Nerven- & Sinnesphysilogie

Der Organismus nimmt Informationen über die Umwelt (durch exterozeptive Sinneszellen) und über den Zustand des eigenen Körpers (enterozeptive/propriozeptive) mit speziell dafür gebauten Sinneszellen auf. Diese wandeln einen ganz speziellen Reiz auf den sie ausgerichtet sind in elektrische Signale, sogenannte Aktionspotentiale um. Diese Aktionspotentiale erregen wiederum speziell dafür vorhandene Zellen, die Nervenzellen, welche diese in Aktionspotentiale verschlüsselten Informationen an ein Steuerzentrum (das Gehirn beziehungsweise ZNS) ebenfalls über Aktionspotentiale weiterleiten. Nach Verrechnung sämtlicher Signale im Nervenzentrum/Gehirn gehen von diesem wiederum Informationen als Aktionspotentiale über andere Nervenzellen zu den Muskeln, Drüsen und inneren Organen, um eine Reizbeantwortung durch zu führen. Grundlage des Reiztransportes sind also die Nervenzellen.

Eine Nervenzelle ist also wie ein langes dünnes Rohr gebaut, an dessen einem Ende der Zellkörper mit all seinen Zellorganellen sitzt. Dieser lange Fortsatz (Rohr) beginnt an einer leichten Anschwellung des Zellkörpers dem Axonhügel und wird Axon oder Neurit genannt. Am Ende verzweigt es sich in wenige Endäste mit Endplatten beziehungsweise Endknöpfchen. Auf der anderen Hälfte des Zellkörpers, der dem Axon gegenüber liegt besitzt die Zelle bis zu zehntausend kleinere dünnere Fortsätze (ca. 3-4 mal so lang wie der Durchmesser des Zellkörpers) welche Dendriten genannt werden. An diesen Dendriten verknüpfen sich Nervenzellen untereinander. Diese Verknüpfungsstellen werden Synapsen genannt. Bei den Nervenzellen höher entwickelter Lebewesen (Wirbeltiere) wird das Axon von einer Markscheide/schwannschen Scheide, welche aus einzelnen schwannschen Zellen besteht, umhüllt. Zwischen den einzelnen Spalten liegen winzige Spalten, die ranvierschen Schnürringe. Die einzelnen schwannschen Zellen sind fetthaltige Zellen, welche sich im frühen Embryonalstadium mehrfach um das Axon wickeln. Dieses wird dadurch besser gegenüber der Umwelt geschützt.

• Durchmesser des Nervenzellkörpers ca. 0,025 bis 0,05 Millimeter.
• Durchmesser des Axons ca. 0,002 bis 0,005 mm /Länge bis zu einem Meter
• Länge der Dendriten 0,1 bis 0,15 mm.

Das menschliche Nervensystem

Die oben beschriebene Nervenzelle ist die Grundeinheit des Nervensystems. Dieses wird in einem animalen Teil und in einen vegetativen Teil gegliedert. erstere ist dafür verantwortlich Reize aus der Umwelt aufzunehmen und auf sie zu reagieren, letztere verwertet die Reize, die aus dem Körper selbst kommen und reagieren auf sie. Beide Systeme laufen im Rückenmark und im Gehirn zusammen, wobei letzteres das zentrale Organ für beides ist. Das animale Nervensystem wird gegliedert in ZNS und peripheres Nervensystem.

Das vegetative Nervensystem wird ebenso gegliedert.

Das animale Nervensystem wird auch cerebrospinales Nervensystem und das vegetative Nervensystem auch das autonome Nervensystem genannt.

Die Nervenbahnen oder Fasern erstehen vor allem aus den Neuriten der Nerven. Sie sind von Bindegewebe und Bindegewebshäuten umgeben. Innerhalb dieser Nervenfaserbündel unterscheidet man efferente (motorische beziehungsweise sekretorische) Fasern und zweitens afferente (sensible) Fasern.

 

Cerebrospinal und vegetatives Nervensystem stehen beide über das Rückenmark miteinander in Verbindung.

Das vegetative Nervensystem gliedert sich in zwei Hauptbestandteile:

1. den Sympathicus (sympatisches Nervensystem) und
2. den Parasympathicus (parasympatisches Nervensystem).

