Kaum ein anderes System des menschlichen Körpers ist so komplex wie unser Nervensystem. Dank des ständigen Austausches vieler Milliarden Nervenzellen koordiniert es sämtliche Körperfunktionen und ermöglicht uns, unsere Umwelt wahrzunehmen. Erstaunlicherweise erfolgt die Arbeit des Nervensystems dabei immer nach demselben Prinzip: dem elektrischen Impuls. Dieser dient nicht nur der Reizwahrnehmung, sondern auch der Reizverarbeitung und Reizweiterleitung (z. B. motorische Befehle an die Muskeln). Wie das menschliche Nervensystem genau funktioniert und aus welchen Teilen es aufgebaut ist, erfährst Du hier.
Was ist das Nervensystem?
Das Nervensystem ist die zentrale Informations- und Kommunikationsplattform unseres Körpers. Als faszinierendes Netzwerk durchzieht es unseren gesamten Organismus und dient der Erfassung, Weiterleitung und Verarbeitung von Informationen. Um diese Aufgabe bewerkstelligen zu können, nutzt es spezialisierte Sensoren (z. B. Temperaturfühler in der Haut), die Veränderungen aus der Umwelt oder innerhalb unseres Körpers wahrnehmen können.
Die vom Nervensystem gesammelten Informationen werden dann in elektrische Impulse umgewandelt und über Nervenfasern mit einer Geschwindigkeit von rund 400 km/h an das Gehirn weitergeleitet. Dort werden sie schließlich verarbeitet und gespeichert. Auf diese Weise werden nicht nur Bewegungsabläufe und die Funktion unserer Organe gesteuert. Auch Sinneswahrnehmungen wie Geruch oder Geschmack, unser Bewusstsein, Denken und Lernen sowie Gefühle werden durch die Kommunikation der Nerven ermöglicht.
Die Entwicklung einzelner Bestandteile des Nervensystems beginnt beim Embryo bereits in der 3. Schwangerschaftswoche. Daher ist es besonders wichtig, dass Frauen mit Kinderwunsch am besten schon vor der Empfängnis mit allen wichtigen Nährstoffen versorgt sind, die für den Aufbau von Nervengewebe nötig sind (v. a. B Vitamine wie Folsäure).
Aufbau des Nervensystems
Als kleinste funktionelle Einheit bilden die Nervenzellen (med.: Neuron) mit ihren umgebenden Gliazellen die Grundbausteine unseres Nervensystems. Sie bestehen aus einem Zellkörper und verschiedenen Fortsätzen (Dendriten & Axone), die sie mit anderen Zellen, wie benachbarten Nervenzellen oder Muskelzellen, verbinden.
Die kleinen, meist stark verästelten Dendriten empfangen Signale, während das längere Axon, die elektrische Erregung zum Ende der Nervenzelle weiterleitet. Dort angekommen wird der Reiz durch die sogenannten Synapsen (Schaltstelle der Nervenzelle) zur nächsten Zelle transportiert. Dies geschieht in der Regel durch Umwandlung des elektrischen Impulses in chemische Botenstoffe, sogenannte Neurotransmitter.
Die mit den Nervenzellen verbundenen Gliazellen sorgen für die mechanische Stabilität der Neurone und wirken gleichzeitig isolierend, sodass die elektrischen Reize schnellstmöglich und ohne Verluste über längere Strecken geleitet werden können.
Häufig wird der Begriff „Nervenzelle“ bzw. Neuron mit „Nerv“ gleichgesetzt, auch wenn dies anatomisch nicht richtig ist. Ein Nerv besteht vielmehr aus einem Zusammenschluss mehrerer, parallel verlaufender, gebündelter Nervenfasern (Axone). Je nachdem, welche Aufgabe der Nerv erfüllt bzw. in welche Richtung er die Informationen weiterleitet, wird er als efferenter (motorischer), afferenter (sensorischer) oder gemischter Nerv bezeichnet. Efferente Nerven leiten elektrische Impulse vom Zentrum (Gehirn, Rückenmark) zur Peripherie, beispielweise zur Skelettmuskulatur. Afferente Nerven hingegen senden den Reiz von der Peripherie (z. B. Empfindungen von der Haut) an das Zentrum.
