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Aufbau und Funktion des menschlichen Nervensystems

Neuroanatomische und Neurophysiologische Grundlagen

Referat (Ausarbeitung) 2020 14 Seiten

Biologie - Neurobiologie

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Zusammenfassung

Neuroanatomische und Neurophysiologische Grundlagen

Grundlagen der Zellphysiologie

Aufbau des Nervensystems

Erregungsbildung und Erregungsleitung

Synaptische Erregung und Hemmung

Das Gehirn

Das Rückenmark

Das periphere autonome Nervensystem

Das Darmnervensystem

Fazit

Literaturverzeichnis

Zusammenfassung

Durch das Sinnes- und Nervensystem ist es möglich, interne und externe Prozesse wahrnehmen zu können.

Ein orientierendes Gliederungsprinzip ist die morphologische Unterteilung in das zentrale Nervensystem (ZNS) und das periphere Nervensystem.

Das ZNS besteht aus dem Gehirn (lat.: Encephalon) und dem Rückenmark (lat.: Medulla spinalis), die eine Einheit bilden.

Das peripehre Nervensystem wird von den Nerven gebildet, die aus dem Gehirn und aus dem Rückenmark austreten (Hirn- und Spinalnerven). Diese Nerven verzweigend sich zunehmend in den vom Körperstamm weg orientierten Strukturen (Peripherie).

Weiterführend kann im ZNS unter weißer und grauer Substanz unterschieden werden.

In der grauen Substanz liegen die Zellleiber der Neuronen, die untereinander neuronale Netze bilden.

In der weißen Substanz finden sich die Nervenfortsätze der Neuronen (Axone). Diese verbinden verschiedene Areale des Gehirns und Rückenmarks miteinander. (Schünke, Schulte, Schumacher, Voll, Wesker, 2009)

Keywords: Gehirn, Rückenmark, Nervensystem, ZNS, Neurophysiologie

Neuroanatomische und Neurophysiologische Grundlagen

Grundlagen der Zellphysiologie

Um die Funktion einer Nervenzelle zu verstehen, muss deutlich werden, wie die kleinsten Teile einer solchen Zelle aufgebaut sind. Diese sind die Atome, Moleküle, Ionen und die einzelnen Zellorganellen.

Atome, Moleküle und Ionen

Alles besteht aus Materie, welche wiederum aus Atomen besteht. Alle Atome besitzen im Kern positiv geladene Protonen und elektrisch neutrale Neutronen. Die Summe von Protonen und Neutronen ergibt das Atomgewicht. Die positive Ladung des Kerns wird neutralisiert durch die in der Hülle vorkommenden Elektronen. Diese sind so leicht, dass sie keine Auswirkungen auf das Atomgewicht haben. Alle Atome eines Elementes haben die gleiche Anzahl von Protonen, jedoch nicht an Neutronen. Somit kann die Atommasse variieren. Die verschieden atomaren Formen eines Elementes bezeichnet man als Isotope oder Nuklide. Manche Isotope sind instabil und können spontan zerfallen (radioaktive Isotope). Wenn verschiedene Atome chemische Verbindungen miteinander eingehen, entstehen Moleküle. Man unterscheidet zwischen anorganischen und den organischen Molekülen. (Bierbaumer, Schmidt, 2010)

Allgemeiner Zellaufbau

Die meisten Zellen besitzen den gleichen Aufbau. Sie bestehen aus der Zellmembran (Plasmamembran), der Zellflüssigkeit (Zytoplasma), dem Zellkern (Nukleus) und den im Zytoplasma enthaltenen Zellorganellen (z.B. Mitochondrien, endoplasmatische Retikula oder Lysosomen). (Bierbaumer, Schmidt, 2010)

Aufbau des Nervensystems

Das Nervensystem kann in verschiedene „Untereinheiten“ aufgeteilt werden. Wie z.B. Neuronen, Gliazellen, usw.