Der Sympathicus entspringt am vierten Halswirbel aus dem Rückenmark, teilt sich in zwei Stränge und läuft parallel zu beiden Seiten der Wirbelsäule am Rücken entlang. Jeweils in Höhe eines Wirbels (Bandscheiben) gehen von den beiden Strängen die peripheren Fasern ab.

Der Parasympathicus besteht ebenfalls nur aus zwei Strängen, die aus dem Rückenmark in Höhe zwischen drittem und viertem Halswirbel entspringen. Auch sie laufen parallel zum Rückenmark bis in Höhe des Kreuzbandes und auch von ihnen gehen seitlich die peripheren Fasern weg.

Zusätzliche ist der Parasympathicus aber noch an zwei weiteren Stellen mit dem Rückenmark verbunden und zwar in Höhe

1. der letzten Brustwirbel und
2. in Höhe des letzten Lendenwirbels.

Sympathicus und Parasympathicus verhalten sich wie Antagonisten (Gegenspieler), das heißt das Organ, das der Sympathicus anregt vom Parasympathicus gehemmt wird und umgekehrt.

Ein besonders wichtiger Ast des Parasympathicus ist der nervus vagus, von dem aus die Fasern sowohl die Speiseröhre, die Lungen, das Herz, die großen inneren Blutgefäße, sowie den inneren Magen-Darmtrakt inervieren.

Vom Vagus, aber auch von Teilen des Sympathicus werden auch die großen Aterienstämme versorgt und bilden um diese autonome Geflechte (plexi). Das wichtigste Geflecht gruppiert sich um den Hauptast der Bauchaorta und ist das sogenannte Sonnengeflecht (plexus solaris). Dieses versorgt weitere kleine plexi, die um die einzelnen inneren Organe liegen, unter anderem das Magengeflecht, Lebergeflecht und Beckengeflecht, welche die Blase, das Rectum und den Genitalapparat versorgen.

Während die Endknöpfchen des Parasympathicus Acetylcholin als Transmitterstoff erzeugen, produziert der Sympathicus in den Nervenenden Adrenalin. Der Sympathicus arbeitet so, daß alle diese Organe inerviert werden, die plötzliche und schnelle Höchstleistung im Zusammenspiel ermöglichen:

Er fördert die Atmung, erweitert Herzkranzgefäße und Bronchialäste und steigert damit Blutdruck und Herzschlag. Verlangsamt gleichzeitig die Verdauungsregelung, Darmperistaltik, Drüsensekretion, sowie Blasen-und Darmentleerung. Der Parasympathicus hat die entgegengesetzte Funktion.

Das somatische Nervensystem

Das somatische Nervensystem entspringt, wie das vegetative aus dem Rückenmark. In Höhe der Bandscheiben entspringen 31-32 Rückenmarksnervenpaare, die wie folgt genannt werden:

• 8 Paare Cervikalnerven (Halsbereich)
• 12 Paare Torakalnerven (Brustbereich)
• 5 Paare Plumbalnerven (Lendenbereich)
• 5 Paare Sakralnerven (Beckenbereich)
• 1-2 Paare Coccygalnerven (Steißbein)

Diese Nervenpaare inervieren segmental die Bereiche aus denen sie aus dem Rückenmark austreten und bringen gleichzeitig Informationen von den Sinnesorganen über das Rückenmark zum Gehirn. Sie entspringen außerdem mit zwei Wurzeln aus dem Rückenmark, wobei in der hinteren Wurzel die afferenten, das heißt sensorischen/sensiblen Fasern verlaufen und in der vorderen Wurzel, die efferente (motorische) Nervenfaserbündel verlaufen.

Die efferente Nervenfasern haben einen bestimmten Nervenknoten dicht hinter dem Austritt aus dem Rückenmark, er wird das Spinalganglion genannt. Hier liegen die Zellkörper von Schaltzellen, welche den ankommenden Reiz aufnehmen und umschalten.

Vegetatives und somatische Nervensystem bilden zusammen das periphere Nervensystem. Dies wird auch dadurch deutlich, daß Fasern vom Grenzstrang des Sympathicus ebenfalls in das Spinalganglion einmünden und von dort mit dem Rückenmark verschaltet sind.

