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Biologie · Der menschliche Körper
Gliederung in ZNS und PNS, Sympathikus und Parasympathikus, Gehirn und Rückenmark, Reflexe, Hüllen und Schranken, Neuron und Gliazellen, Aktionspotenzial und Synapse.
Das Nervensystem nimmt Reize auf, verrechnet sie im ZNS und steuert Muskeln und Drüsen. Im Axon läuft das Signal elektrisch, an der Synapse chemisch.
Das ZNS besteht aus Gehirn und Rückenmark. Alles andere gehört zum PNS: 31 Spinalnervenpaare, 12 Hirnnervenpaare und die Ganglien, das sind Ansammlungen von Nervenzellkörpern.
Die meisten entspringen im Hirnstamm, I und II gehören zu Groß- und Zwischenhirn, der N. accessorius (XI) kommt zum Teil aus dem oberen Halsmark.
Funktionell trennt man das somatische Nervensystem (Willkürmotorik, bewusste Empfindungen) vom vegetativen oder autonomen (unbewusste Steuerung der Organe).
Afferent läuft zum ZNS hin (sensibel, Hinterwurzel), efferent vom ZNS weg (motorisch, Vorderwurzel).
Jedes Spinalganglion sitzt an der Hinterwurzel und enthält die Zellkörper der sensiblen Neurone. Ihre pseudounipolaren Fortsätze ziehen von der Peripherie am Soma vorbei ins Hinterhorn, wo das Signal auf das nächste Neuron wechselt.
Es besteht aus Sympathikus, Parasympathikus und enterischem Nervensystem. Sympathikus und Parasympathikus wirken meist gegensätzlich: Der Sympathikus bereitet auf Kampf oder Flucht vor, der Parasympathikus fördert Ruhe und Verdauung.
| Organ | Sympathikus | Parasympathikus |
|---|---|---|
| Pupille | weit | eng |
| Herz | schneller, stärker | langsamer |
| Bronchien | weit | eng |
| Verdauung, Speichel | gehemmt | angeregt |
| Harnblase | Entleerung gehemmt | Entleerung angeregt |
Das erste Neuron (präganglionär) setzt in beiden Systemen Acetylcholin frei. Am Erfolgsorgan gibt der Sympathikus Noradrenalin ab, der Parasympathikus Acetylcholin. Ausnahme: Sympathische Schweißdrüsen erhalten ebenfalls Acetylcholin.
Sympathische Ganglien liegen nahe der Wirbelsäule (kurze prä-, lange postganglionäre Faser), parasympathische nahe am Organ.
Der wichtigste parasympathische Nerv ist der Nervus vagus (X. Hirnnerv). Er versorgt Herz, Lunge und den größten Teil des Magen-Darm-Trakts. Das Zwerchfell innerviert dagegen der Nervus phrenicus. Beim Mann steuert der Parasympathikus die Erektion, der Sympathikus die Ejakulation.
Das enterische Nervensystem ist ein Geflecht in der Darmwand. Es steuert Bewegung, Sekretion und Durchblutung weitgehend selbstständig, die beiden anderen Teile modulieren es nur.
| Abschnitt | Teile | Aufgabe |
|---|---|---|
| Großhirn | Rinde, Mark, Basalganglien | Denken, Bewusstsein, Willkür |
| Zwischenhirn | Thalamus, Hypothalamus | Sinnesfilter, vegetative Zentrale |
| Mittelhirn | Colliculi, Substantia nigra | Seh- und Hörreflexe |
| Pons (Brücke) | Brückenkerne | Verbindung zum Kleinhirn |
| Medulla oblongata | Hirnnervenkerne | Atem- und Kreislaufzentrum, Schluckreflex |
| Kleinhirn | Hemisphären, Wurm (Vermis) | Gleichgewicht, Feinmotorik |
Der Hirnstamm besteht aus Mittelhirn, Pons und Medulla oblongata, das Kleinhirn gehört nicht dazu. Das Gehirn wiegt etwa 1,3–1,5 kg. Pons und Kleinhirn bilden das Hinterhirn, die Medulla das Nachhirn, zusammen heißen sie Rautenhirn.
Graue Substanz (Zellkörper) liegt im Großhirn außen als Rinde, im Rückenmark innen. Weiße Substanz (myelinisierte Axone) liegt jeweils umgekehrt.