Neuronen

Im zentralen und peripheren Nervensystem bilden die Neuronen (Nervenzellen) die wichtigste Grundeinheit. Sie bestehen aus einem Zellkörper (Soma oder Perikaryon) und den Fortsätzen (einem Axon oder Neurit und mehreren Dendriten). (Bierbaumer, Schmidt, 2010)

Dendriten sind das „Rezeptorsegment“ des Neurons, da dort die Synapsen anderer Neurone enden. Ein Dendrit ist nicht myelinisiert. Axone sind das „projizierenden Segment“ des Neurons. Sie sind für die Erregungsweiterleitung zu anderen Zellen verantwortlich. Im ZNS ist es immer myelinisiert, im peripheren Nervensystem kann die Myeliniserung fehlen (Schünke, Schulte, Schumacher, Voll, Wesker, 2009). Die Neuronen sind mit anderen Zellen verbunden. Diese Verbindungsstelle einer axonalen Endigung mit einer anderen Zelle wird Synapse genannt. (Bierbaumer, Schmidt, 2010).

Gliazellen, Interstitium und Blutgefäße

Die Nervenzellen sind von einem Schutz- und Stützgewebe umgeben. Diese werden Neurogliazellen oder Gliazellen genannt. Sie übernehmen im Gehirn dieselbe Aufgabe wie das Bindegewebe im restlichen Körper. Sie stützen und sind an der Ernährung der Neuronen beteiligt. Zudem bildet eine Form der Gliazellen (Oligodendrogliazellen) die Myelinscheiden der zentralen und peripheren Nervenfasern. Eine weitere Form, das Astroglia, bildet ein Reservoir für Kaliumionen, die aus Neutronen bei Erregungsprozessen freigesetzt werden. Diese Astrozyten sind an die Blutkapillaren des Gehirns angelagert und bilden dadurch ein Diffusionshindernis für Moleküle. Dieses Hindernis wird als Blut-Hirn-Schranke bezeichnet. Sie dient als Schutz der Neuronen. Gliazellen haben, nicht wie Neuronen, die Fähigkeit der lebenslangen Zellteilung. Sie dienen deshalb auch zum „Auffüllen“ neuronaler Zelldefekte.

Der zwischen den Nerven- und Gliazellen bestehende Spalt nennt sich Interstitium. Alle diese „Zwischenräume“ sind miteinander verbunden und mit einer Flüssigkeit gefüllt. An manchen Stellen sind sie ausgedehnter und bilden größere Hohlräume (Ventrikel), die die Cerebrospinalflüssigkeit (Liquor cerebrospinalis) enthalten. Liquor und interstitielle Flüssigkeit sind praktisch identisch. Jeglicher Stoffaustausch der Neuronen erfolgt durch das Interstitium und nicht direkt von Neuron zu einer anderen Zelle (z.B. ein anderes Neuron, eine Gliazelle, etc.). Das Gesamte Nervensystem ist zudem von einem dichten Netz von Blutgefäßen (Kapillarnetz) durchzogen. Dies ermöglicht kurze Wege zwischen den Neuronen und den Blutgefäßen. Somit können Nähr- und Abfallstoffe, aber auch Medikamente gut transportiert werden. Allerdings besteht auch hier kein direkter Kontakt zwischen der Wand des Blutgefäßes und dem Neuron, da noch die Blut- Hirn- Schranke überwunden und das Interstitium durchquert werden muss. Eine erhöhte Aktivität des Neuronenverbandes steigert die Stoffwechselaktivität der Neuronen. Diese setzen dadurch vermehrt Metabolite (z.B. Milchsäure) frei, die sich erweiternd auf die Hirngefäße auswirken und somit zu einer vermehrten Durchblutung führen. Diese Mehrdurchblutung kann bei bildgebenden Verfahren gemessen und als indirektes Maß der Hirnaktivität angesehen werden (Schünke, Schulte, Schumacher, Voll, Wesker, 2009).