Das ZNS

Das Rückenmark

Das Rückenmark ist bei erwachsenen Menschen ca. 50 Zentimeter lang. Man kann eine weiße und eine graue Substanz unterscheiden. Die graue hat eine schmetterlingsartige Form und ist in die weiße eingebettet. Die graue besteht vorwiegend aus den Zellkörper der Nervenzelle, die weiße aus den Neuriten. Das Rückenmark ist eingehüllt von Innen nach Außen von verschiedenen Häuten:

1. der weichen Rückenmarkshaut (pia mater spinales)
   Sie überzieht die Oberfläche des Rückenmarks, indem sie sich eng an die Nervensubstanz anlegt.
2. Die Arachnoidea Spinales, die Spinngewebshaut
   Sie versorgt das Rückenmark ähnlich wie das Gehirn mit den Gefäßsystemen und Nerven.

Zwischen a und b liegt ein Flüssigkeitsmantel als zusätzlicher Schutz

3. Die harte Rückenmarkshaut (dura mater spinales)
   Sie schützt das darunterliegende Gewebe.

Das Gehirn

Wie das Rückenmark ist auch das Gehirn von drei Häuten umgeben, die auch ebenfalls so genannt werden:

1. pia mater cerebrales
2. arachnoidea mater cerebrales
3. dura mater cerebrales

Auch hier befinden sich zwischen pia mater und arachnoidea ein Wassermantel, das Gehirnwasser.

Das Gehirn besteht aus fünf Teilen

1. verlängertes Rückenmark (Myelencephalon)
2. das Hinterhirn = Kleinhirn einschließlich der Brücke oder Met(h)encephalon
3. Mesencephalon
4. das Zwischenhirn (Diencephalon) mit dem Thalamus und Hypothalamus und Epiphyse und Hypophyse
5. Großhirn (Telencephalon)

1. Das verlängerte Rückenmark

Das verlängerte Rückenmark ist der, an das Rückenmark anschließende, Gehirnabschnitt.

An seiner Unterseite laufen die beiden Pyramidenbahnen, die aus dem Rückenmark kommen und die die willkürliche Motorik steuern. Am Ende, das heißt an der Grenze von Gehirn und Rückenmark, kreuzen sich diese beiden Bahnen.
Diese Gehirnteile haben folgende Funktionen:

1. Durchleitung der sensiblen und motorischen Fasern zu beziehungsweise von den höheren Zentren
2. Zentrum des 5. und 12. Gehirnnerves
3. Steuerung der Speichelsekretion.
4. Steuerung von vielen Reflexen (z.B. Schluck-, Husten-, Brechreflex)
5. In einem besonderen Teil, der Rautengrube, liegen folgende wichtige Zentren des vegetativen Nervensystems:
   1. Atmungssystem
   2. Kreislaufsystem
   3. Stoffwechselsystem

2. Das Kleinhirn

Es besteht aus drei Teilen

1. der Brücke
2. dem eigentlichen Kleinhirn
3. dem vorderen Teil der Rautengrube, die sich ins nachfolgende verlängerte Rückenmark verlängert.

Der zentrale Teil, das eigentliche Kleinhirn, liegt über dem vorderen Teil der Rautengrube. Es ist mit drei stilartigen Nervenfaserbündeln mit

1. dem Mittelhirn,
2. der Brücke,
3. dem Rückenmark verbunden.

Die Brücke selbst verbindet Großhirnrinde und Kleinhirnrinde, denn das zentrale eigentliche Kleinhirn besteht wie das Großhirn aus zwei Hemisphären (Halbkugel) und ähnlich wie das Großhirn aus einer grauen Rinde und einer weißen Markmasse.

Funktionen:

1. Kontrollzentrum der extrapyramidalen Motorik mit Steuerung von Muskelspannung und Muskelkraft
2. Integrationszentrum für Einzelmeldungen, die die Bewegungskoordination betreffen.
3. Koordinationszentrum für Tiefensensibilität und Orientierung im Raum

3. Das Mittelhirn

Es verbindet das Kleinhirn mit dem Zwischenhirn. Es liegt direkt unter dem Großhirn und wird von ihm überwölbt. An seinen beiden Seiten verlaufen die Nervenbahnen, die die Großhirnrinde über die Brücke mit der Kleinhirnrinde verbinden. In ihm liegen die Zentren des dritten und vierten Gehirnnervs und ist Integrationszentrum der Gehör und Sehfunktionen.