Das Großhirn hat zwei Hemisphären, die der Balken (Corpus callosum) verbindet. Furchen (Sulci) und Windungen (Gyri) vergrößern die Rindenoberfläche. Die Rinde gliedert sich in Brodmann-Areale mit eigenen Aufgaben und in fünf Lappen:
| Lappen | Aufgabe |
|---|---|
| Frontal (Stirn) | Persönlichkeit, Planung, Willkürmotorik (Gyrus praecentralis) |
| Parietal (Scheitel) | Körperempfinden, Körperkarte (Homunculus) |
| Okzipital (Hinterhaupt) | Sehen |
| Temporal (Schläfe) | Hören, Sprachverständnis, Gedächtnis |
| Insula (Insel) | Geschmack |
Die Sprachzentren liegen bei etwa 90 % der Menschen in der linken Hemisphäre, die rechte verarbeitet vor allem räumliche Information. Das Arbeitsgedächtnis sitzt im präfrontalen Kortex.
Der Thalamus schaltet fast alle sensiblen Bahnen (außer dem Geruch) zur Rinde um, er ist das „Tor zum Bewusstsein“.
Der Hypothalamus steuert das vegetative Nervensystem und die Hormone: Er gibt Releasing- und Inhibiting-Hormone an den Hypophysenvorderlappen ab, der Hinterlappen setzt direkt hypothalamische Hormone frei.
Der Hypophysenvorderlappen ist eine Drüse aus dem Rachendach, kein Hirngewebe. → Ausführlich in: Endokrines System
Das limbische System (u. a. Hippocampus, Corpus amygdaloideum) steuert Emotionen, Motivation und Lernen. Die Basalganglien (Nucleus caudatus, Putamen, Globus pallidus) planen und dosieren Bewegungen.
Bei Morbus Parkinson sterben dopaminerge Neurone der Substantia nigra ab, bei Chorea Huntington degenerieren die Basalganglien.
Das Rückenmark liegt im Wirbelkanal und reicht vom Foramen magnum bis etwa L1/L2 (Conus medullaris). Darunter verlaufen nur noch Nervenwurzeln, die Cauda equina. Es hat 31 Segmente mit je einem Spinalnervenpaar.
Aus jedem Segment treten eine Hinterwurzel (afferent) und eine Vorderwurzel (efferent) aus. Sie vereinen sich zum Spinalnerven, der deshalb gemischte Fasern enthält.
Im Querschnitt liegt die graue Substanz schmetterlingsförmig innen, die weiße außen. Fällt ein Rückenmarksabschnitt aus, sind die Verbindungen unterhalb unterbrochen. Die Pyramidenbahn der Willkürmotorik kreuzt größtenteils in der Medulla: Die rechte Hemisphäre steuert die linke Körperhälfte.
Ein Reflex ist eine unbewusste, immer gleich ablaufende Antwort auf einen Reiz. Er wird auf Rückenmark- oder Hirnstammebene verschaltet und funktioniert deshalb auch ohne Großhirn. Der Weg: Rezeptor → afferente Faser → Umschaltung im Rückenmark → Motoneuron → Muskel.
| Merkmal | Eigenreflex | Fremdreflex |
|---|---|---|
| Synapsen | eine (monosynaptisch) | mehrere (polysynaptisch) |
| Rezeptor und Effektor | im selben Organ | in verschiedenen Organen |
| Beispiel | Achillessehnenreflex | Wegziehreflex |
Beim Eigenreflex meldet die gedehnte Muskelspindel direkt an das Motoneuron. Beim Fremdreflex sind Interneurone zwischengeschaltet, sodass sich Reize summieren oder hemmen lassen.
Drei Meningen umhüllen das ZNS:
Der Liquor cerebrospinalis fließt im Subarachnoidalraum und in den Hirnventrikeln. Der Plexus choroideus der Ventrikel bildet ihn, über den vierten Ventrikel hängt er mit dem Zentralkanal des Rückenmarks zusammen. Er polstert das ZNS und beteiligt sich am Stoffwechsel.
Das Gehirn bekommt sein Blut über die Aa. carotides internae und die Aa. vertebrales, das venöse Blut fließt über die Sinus der Dura ab.
Die Blut-Hirn-Schranke bilden Endothelzellen mit Tight Junctions, die Basallamina und die Fortsätze der Astrozyten. O₂, CO₂ und Wasser passieren frei, Glucose und Aminosäuren nur über Transporter, Toxine und Erreger bleiben draußen.
Die Blut-Liquor-Schranke bildet das durch Tight Junctions versiegelte Epithel des Plexus choroideus. Das Gehirn lebt von Glucose, im Hunger auch von Ketonkörpern.
