Die Struktur und Funktion eines Axons verstehen

Axone sind dünne Fasern, die die Kommunikation zwischen Neuronen (Nervenzellen) ermöglichen . Die Funktion von Axonen besteht darin, Informationen in Form von elektrischen Impulsen zwischen Neuronen zu übertragen.1

Im weitesten Sinne wirken Axone wie Übertragungskabel. Sie ermöglichen die Weiterleitung elektrischer Impulse innerhalb des Gehirns und zwischen dem Gehirn und dem Rest des Körpers.

Der Artikel befasst sich mit der Struktur, Funktion und den Arten von Axonen im Nervensystem des Körpers . Es beschreibt auch Zustände, die Axone schädigen und zu Nervenstörungen führen können.

Struktur und Arten von Axonen

Mit wenigen Ausnahmen hat jedes Neuron im Nervensystem nur ein Axon. Es gibt sie in verschiedenen Größen und Längen.1

Manche Axone sind bis zu einem Meter lang, andere weniger als einen Millimeter. Am längsten sind die Nerven des  Ischiasnervs , die von der Basis des  Rückenmarks  an jedem Bein entlang verlaufen und an Ihren großen Zehen enden.1

Generell gilt: Je größer der Durchmesser des Axons, desto schneller kann es Nervenimpulse übertragen (leiten).2

Es gibt zwei Arten von Axonen im Nervensystem:1

• Myelinisierte Axone : Diese Axone sind mit einer fetthaltigen, isolierten Schicht, einer sogenannten Myelinscheide, bedeckt . Myelinisierte Axone verbinden Neuronen im somatischen Nervensystem , das die willkürliche Bewegung der Skelettmuskeln im Körper steuert.
• Nichtmyelinisierte Axone : Diese Axone sind nicht mit einer Myelinscheide bedeckt. Nicht myelinisierte Axone verbinden Neuronen im autonomen Nervensystem , die die unwillkürliche Bewegung glatter Muskeln wie des Herzens, der Blutgefäße und des Darms steuern.

Myelinisierte und nichtmyelinisierte Axone unterscheiden sich in ihrer Funktionsweise (und warum).

Myelinisierte Axone versorgen das periphere Nervensystem . Dies ist ein Teil des Nervensystems, der Nervensignale von Ihrem Gehirn an die (willkürlichen) Skelettmuskeln weiterleitet , damit Sie sich bewegen können. Nervenimpulse bewegen sich mit myelinisierten Axonen schneller und ermöglichen so schnelle und komplexe Bewegungsvariationen.1

Nichtmyelinisierte Axone dienen dem autonomen Nervensystem . Dies ist ein Teil des Nervensystems, der die glatten (unwillkürlichen) Muskeln reguliert, die an Dingen wie Herzfrequenz, Blutdruck, Atmung und Verdauung beteiligt sind. Nervenimpulse bewegen sich bei nicht myelinisierten Axonen langsamer, was eine gleichmäßige, gleichmäßige Bewegung mit weniger Variationen ermöglicht.1

Funktion von Axonen

Die Funktion eines Axons besteht darin, Informationen zwischen Neuronen und von Muskeln und Drüsen weg zu übertragen.

Jedes Neuron verfügt über ein Axon, das es direkt mit einem anderen Neuron verbindet. Es gibt drei Arten von Neuronen, mit denen es eine Verbindung herstellen kann:

• Sensorische Neuronen : Dies sind Nervenzellen, die Informationen weiterleiten, die es uns ermöglichen, Dinge wie Temperatur oder Schmerz zu hören, zu berühren, zu riechen, zu sehen oder zu fühlen.
• Motoneuronen : Dies sind Nervenzellen, die Muskelkontraktionen und Drüsenfunktionen steuern.
• Interneurone : Diese verbinden Nervenzellen mit Nervenzellen innerhalb derselben Region des Gehirns oder Rückenmarks. Auf diese Weise verbundene Neuronen bilden ein Netzwerk, das als neuronaler Schaltkreis bezeichnet wird.

Wie aus elektrischen Impulsen Kommunikation wird

Bei der Umsetzung elektrischer Impulse in tatsächliche Kommunikation sind chemische Botenstoffe, sogenannte Neurotransmitter, erforderlich . Über diese kommunizieren Neuronen miteinander. Dazu gehört auch die Bewegung elektrisch geladener Teilchen, sogenannter Ionen, durch die Membran des Neurons.

Der Prozess beginnt, wenn ein Signal, auch Aktionspotential genannt, vom Zellkörper des Neurons an das Axon gesendet wird. Entlang der Oberfläche der Axonmembran befinden sich Kanäle, die es Ionen wie Natrium und Kalium ermöglichen, in das Neuron einzutreten oder es zu verlassen. Wenn das Signal vom Zellkörper die nächstgelegenen Natriumkanäle erreicht, öffnen sich diese Kanäle und Natriumionen durchfluten das Innere dieses Abschnitts des Axons.