4. Das Zwischenhirn

Das Zwischenhirn liegt von dem Mittelhirn eingehüllt von den beiden Großhirnhälften. Neben seinem Zentrum sind zwei besonders abgegrenzte Bereiche, der Thalamus und Hypothalamus, sowie zwei Drüsen Epiphyse und Hypophyse zu erkennen.

Es hat folgende Funktionen:

1. Integrationszentrum für allgemeines Empfindungsvermögen, Gefühle, gefühlsmäßiges tönen von Außenreizen.
2. wichtige Integrationszentren für Mimik und Gestik
3. Schaltzentrum für Seh- und Riechfunktionen
4. Zentrum des autonomen Nervensystem (Regelung: Wasserhaushalt, Körpertemperatur, Kreislauf, Stoffwechsel, Wach-Schlafzentrum)
5. Zentrum der Bildung von Neurohormonen mit der Hypophyse als Zentrum der gesamten hormonellen Steuerung

5. Das Großhirn

Das Großhirn besteht aus folgenden Teilen:

1. den beiden Hemisphären, unterteilt in grauer Rinde und weißes Stammhirn mit den Basalganglien
2. die große Kommissur (Balken oder corpus calosum), welche die beiden Hemisphären miteinander verbindet.

Außerdem sind die Hemisphären über die Brücke mit dem Kleinhirn verbunden. Die beiden Hemisphären sind durch einen Längsspalt von einander (bis auf die Kommissur) und auch durch einen Querspalt vom Kleinhirn getrennt.

Jede Hemisphäre ist in kleine Bereiche/Bezirke eingeteilt, die morphologisch durch tiefe Spalten voneinander getrennt sind.

Die Spalten heißen Gruben, die Bezirke Lappen.

Von letzteren unterscheidet man:

1. die beiden Frontallappen (Stirnlappen)
2. Temporallappen (Schläfenlappen)
3. die beiden Okzipitallappen (Hinterhauptlappen)
4. die Parietallappen (Scheitellappen)
5. die Insolae oder Inseln in der Mitte

Die äußere Rindenschicht ist grau und aus sechs Zellschichten aufgebaut. Sie besteht aus den Zellkörper mit dem Zellkern. Die weiße Substanz der Hemisphäre besteht aus dem markhaltigen Axonen. Bis heute sind in jeder Hemisphären ca. 200 Hemisphären erkannt, denen bestimmte, jeweils unterschiedliche, Funktionen zugeordnet werden.

Innerhalb der Bezirke und im Balken kreuzen sich die vom Körper beziehungsweise Kleinhirn kommenden Nervenfasern (Kommissuren). Daher steuert die linke Hemisphäre des Gehirns die Rechte des Körpers und umgekehrt. Dies trifft vor allem auf die Motorik zu. Andere Zentren können bei Ausfall durch analoge Zentren in der anderen Hemisphäre ersetzt werden.

Das Gehirn ist vor allem für die eigentlichen menschlichen Tätigkeiten zuständig:

Bewußtsein, Intelligenz, Gedächtnis, Wille, Sprache.

Die zwölf Gehirnnerven

Wie aus dem Rückenmark die Rückenmarksnerven seitlich heraustreten, treten auch aus dem Gehirn zwölf Nerven, die direkt entweder von Sinnesorganen kommen oder direkt zu Muskeln/Drüsen führen:

1. Riechnerv (bulbus + tractus olfactorius)
2. Sehnerv (nervus opticus)
3. Augenmuskel- und Bewegungsnerv (nervus oculomotorius)
4. Bewegungsnerv des oberen Augenmuskels (nervus trachlearius)
5. Drillingsnerv (nervus trigemius) Nasenhöhle, Zunge, Gaumen
6. gerader Augenmuskelnerv (nervus abducens)
7. Facialisnerv (nervus facialis) Gesichtsmuskel, Geschmacksempfindung, Tränendrüsen + Unterkiefer- und Unterzungenspeicheldrüse
8. Gehör- und Raumlagenerv (nervus statoaccusticus)
9. Zungennerv (nervus glosopharyngenus) Zunge, Schlund- und Ohrspeicheldrüse
10. Vagus (nervus vagus) Kehlkopfmuskulatur, Atmung, Herz, Gefäße, Verdauungstrakt, Dickdarm
11. Beihilfenerv (nervus accessorius) hilft Vagus bei Atmung und Verdauung
12. Zungenmuskulatur (nervus hypoglossus)