Die Grundeinheit ist das Neuron (Nervenzelle). Dendriten empfangen Signale, das Soma (Zellkörper, sein raues ER heißt Nissl-Substanz) verrechnet sie, am Axonhügel entsteht bei Erreichen der Schwelle das Aktionspotenzial, und das Axon (Neurit) leitet es weg.
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Deine AufgabeDecke die Beschriftungen am Neuron auf: Benenne Soma, Dendriten, Axon, Myelinscheide und Ranvier-Schnürringe und erkläre, warum die Erregung an den Schnürringen springt.
Tippe auf eine Beschriftung in der Abbildung, um ihre Erklärung zu lesen.
Ein Neuron trägt tausende Synapsen, erregende und hemmende. Neurone teilen sich nach der Geburt nicht mehr.
Viele Axone tragen eine Myelinscheide (ZNS: Oligodendrozyten, PNS: Schwann-Zellen). An den Ranvier-Schnürringen springt die Erregung von Ring zu Ring (saltatorische Erregungsleitung): viel schneller und energiesparend. Marklose Fasern leiten langsam und kontinuierlich.
Funktionell gibt es sensorische Neurone (zum ZNS), motorische (vom ZNS) und Interneurone dazwischen, vor allem bei Reflexen.
| Form | Bau | Vorkommen |
|---|---|---|
| multipolar | viele Dendriten, ein Axon | die meisten Neurone |
| bipolar | ein Dendrit, ein Axon | Netzhaut, Riechzellen |
| pseudounipolar | verschmolzener, T-förmiger Fortsatz | Spinalganglien |
Ein peripherer Nerv bündelt sehr viele Axone wie ein Kabel. Jedes Axon liegt im Endoneurium, ein Bündel (Faszikel) umhüllt das Perineurium, und das Epineurium fasst alle Faszikel zusammen und führt Blut- und Lymphgefäße.
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Deine AufgabeGehe von außen nach innen: Welche Hülle umgibt den ganzen Nerv, welche den Faszikel und welche das einzelne Axon? In welcher Hülle verlaufen die Blutgefäße des Nervs?
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Gliazellen stützen, versorgen und isolieren die Neurone und teilen sich lebenslang. Myelin bilden Oligodendrozyten (ZNS) und Schwann-Zellen (PNS). → Ausführlich in: Gewebe Grundtypen
Im Ruhezustand ist das Zellinnere etwa −70 mV negativ (Ruhepotenzial). Es entsteht vor allem durch K⁺-Ausstrom über offene Kaliumkanäle. Die Na⁺/K⁺-Pumpe hält die Ionengradienten aufrecht: Sie transportiert unter ATP-Verbrauch 3 Na⁺ hinaus und 2 K⁺ hinein und macht das Innere zusätzlich negativer.
Die Schwelle wird nie erreicht, es entsteht kein Aktionspotenzial, und der Schmerzreiz wird nicht weitergeleitet.
Ein unterschwelliger Reiz löst nur eine lokale Depolarisation aus, die abklingt. Folgen mehrere kurz aufeinander, können sie sich addieren (zeitliche Summation). Jeder überschwellige Reiz löst ein gleich großes Aktionspotenzial aus (Alles-oder-Nichts-Prinzip). Ein stärkerer Reiz erhöht nur die Frequenz.
Direkt nach dem Start ist die Zelle für kurze Zeit nicht erregbar (Refraktärzeit). In der absoluten Refraktärphase löst auch der stärkste Reiz kein neues Aktionspotenzial aus, weil die Na⁺-Kanäle inaktiviert sind. Deshalb läuft das Signal nur in eine Richtung.
In der relativen Refraktärphase ist die Schwelle erhöht, und ein starker Reiz löst nur ein kleineres Aktionspotenzial aus.
Erregend wirken Glutamat im ZNS und Acetylcholin an der motorischen Endplatte, hemmend GABA im Gehirn und Glycin im Rückenmark. Die chemische Synapse leitet nur in eine Richtung (Ventilfunktion). Daneben gibt es elektrische Synapsen über Gap Junctions.
Wiederholte Nutzung stärkt Synapsen und erleichtert die Übertragung (Bahnung, Plastizität), hemmende Synapsen dämpfen sie.
Interaktives Aktionspotenzial
Deine AufgabeStelle zuerst einen schwachen Reiz (10 mV) ein: Erreicht das Potenzial die Schwelle? Erhöhe dann die Reizstärke und vergleiche die Größe der Aktionspotenziale. Schalte einen zweiten Reiz zu und finde heraus, ab welchem Abstand wieder ein volles Aktionspotenzial entsteht.