Innerhalb des Nervensystems werden aber nicht nur die Nervenfasern aufgrund spezieller Eigenschaften unterteilt. Auch das Nervensystem als Ganzes lässt sich in verschiedene Bereiche untergliedern: Wird anhand der Lage bzw. des Aufbaus differenziert, ist vom zentralen Nervensystem (ZNS) oder peripheren Nervensystem (PNS) die Rede. Erfolgt die Einordnung gemäß der Funktion, spricht die Neurobiologie vom somatischen (willkürlichen) Nervensystem und vom vegetativen (unwillkürlichen) Nervensystem. Sowohl peripheres und zentrales Nervensystem als auch das somatische und vegetative Nervensystem sind in ihrer Funktion miteinander gekoppelt. Außerdem pflegen sie enge Beziehungen zum Hormon- und Immunsystem.
Zentrales Nervensystem (ZNS)
Unser Gehirn und das Rückenmark bilden gemeinsam das zentrale Nervensystem, kurz ZNS. Über das verlängerte Mark (Medulla oblongata) sind sie miteinander verbunden und werden durch die Einbettung in knöcherne Strukturen (Schädel und Wirbelkanal) und Nervenwasser gut geschützt.
Bei Betrachtung der Gewebestruktur ist zu erkennen, dass sowohl Gehirn als auch Rückenmark aus einer grauen und weißen Substanz bestehen. Die graue Substanz, die vor allem aus Nervenzellkörpern besteht, befindet sich in der Großhirnrinde (Kortex) und im schmetterlingsförmigen Teil des Rückenmarks. Sie dient der Reizaufnahme und Reizverarbeitung. Die weiße Substanz bildet im Gehirn das innenliegende Gewebe aus Nervenfasern (Axone). Hier sind Nervenzellen durch millionenfache Verbindungen verschaltet und für die Reizweiterleitung verantwortlich. Im Rückenmark befindet sich die weiße Substanz im Außenbereich.
Als Kontroll- und Schaltzentrale ist das zentrale Nervensystem für uns lebenswichtig, denn es steuert die bewusste Koordination der Bewegung (Motorik), vermittelt Nachrichten aus der Umwelt oder unserem Körperinneren und reguliert das Zusammenspiel aller Körpersysteme (Atmung, Hormonhaushalt, vegetatives und peripheres Nervensystem, innere Organe, Herz-Kreislauf-System, Muskulatur). Darüber hinaus ermöglicht uns das zentrale Nervensystem komplexe Funktionen wie Gedächtnis (Lernen, Erinnerung), Bewusstsein, Gefühle, Verstand und Vernunft. Auch unser Schlaf-Wach-Rhythmus wird vom zentralen Nervensystem gelenkt.
Funktionen der verschiedenen ZNS-Segmente im Überblick
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Rückenmark |
Gehirn |
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Aufsteigende Nervenbahnen: 1. Vorderseitenstrangbahn: Vermittlung von Druck-, grobe Tast-, Berührungs-, sowie Schmerz-, und Temperaturempfinden der Extremitäten und des Rumpfes 2. Hinterstrangbahn: bewusste Tiefensensibilität, feine Tast- und Berührungsempfindungen der Extremitäten und des Rumpfes 3. Kleinhirnseitenstränge: unbewusste Tiefensensibilität aus Muskeln, Gelenken und Sehnen. Absteigende Nervenbahnen: 1. Pyramidenbahn: Willkür- und Feinmotorik der Extremitäten und des Rumpfes Extrapyramidiale Bahn: unwillkürliche Motorik |
Hirnstamm: Regulation lebenswichtiger Funktionen (u.a. Atmung), Versorgung der Sinnesorgane, Beteiligung an der Bewegungssteuerung Kleinhirn: Bewegungskoordination, Gleichgewichtsreaktion Zwischenhirn: Bindeglied zwischen Nerven- und Hormonsystem, Steuerung lebenswichtiger Funktionen; Informationsfilter Großhirn: Bewegungskontrolle, Verarbeitung von Sinneseindrücken, Bewusstsein, Gefühle, kognitive Fähigkeiten, Sprache |
Peripheres Nervensystem (PNS)
Als peripheres Nervensystem werden all jene Nerven zusammengefasst, die nicht zum ZNS gehören. Dazu zählen unsere zwölf Hirnnerven sowie die aus dem Rückenmark hervorgehenden 31 paarigen Spinalnerven mit ihren Nervengeflechten und Verzweigungen zu den Organen und Geweben in der Peripherie (periphere Nerven).