Weitere Sinne

Bei den Wirbeltierentreten getrennte Geschmacks- und Geruchssinneszellen auf. Sie stehen jedoch miteinander in Verbindung, d.h. der Geruchs- und Geschmackssinn arbeiten zusammen, um den spezifischen Geruch bzw. Geschmack einer Speise zu definieren.

Der Geschmackssinn

Der Geschmack liegt beim Menschen und bei vielen Wirbeltieren auf der Zunge. Die Geschmackssinneszellen sind sekundäre Sinneszellen und vier bis 20 solcher Zellen liegen zusammen in einer Geschmacksknospe, Geschmacksknospen ihrerseits liegen in den Geschmackspapillen, warzenartige Erhöhungen am Zungenrand.
Der Mensch hat ca. 2000 Geschmacksknospen, wobei die Zahl im Alter durch Absterben genauso abnimmt, wie durch Rauchen.
Der Mensch kann 4 Geschmacksqualitäten unterscheiden nämlich: salzig, sauer, süß und bitter.

Obwohl die Sinneszellen der Geschmacksqualitäten offensichtlich räumlich getrennt sind, kann jede von ihnen alle vier Geschmacksqualitäten schmecken. Allerdings reagieren die Sinneszellen der verschiedenen Felder mit unterschiedlicher Stärke auf die ankommenden Reize. Eine Sinneszelle an der Zungenspitze reagiert also auf einen Süßstoff bereits in ungeheurer geringer Konzentration, während sie zur Reizung durch die anderen Geschmacksqualitäten bis zu 10 000 mal höhere Konzentrationen benötigt. Der Reiz wird über Mikrovilli (kleine fadenförmige Fortsätze) an der Spitze der Sinneszelle aufgenommen. Dort sitzen entsprechende Rezeptoren, welche bei Anregung die Zelle depolarisieren. Diese Potentialänderung wird an die umliegende weitergegeben.

Die Beurteilung des Geschmacks von Speisen wird aber durch viele weitere Sinne ergänzt, nämlich durch Geruchs-, Temperatur-, Tast-und Schmerzsinn und das Auge.

Der Geruchssinn

Der Geruchssinn liegt in der Riechschleimhaut der Nase. Diese besteht, wie übrigens auch die Geschmackspapillen, aus der eigentlichen Sinneszelle, den Stützzellen und den Basalzellen. Sie ist beim Menschen ca. 5 cm² groß, beim Hund und anderen auf den Geruch angewiesenen Säugetieren wesentlich größer. Die Sinneszellen sind hier primäre Sinneszellen.
Im Gegensatz zu den Geschmackssinneszellen, bei deren Mikrovilli an der Spitze sitzen, sitzen an der der Spitze der Geruchssinneszellen feinste Häarchen, auch Cilien genannt. Diese ragen in eine Schleimschicht. Ihre Funktion ist unklar, denn die Rezeptormoleküle sitzen an der Kolbenspitze der Sinneszelle.
Die Erkennung eines Geruchsstoffs hängt von der Erkennung der Menge der Moleküle pro cm³ Reizluft ab. Beim Menschen liegt die Wahrnehmungsschwelle für Geruchsreize zwischen 107 und 1017 Molekülen pro cm³. Beim Hund liegt die Wahrnehmungsgrenze bei 1 Molekül pro mm³.

Bei Insekten, bei denen die Geruchssinneszellen an Fühlern oder Tastern sitzen ist die Geruchswahrnehmungsfähigkeit noch höher. So genügt bei manchen Schmetterlingen nur ein einziges Molekül des Sexuallockstoffes des Weibchens, um ein Aktionspotential zu erzeugen. Daher kann ein Seidenspinnermännchen ein Weibchen bis auf 30 km Entfernung riechen und orten.