Spinalnerven sind ebenfalls paarig angelegt und ihre Funktion hängt von dem Segment der Wirbelsäule ab, aus dem sie austreten.

Sprachverarbeitung

• Die Sprachverarbeitung findet hauptsächlich im Frontallappen und im Temporallappen statt.
• Diese Bereiche enthalten die klassischen Sprachzentren.
  • Broca-Areal: Befindet sich im Frontallappen und ist mit der Sprachproduktion verbunden.
  • Wernicke-Areal: Befindet sich im Temporallappen und ist mit dem Sprachverständnis verbunden.
• Läsionen in diesen Regionen führen zu Sprachstörungen.
• Aktuelle Forschungsergebnisse zeigen, dass ein größeres Netzwerk von Hirnarealen an der Sprachverarbeitung beteiligt ist.
• Visuelle Reize werden zunächst im Hinterhauptslappen verarbeitet und dann an andere Bereiche übertragen, um ein vollständiges visuelles Verständnis zu ermöglichen.
• Auditive Reize werden zunächst im Schläfenlappen verarbeitet, der dann den Klang verarbeitet; anschließend verarbeiten andere Bereiche des Gehirns die Informationen, um den Klang vollständig zu verstehen.
• Höhere kognitive Funktionen, wie diejenigen, die an der Sprachverarbeitung beteiligt sind, werden größtenteils dem Frontallappen zugeschrieben.

Dieses Quiz behandelt die Grundlagen des Nervensystems, insbesondere Neuronen und ihre Funktion bei der Signalübertragung. Es wird das Ruhepotenzial erklärt und die Rolle von Ionen in diesem Prozess hervorgehoben. Teste dein Wissen über die Mechanismen des Nervensystems und wie es funktioniert!