Diese Änderung der Ionenkonzentration verändert auch die Membranspannung, was zu Ionenkanälen im nächsten Segment der Axonöffnung führt. Gleichzeitig kehrt das vorherige Segment zu seinem Ruhepotential zurück. Diese Schritte wiederholen sich entlang der Länge des Axons, bis das Signal das Ende des Axons erreicht, das sogenannte Axonterminal.

Am Axonterminal werden im Axonterminal gespeicherte Neurotransmitter freigesetzt. Die Neurotransmitter passieren dann eine kleine Lücke, eine sogenannte Synapse , und werden von den Dendriten des benachbarten Neurons empfangen.

Verschiedene Neurotransmitter übermitteln unterschiedliche chemische Botschaften.1

Ein einzelnes Axon kann viele verschiedene Zweige mit jeweils unterschiedlichen Neurotransmittern haben.1Abhängig davon, welche Zweige ausgelöst werden, können mehrere Nachrichten gleichzeitig und schnell zwischen Neuronen übermittelt werden.

Ursachen von Axonverletzungen

Axone können direkt und indirekt geschädigt werden. In diesem Fall können bestimmte physiologische oder neurologische Funktionen vorübergehend oder dauerhaft beeinträchtigt sein. Die Beeinträchtigung kann auf einen Teil des Körpers beschränkt sein oder den gesamten Körper betreffen.

Die Ursachen axonaler Verletzungen können grob wie folgt kategorisiert werden:

Trauma des Gehirns und des Rückenmarks

Ein Kopf- und Rückenmarkstrauma kann zur Kompression oder Trennung axonaler Verbindungen führen, was als traumatische axonale Verletzung (TAI) des Gehirns oder Rückenmarks bezeichnet wird. Wenn das Gehirn betroffen ist, können ein Koma und andere neurologische Probleme auftreten. Wenn das Rückenmark betroffen ist, kann es zu Schwäche, chronischen Schmerzen, Lähmungen oder Harn- oder Stuhlinkontinenz kommen.

Axonale Degeneration

Das Alter kann dazu führen, dass sich die Axone allmählich verschlechtern. Das Gleiche kann bei neurodegenerativen Erkrankungen wie der Alzheimer-Krankheit , der Huntington-Krankheit , der Parkinson-Krankheit und der Amyotrophen Lateralsklerose (ALS) auftreten , die tendenziell altersbedingt sind.

Axonale Demyelinisierung

Krankheiten wie Multiple Sklerose (MS) führen zu einer fortschreitenden Zerstörung der Myelinscheide, was zum Verlust der motorischen Funktion führt, da Axone „fehlzünden“. Der Verlust von Myelin wird als Demyelinisierung bezeichnet .

Diabetes und bestimmte Medikamente verursachen ebenfalls eine Demyelinisierung, was zu störenden Schmerzen, Brennen oder Kribbeln führt, die als Neuropathie bezeichnet werden.

Metabolische Enzephalopathie

Metabolische Enzephalopathien sind Erkrankungen, die zu chemischen Ungleichgewichten im Gehirn führen, die zu axonalen Entzündungen und Verletzungen führen.

Diese beinhalten:

• Akute metabolische Enzephalopathie : Verursacht durch einen Mangel an Vitaminen, Sauerstoff oder Glukose
• Toxische metabolische Enzephalopathie : Verursacht durch toxische Substanzen oder die Ansammlung von Toxinen aus versagenden Organen (wie Nierenversagen oder Leberversagen)

Gehirninfektionen

Bestimmte Gehirninfektionen können axonale Schäden verursachen, entweder akut (plötzlich und schwerwiegend) oder chronisch (anhaltend oder wiederkehrend). Dazu gehören Erkrankungen wie zerebrale Malaria , die zu Anfällen, Koma oder Tod führen kann, sowie der AIDS-Demenzkomplex, eine Komplikation einer fortgeschrittenen unbehandelten HIV-Infektion.

Ischämische Verletzung

Dies geschieht, wenn die verminderte Durchblutung des Gehirns den Neuronen und Axonen den Sauerstoff und die Nährstoffe entzieht, die sie zum Überleben benötigen. Ein Beispiel hierfür ist ein ischämischer Schlaganfall , der oft zu irreparablen Hirnschäden führt.

Die subkortikale ischämische vaskuläre Demenz (SIVD) ist eine Form der Demenz, die mit Arteriosklerose einhergehtDabei führt die Verengung der Arterien zu einer fortschreitenden Schädigung der Axone in den tieferen Teilen des Gehirns (der sogenannten weißen Substanz).

Zusammenfassung

Ein Axon ist eine dünne Faser, die Neuronen (Nervenzellen) miteinander verbindet, damit sie kommunizieren können. Neuronen kommunizieren über elektrische Impulse, die die Freisetzung „chemischer Botenstoffe“, sogenannter Neurotransmitter, auslösen. Axone übertragen außerdem elektrische Impulse von Muskel- und Drüsenzellen an das Gehirn.

Axone können durch Trauma, Entzündung, Infektion oder verminderte Durchblutung des Gehirns geschädigt werden. Auch die schützende Hülle der Axone, die sogenannte Myelinscheide, kann durch Alter, Krankheit oder toxische Substanzen geschädigt werden.