Die Hirnnerven verknüpfen unsere Sinnesorgane mit dem Gehirn und der Muskulatur im Kopf- und Rumpfbereich. Entsprechend der Reihenfolge, in der sie aus dem Gehirn austreten, werden sie mit römischen Zahlen nummeriert. Zu den Hirnnerven gehören beispielsweise unser Riechnerv (I. Hirnnerv; Nervus olfactorius), der Sehnerv (II. Hirnnerv; Nervus opticus) und unser Gesichtsnerv (VII. Hirnnerv; Nervus facialis). Rund die Hälfte der Hirnnerven sind sogenannte gemischte Nerven, d. h. sie enthalten sowohl motorische als auch sensorische Fasern. Diese sind gleichzeitig für die Steuerung von Muskeln und die Weiterleitung von Empfindungen verantwortlich.
Die Spinalnerven sind ebenfalls gemischte Nerven. Sie bilden sich aus den Nervenwurzeln im Rückenmark und verzweigen sich nach ihrem Austritt aus dem Wirbelkanal in 3-4 Äste, um verschiedene Körperbereiche versorgen zu können. Der vordere Ast z. B. ist für die sensorische und motorische Innervation (funktionelle Versorgung) der Haut und Muskeln an der Vorderseite des Rumpfes und in den Extremitäten verantwortlich, während der hintere Ast die Rückenmuskulatur und -haut versorgt.
Um sensorische Informationen zu übertragen und Körperfunktionen sowie Reaktionen zu koordinieren, arbeiten unser peripheres und zentrales Nervensystem als perfektes Team zusammen. Nicht immer wird dabei das Gehirn involviert. Bei Reflexen wie z. B. dem Zurückziehen der Hand von der heißen Herdplatte, wird die Information direkt im Rückenmark verarbeitet, sodass der schützende Befehl an die Hand möglichst schnell gegeben werden kann.
Funktion des Nervensystems
Im Großen und Ganzen hat unser Nervensystem drei zentrale Aufgaben:
- die Regulation innerer Prozesse wie z. B. der Atmung oder Verdauung
- die Interaktion mit der Umwelt, d. h. die Wahrnehmung mithilfe unserer Sinnesorgane sowie die Planung und Ausführung von Reaktionen auf die Außenwelt
- Ausübung sogenannter höherer Funktionen wie Gefühle, Bewusstsein, Denken, Lernen
Viele der Funktionen, die unser Nervensystem übernimmt, können wir bewusst steuern. Auf manches haben wir allerdings keinen Einfluss. Wenn wir zum Beispiel vor Scham erröten oder der Puls in einer Stresssituation schneller wird, passiert dies, ohne dass wir etwas dagegen tun können.
Sowohl bei bewussten als auch bei unbewussten Reaktionen spielen die Sinneszellen als Übermittler der Informationen eine zentrale Rolle. Denn sie nehmen Sinnesreize (Sehen, Hören, Riechen usw.) aus der Umwelt wahr und leiten sie über das periphere Nervensystem an unser Gehirn. Abhängig vom Sinnesreiz werden verschiedene Arten von Rezeptoren erregt. Helligkeit und Farben werden beispielsweise von den Fotorezeptoren im Auge vermittelt, während Geschmack und Geruch durch chemische Moleküle über Chemorezeptoren wahrgenommen werden.
Im Gehirn angekommen wird der Sinnesreiz dann schließlich mit übergeordneten Hirnprozessen wie z. B. dem Erkennen eines Gegenstandes, zusammengeführt und eingeordnet (Wahrnehmung), sodass eine passende Reaktion vorbereitet werden kann.