Nervenfasern

Die Nervenfaser dient der Weiterleitung eines Reizes und besteht aus dem Axon und den umgebenden Schwannschen Zellen (eine Art von Gliazellen). Es wird unterschieden zwischen marklosen (unmyeliniserten) und markhaltigen (myelinisierten) Nervenfasern. Diese markhaltigen Fasern haben myelinfreie Stellen, die Ranvierschen Schnürringe. Funktionell unterscheiden sich die beiden Arten der Nervenfasern durch ihre Leitungsgeschwindigkeit. Myelinisierte Fasern leiten Erregung schnell, unmyelinisierte langsamer. Dicke Nervenfasern leiten schneller als dünne. (Bierbaumer, Schmidt, 2010).

Der Nerv

Ein Nerv besteht aus zahlreichen Nervenfasern. Es sind sowohl afferente (zum ZNS hinleitende) als auch efferente (vom ZNS wegleitende) Nervenfasern gebündelt. Die Klassifikation der peripheren Nerven erfolgt nach ihrer Herkunft bzw. ihrem Zielgebiet und nach ihrer Funktion. Muskel-, Gelenk-, und Hautnerven sind somatische Nerven, Eingeweide werden von viszeralen Nerven versorgt.

Eine bestimmte Gruppe der peripheren Nerven sind die 12 paarigen Hirnnerven, die aus dem Hirnstamm entspringen. Sie sind u.a. für die sensorische und motorische Innervation des Kopfes, der Nackenmuskulatur verantwortlich (Bierbaumer, Schmidt, 2010).

Erregungsbildung und Erregungsleitung

Im Allgemeinen findet ein Informationsaustausch im Nervensystem durch eine Potenzialänderung (Erregung), die entlang den Nervenforsätzen in Form von Aktionspotenzialen geleitet wird, statt. (Bierbaumer, Schmidt, 2010)

Das Ruhepotenzial

Das Neuron besitzt eine Plasmamembran, die aus einer Phospholipiddoppelschicht besteht. Diese ist ein guter Isolator was dazu führt, dass zwischen dem Inneren der Zelle und dem Extrazellularraum eine elektrische Potenzialdifferenz herrscht. Diese Potenzialdifferent wird auch Membranpotenzial oder Ruhepotential genannt. Das Ruhepotenzial liegt bei etwa - 80 mV (Bierbaumer, Schmidt, 2010).

Das Aktionspotenzial

Wenn Neuronen aktiv werden, treten impulsartige positive Änderung des Membranpotenzials auf (Aktionspotenziale). Sie dienen als Kommunikationsmittel des Nervensystems. Der Ablauf eines Aktionspotenzials (APs) lässt sich in verschiedene Phasen einteilen. Ein AP beginnt mit einer sehr schnellen positiven Potenzialänderung (bis ca. 25 mV), dem Aufstrich. Danach folgt die Repolarisation, bei der das Potenzial wieder auf das Niveau des Ruhepotenzials sinkt. Nachfolgend kommt es dann noch zu hyperpolarisierenden (über den Wert des Ruhepotenzial ausgehenden) und depolarisierenden Nachpotenzialen.

Die Fortleitung des APs erfolgt über die Nervenfasern und kann beim Menschen als extrazelluläres Massenaktionspotenzial gemessen werden (Elektroneurographie, ENG) (Bierbaumer, Schmidt, 2010).

Synaptische Erregung und Hemmung

An den Verbindungsstellen axonaler Endigungen einer Nervenfaser mit einer anderen Zelle (Synapse), wird das AP bzw. die Information auf die nachgestellte Zelle übertragen. Die Überleitung kann direkt oder über die Freisetzung chemischer Botenstoffe (Neurotransmitter) erfolgen. Die Aktivierung der Synapse führt entweder zur Erregung oder zur Hemmung der nachfolgenden Zelle. Synapsen sind sehr vielfältig und unterscheiden sich untereinander in ihrer Struktur, ihren präsynaptischen Transmittern, ihren postsynaptischen Rezeptoren, ihrer Zahl und Anordnung auf den jeweiligen Zielstrukturen und ihrem Verhalten bei häufiger Aktivierung (Bierbaumer, Schmidt, 2010). Zwischen zwei Nervenzellen besteht ein kleiner Raum, der „synaptische Spalt“ genannt wird. Beim Erreichen eines APs an der Synapse werden Neurotransmitter in den synaptischen Spalt freigesetzt, die eine Reaktion an der nachgeschalteten Zelle zur Folge haben. (Rockstroh, 2011)

