Autobahn für Impulse

Der Mensch hat das komplexeste Nervensystem aller Lebewesen. Es besteht aus einem ausgeklügelt vernetzten Gehirn, einem hoch sensiblen Rückenmark und Millionen von Nervenzellen (Neuronen), die ständig miteinander „plaudern“. Auf Grund seines Aufbaus wird das Nervensystem in ein zentrales und in ein peripheres Nervensystem unterteilt. Zum peripheren Nervensystem gehören alle Nervenbahnen und Neuronen, die außerhalb des Gehirns und des Rückenmarks liegen. „Es ist nicht sinnvoll, beide Nervensysteme voneinander zu trennen, da das periphere Nervensystem nicht als selbstständiges System existiert“, sagt Prof. Reinhard Dengler, Direktor der Klinik für Neurologie an der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH). Das periphere Nervensystem teilt sich vielmehr die Aufgabe, Eindrücke zu vermitteln und Reaktionen zu veranlassen mit dem zentralen Nervensystem.

Ein einfaches Beispiel verdeutlicht das Zusammenspiel der beiden Systeme. Nach einem langen Nachmittagsspaziergang verspüren wir plötzlich Hunger. Ganz in der Nähe entdecken wir einen Birnbaum. Wir klettern hinauf, pflücken eine Frucht und essen sie auf. Der Hunger entsteht in unserem Gehirn. Es entsteht das Bedürfnis, ihn zu stillen. Um die Frucht zu erreichen, müssen die Arme und Beine in Bewegung gesetzt werden, was über Nervenimpulse vom Gehirn über das Rückenmark bis zu den sogenannten Erfolgsorganen geschieht. Alle Nervenimpulse, die außerhalb des Rückenmarks zu den Händen und den Füßen verlaufen, gehören dabei zum peripheren Nervensystem.

„Man kann sich die Aufgabenteilung beider System sehr gut als eine Straße mit Gegenverkehr vorstellen“, erklärt Dengler. Auf den Bahnen des peripheren Nervensystems läuft der Verkehr in zwei Richtungen ab: Sinneseindrücke werden zum zentralen Nervensystem geschickt; dieses wiederum sendet motorische Signale an Muskeln und Drüsen. Dieser kontinuierliche Informationsfluss verleiht dem Körper die Fähigkeit, sich schnell an veränderte Umstände anzupassen. Spazieren gehen, eine Mahlzeit verdauen oder telefonieren – all diese Routinetätigkeiten verlangen Reaktionen, die ohne Kooperation der beiden Teile des Nervensystems unmöglich wären.

Über die Nerven in der Haut, in den Skelettmuskeln und in den Sehnen haben wir eine willkürliche Kontrolle. Sie machen im Bereich des peripheren Nervensystems das somatische – also das körperliche – Nervensystem aus. Aber nicht nur unsere Bewegungsabläufe werden über das periphere Nervensystem geleitet, sondern auch die inneren Organe wie das Herz oder der Darm. Diese Nerven wiederum funktionieren vom Bewusstsein oder dem Willen unabhängig. Sie bilden das vegetative Nervensystem.

Ein Nervenimpuls, der dem Fuß sagt, dass er sich heben soll, entsteht im Gehirn und das Signal tritt über einen Spinalnerv aus dem Rückenmark heraus. Grundsätzlich geht aus jedem Rückenmarksegment links und rechts je eine vordere und eine hintere Nervenwurzel hervor. Beide Wurzeln schließen sich zu den Spinalnerven zusammen. Unmittelbar nach seinem Austritt aus dem Rückenmark teilt sich jeder Spinalnerv in verschiedene Äste auf. Die hinteren Äste versorgen die Haut und die tiefen Muskeln vom Hals bis zur Kreuzbeinregion. Die vorderen Äste der Spinalnerven bilden zunächst Nervengeflechte, bevor sie durch erneute Aufteilung einzelne periphere Nerven bilden, welche Arme und Beine versorgen.
Alle Neuronen des peripheren Nervensystems besitzen die gleiche Grundstruktur. Sie haben besondere Zellfortsätze, Dendriten und Axone genannt, die mit anderen Neuronen Kontakt aufnehmen. „Beachtlich ist, dass ein einzelnes Neuron meist mehrere Tausend Kontaktstellen (Synapsen) mit anderen Neuronen hat“, sagt Dengler. Neuronen haben darüber hinaus eine Zellmembran, die elektrische Signale erzeugt und mithilfe von Botenstoffe und Rezeptoren Signale empfangen kann. Das unterscheidet sie von vielen – aber nicht allen – anderen Zelltypen.

Die Dendriten sind kurze, baumartig verzweigte Ausstülpungen. „Sie nehmen Erregungsimpulse aus benachbarten Zellen auf und leiten sie weiter zum Zellkörper“, erklärt der Direktor der Neurologie. Axone hingegen sind längliche Ausstülpungen. Sie entspringen am Axonhügel, der Verbindungsstelle zum Zellkörper, ziehen dann als dünne kabelartige Fortsätze viele Endverzweigungen auf. Als wegführende Fortsätze leiten sie elektrische Impulse an andere Nerven-, Drüsen- und Muskelzellen weiter. Die Länge der Axone variiert von wenigen Millimetern bis zu mehr als einem Meter.

Bei den peripheren Nerven wird jedes Axon schlauchartig von sogenannten Schwann-Zellen umhüllt. Bei einem Teil der Nervenfasern wickelt sich die Schwann-Zelle mehrfach um das Axon herum und bildet eine dickere Hülle aus einem Fett-Eiweiß-Gemisch, das Myelin. Diese schützende Myelinummantelung wird Markscheide genannt. Ein Axon und seine zugehörige Markscheide sind die Nervenfaser. „Ein Nervenfaser leitet die elektrischen Impulse im Prinzip wie ein Stromkabel. Die Leitgeschwindigkeit kann dabei bis zu 70 Meter pro Sekunde betragen“, sagt Dengler.

Die Übermittlung von Signalen zu anderen Zellen geschieht an den Synapsen, die besondere Verbindungsstellen zwischen benachbarten Zellen darstellen. Synapsen verbinden Neuronen miteinander. In der Regel das Axon eines Neurons mit dem Dendriten eines anderen Neurons. Trifft an den Enden des Axon ein Erregungsimpuls ein, so werden dort Neurotransmitter – Überträgerstoffe für die synaptische Informationsübermittlung – aus den synaptischen Bläschen in den winzigen Spalt zwischen beiden Zellen freigesetzt. Die Neurotransmitter passieren innerhalb von einer tausendstel Sekunde den Spalt und docken am nächsten Neurons an. Von dort aus geht es dann in elektrischer Form weiter – bis der Impuls beispielsweise den Fuß erreicht hat, und dieser sich anhebt. Oder bis sich die Hand nach einer saftigen Birne ausstreckt.