Je nachdem, ob unser Körper Reize der Umwelt verarbeitet oder Körperfunktionen im Inneren koordiniert, unterscheidet man zwischen somatischem (willkürlichem) Nervensystem und vegetativem (unwillkürlichem) Nervensystem. Bei dieser Einteilung ist es unwichtig, ob die entsprechende Struktur im peripheren oder zentralen Nervensystem liegt.
Somatisches (willkürliches) Nervensystem
Das somatische (willkürliche) Nervensystem steuert die Motorik der Skelettmuskulatur und damit alle bewussten, willentlichen Körperreaktionen und Reflexe, die als Reaktion auf unsere Umwelt erfolgen. Entsprechend besteht es aus Nervenzellen, die mit den Skelettmuskeln, den Sinnesorganen und der Haut verbunden sind.
Wenn wir also im Sommer nach draußen gehen und realisieren, dass es uns zu hell ist, leiten die Sinneszellen der Augen die Information über sensorische Nervenfasern an das Gehirn weiter. Dort wird die Information dann zur Entscheidung umgewandelt, eine Sonnenbrille zu tragen – und der Befehl „Sonnenbrille aufsetzen“ wird über motorische Nervenfasern an die Hand weitergeleitet. Das somatische Nervensystem spielt demnach eine Schlüsselrolle bei unserem Bewusstsein und unserer Entscheidungsfähigkeit.
Vegetatives (unwillkürliches) Nervensystem
Im Gegensatz zum somatischen Nervensystem haben wir über das vegetative Nervensystem keinerlei Kontrolle. Daher wird es auch als autonomes Nervensystem oder unwillkürliches Nervensystem bezeichnet.
Die Tatsache, dass wir es nicht beeinflussen können, bedeutet aber nicht, dass es weniger wichtig für uns ist. Im Gegenteil: Das vegetative Nervensystem innerviert unser Herz, die Gefäße sowie Drüsen und die glatte Muskulatur der Eingeweide und steuert so sämtliche „Vitalfunktionen“ (u. a. Stoffwechsel, Verdauung, Herz-Kreislauf-Funktion).
Wenn sich beim Sport unser Puls erhöht und wir zu schwitzen beginnen, verdanken wir das der Arbeit des vegetativen Nervensystems. Darüber hinaus beeinflusst das vegetative Nervensystem auch einzelne Organe und Muskeln, darunter unsere Sexualorgane oder den inneren Augenmuskel, der u.a. die Pupillenöffnung reguliert.
Damit das Zusammenspiel der einzelnen Körperteile und die Regulation der Vitalfunktionen auch funktioniert, arbeiten verschiedene Bereiche des vegetativen Nervensystems, nämlich Sympathikus, Parasympathikus und enterisches Nervensystem Hand in Hand.
Diese werden durch übergeordnete Schaltzentren im verlängerten Rückenmark und Hypothalamus reguliert. Letzterer ist übrigens auch das oberste Kontrollorgan für unseren Hormonhaushalt, sodass zwei Elemente, die für das innere Gleichgewicht von großer Bedeutung sind, von der gleichen Gehirnregion koordiniert werden.
Sympathisches Nervensystem (Sympathikus)
Sympathikus und Parasympathikus werden oft als Gegenspieler bzw. Antagonisten bezeichnet. Doch auch wenn ihre Funktionen durchaus gegensätzlich sind, so fungieren sie eher einander ergänzend und ermöglichen situationsabhängig eine präzise Steuerung der Körperfunktionen.
Dabei wirkt der Sympathikus erregend bzw. leistungssteigernd (ergotrop) auf die Organfunktionen und versetzt unseren gesamten Körper in eine „Stresssituation“, den sogenannten „fight-or-flight“ Modus. In der Folge weiten sich die Pupillen, der Herzschlag und die Atmung werden beschleunigt, Energie wird freigesetzt. Vorgänge, die für eine sofortige Aktivität nicht so wichtig sind (z. B. die Verdauung), werden hingegen auf später vertagt.
So ist unser Körper bereit, Höchstleistungen zu vollbringen. Reize, die den Sympathikus aktivieren (sogenannte Stressoren) können sowohl physischer (z. B. Lärm, Hitze) als auch psychischer Natur sein. Heute ist es allerdings nicht wie in der Steinzeit ein wildes Tier, sondern vielmehr Termindruck, Alltagsstress oder Konflikte.