Neurotransmitter

Es existieren viele verschiedene Neurotransmitter (z.B. Acetylcholin, Noradrenalin, Dopamin und Serotonin), die nachweislich Einfluss auf das psychische Befinden, Persönlichkeitsmerkmale und die kognitive Leistungsfähigkeit haben. Die Forschung in diesem Bereich begann erst in den 1920er Jahren und ist noch lange nicht abgeschlossen. (Rockstroh, 2011)

Das Gehirn

Das Gehirn hat eine extrem hohe Leistungsfähigkeit, was mit einem extremen Energie- und Sauerstoffbedarf einhergeht. Allerdings kann das Gehirn weder Glukose speichern, noch ohne Sauerstoff auskommen. Nur wenige Minuten ohne Sauerstoffzufuhr führt zu irreversiblen Neuronenschädigungen (Rockstroh, 2011).

Anatomische Richtungsbezeichnungen

Anatomisch werden verschiedene Richtungsbezeichnungen unterschieden: anterior (nach vorne, zum Kopf), posterior (nach hinten), kaudal (zum Steiß), rostral (zur Nase), dorsal (zum Rücken) und ventral (zum Bauch). Zudem wird zwischen Schnittebenen unterschieden: Transversalschnitt (auch Querschnitt genannt), Frontalschnitt, Horizontalschnitt und Sagittalschnitt. (Bierbaumer, Schmidt, 2010)

Hauptabschnitte des Gehirns

Das Gehirn kann in fünf Hauptabschnitte untergliedert werden. In das Myelencephalon, das Metencephalon, das Mesencephalon, das Diencephalon und das Telencephalon. Myelencephalon und Metencephalon werden auch als „Rautenhirn“ bezeichnet, weil sie um den rautenförmigen vierten Ventrikel angelegt sind. Myelencephalon, Metencephalon und Mesencephalon bilden den sogenannten „Hirnstamm“ und sind phylogenetisch der älteste Teil des Gehirns. Telencephalon und Diencephalon bilden das Vorderhirn (Rockstroh, 2011).

Das Myelencephalon. Das Myelencephalon besteht aus der Medulla oblongata und geht ohne spezifische Begrenzung in das Rückenmark über. Der Hauptbestandteil sind Nervenfasern, die die darüberliegenden Hirnstrukturen mit dem Körper verbinden. Zudem kreuzen sich hier die Nervenbahnen der beiden Hirnhälften. Hier werden sehr viele automatisch ablaufende Vorgänge, wie Herzschlag, Atmung und Stoffwechsel gesteuert. Ebenfalls liegen hier wichtige „Reflexzentren“ (Liedschluss-, Schluck-, Husten- und Brechreflex). Ein wichtiges System, das sich bis ins Diencephalon erstreckt, ist die Formatio reticularis („aufsteigendes retikuläres aktivierendes System“ (ARAS)). Sie besteht aus einem Netz von Neuronen mit Afferenzen aus dem Rückenmark, Kollateralen der Sinnesorgane, deszendierenden Eingängen des Kortex, limbischen Systems und des Thalamus. Somit können Erregungszustände des gesamten peripheren Nervensystems aufgenommen und an den Kortex weitergeleitet werden. Das ARAS ist an Funktionen, wie dem Aufrechterhalten des Muskeltonus, vitalen Reflexen oder Schlaf beteiligt (Rockstroh, 2011).

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Details

Seiten
14
Jahr
2020
ISBN (eBook)
9783346222886
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v913275
Institution / Hochschule
DIPLOMA Fachhochschule Nordhessen; Zentrale
Note
1,7
Schlagworte
Neuroanatomie Neurophysiologie Grundlagen Referat

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