Anatomisch hat der Sympathikus seinen Ursprung in den Nervenzellkörpern des Rückenmarks, deren Nervenfasern zwischen den Brust- und Lendenwirbeln aus dem Wirbelkanal austreten und sogenannte Ganglien (Ansammlungen von Nervenzellkörpern) bilden. Diese verbinden sich an beiden Seiten der Wirbelsäule zu einem perlschnurartigen sogenannten Grenzstrang aus, über den die Nervenfasersysteme in Verbindung stehen. Acetylcholin und Noradrenalin dienen hier als Nervenbotenstoffe (Neurotransmitter).
Parasympathisches Nervensystem (Parasympathikus)
Als „Gegenspieler“ des Sympathikus ist der Parasympathikus der Teil des vegetativen Nervensystems, der für die Ruhe -und Regenerationsphasen („rest-and-digest“) verantwortlich ist und das innere Gleichgewicht wiederherstellt. Um dies zu erreichen, beginnt der Parasympathikus nach der Aktivierung des Sympathikus dadurch gegenzusteuern, dass er beispielsweise die Herzfrequenz senkt, die Pupillen verengt und den Stoffwechsel zum Aufbau von Reserven steigert. Gleichzeitig aktiviert der Parasympathikus die Tätigkeit des Verdauungssystems. Insgesamt ist er besonders dann aktiv, wenn wir es uns gemütlich gemacht haben.
Die Nerven des Parasympathikus haben ihren Ursprung im Hirnstamm und dem zum Kreuzbein gehörigen Bereich des Rückenmarks. Anders als im Sympathikus liegen die Ganglien des Parasympathikus aber nicht neben der Wirbelsäule, sondern dicht bei den versorgten Organen. Als wichtigster Neurotransmitter fungiert hier Acetylcholin.
Akuter vs. chronischer Stress: Akuter Stress ist eine natürliche, zeitlich begrenzte Reaktion des Sympathikus, um uns in Situationen, in denen wir gefordert sind, aufmerksamer und leistungsfähiger zu machen. In Urzeiten diente akuter Stress z.B. der Flucht vor einem wilden Tier oder der Jagd.. Und auch heute kann akuter Stress helfen, Herausforderungen zu meistern. Wird der Organismus jedoch in eine Art „Daueralarm-Zustand“ versetzt und der Parasympathikus kann nicht bzw. nur wenig zu Regenerationszwecken eingreifen, wird die Gesundheit früher oder später negativ beeinflusst. Denn chronischer Stress zehrt sowohl an den körperlichen als auch psychischen Reserven. Wer sich dauernd gestresst fühlt, tut daher gut daran, belastende Auslöser zu finden und diese nach Möglichkeit auszuschalten. Kurzfristig können auch Entspannungsmaßnahmen wie Yoga, Meditation oder Atemübungen helfen, wieder in den Ruhemodus zu finden.
Enterisches Nervensystem (ENS)
Das enterische Nervensystem ist der dritte Bereich des vegetativen Nervensystems, der als Geflecht von Nervenzellen den Verdauungstrakt durchzieht. Aufgrund seiner Komplexität und des intensiven Austausches mit dem Gehirn wird das enterische Nervensystem häufig auch als Bauchhirn oder zweites Gehirn bezeichnet.
Interessanterweise steuert das enterische Nervensystem nicht nur Verdauungsprozesse, sondern hat auch einen Einfluss auf unsere Gefühlswelt und unser Wohlbefinden. Schlägt uns Stress auf den Magen, liegt das vermutlich daran, dass durch den emotionalen Stress Hormone ausgeschüttet werden, die zu einer Fehlsteuerung der glatten Muskulatur im Darm und zu Veränderungen der Schleimproduktion führen.
Umgekehrt scheinen aber auch Veränderungen im Magen-Darm-Trakt Auswirkungen auf Emotionen zu haben. Forschungsarbeiten der letzten Jahre deuten darauf hin, dass die Zusammensetzung der Darmflora hier eine Rolle spielt. Manche Darmbakterien scheinen nämlich in der Lage, Botenstoffe abzusondern, die das Nervensystem beeinflussen.
