Synapsen

Die Schaltstellen der Nervenzellen

Synapsen sind Schaltstellen, über die die Nervenzellen im neuronalen System Informationen an ihre Nachbarzellen weiter leiten. Die Informationsinhalte der ausgelösten Reize gelangen über die Synapsen bis ins Gehirn. Das gut funktionierende Zusammenspiel der Synapsen ist eine fundamentale Grundlage im menschlichen Körper, um Impulse jedweder Art von der Stelle des Auftretens bis zum Gehirn zu lenken. Im Gehirn werden die erhaltenen Informationen mit den dort gespeicherten Werten abgeglichen und eine dem Impuls angemessene Reaktion ausgelöst, auch um gegebenenfalls notwendige Schutzmaßnahmen zu veranlassen.

Was sind Synapsen?

Jede Nervenzelle steht mit ihrer Nachbarzelle über die Synapsen in Verbindung. Die Aufgaben der Synapsen bestehen darin, die chemischen oder in einigen Fällen auch die elektromagnetischen Informationen einer Nervenzelle an ihre Nachbarzelle weiter zu leiten. Die Kommunikation über die Synapsen ist eine der wichtigsten Funktionen im menschlichen Organismus. Über die Synapsen werden sämtliche Impulse von Zellen an das Gehirn weiter geleitet. Dabei ist es gleich, ob sich Zellen an der Körperoberfläche oder im Inneren des Körpers oder eines Organs befinden. Auch der Informationsaustausch innerhalb des Gehirns wird über Synapsen ausgeführt. Ob ein Kälteimpuls auf die Hautoberfläche trifft, ob ein unverträgliches Nahrungsmittel die Magen– oder Darmschleimhaut reizt, ob ein Lichtstrahl ins Auge fällt oder ob ein Gedanke fließt und dazu eine Erinnerung aufkommt, in jedem Fall sind Synapsen daran beteiligt. Ohne Synapsen, die die Nervenzellen mit anderen Zellen verbinden, würden weder biologische und physiologische noch psychologische Abläufe in einem Menschen stattfinden können.

Funktionen und Aufgaben der Synapsen

Synapsen sind Schaltstellen, über die die Nervenzellen im menschlichen Körpersystem Informationen an ihre Nachbarzellen, die nicht in jedem Fall Nervenzellen sind, erhalten und an andere Nachbarzellen weiter leiten. Die Informationsinhalte der ausgelösten Reize gelangen über die Synapsen bis ins Gehirn. Das gut funktionierende Zusammenspiel der Synapsen ist eine fundamentale Grundlage im menschlichen Körper, um Impulse jedweder Art von der Stelle des Auftretens bis zum Gehirn zu lenken. Im Gehirn werden die erhaltenen Informationen mit den dort gespeicherten Werten abgeglichen und eine dem Impuls angemessene Reaktion ausgelöst, um gegebenenfalls notwendige Schutzmaßnahmen zu veranlassen.

Die Aufgaben der Synapsen sind so vielfältig wie es verschiedene Funktionskreise und Zellformen im menschlichen Körper gibt. So sind die Sensorsynapsen dafür zuständig, z. B. Signale von Sinneszellen wie denen der Haut von deren Rezeptoren aufzunehmen. Die neuronalen Synapsen hingegen verknüpfen sich mit anderen Nervenzellen zum neuronalen System und sind im Gehirn am dichtesten verknüpft und in höchster Anzahl vorhanden. Im Gegensatz dazu stehen die Effektorsynapsen mit den Muskelzellen und Drüsen in Verbindung, um über diese Effektoren wirksam zu werden. Synapsen mit exzitatorischen Eigenschaften stimulieren (erregen) eine Reaktion im Zellumfeld der aufgetretenen Zellaktivität. Die gegenteilige Reaktion, nämlich die Hemmung bzw. Verhinderung einer Aktion wird durch inhibitorische Synapsen bewirkt.

Die Funktion der Weiterleitung von Signalen über die Synapsen einer Nervenzelle an eine andere wird ermöglicht durch die Veränderung des Aktionspotentials des Zellmembranpotentials an der Zelle, zu der das Signal übertragen werden muss. Durch die Veränderung dieses Aktionspotentials der Zellmembran wird sie veranlasst, die Natrium-Kaliumpumpe zu aktivieren, wobei die Natrium– und Kaliumkanäle geöffnet werden. In die Zelle fließen Calcium Ionen ein, die die Ausschüttung von Neurotransmittern veranlassen. Die Neurotransmitter treffen über den synaptischen Spalt mittels der durch sie angefüllten Vesikel auf die präsynaptische Endung und der Neurotransmitter kann aus der abgebenden Zelle übertreten und dort mit der Membran der empfangenden Zelle verschmelzen. Um diesen Exocytose genannten Prozess zu ermöglichen, bedarf es verschiedener Proteine wie z. B. die Snare Proteine.

Die an der postsynaptischen Endung befindlichen Rezeptoren sind mit den Ionenkanälen verbunden. Die Öffnung der Ionenkanäle erfolgt, wenn sich der Neurotransmitter dort an den Rezeptor angeheftet hat. Dieser Vorgang löst die Öffnung der Ionenkanäle aus, indem er das Membranpotential der Zelle verändert hat. Die Art des Membranpotentials, ob es sich um eine Anhebung oder eine Absenkung handelt, entscheidet über die Bildung des postsynaptischen Potentials. Bei einer Anhebung wird ein erregender, also ein exzitatorischer Impuls, bei einer Absenkung ein inhibitorischer Impuls gesetzt. Es kann in Abhängigkeit vom Rezeptorentypus auch zu einer Signalkaskade kommen, wenn die Bindung des Neurotransmitters an den Rezeptor stattgefunden hat. Dabei bilden sogenannte second messenger Proteine die entscheidende Rolle. Denn auch sie haben das Potential, die Zellmembran zu verändern. Dabei wird das zu übertragende Signal zusätzlich moduliert. Neurotransmitter unterliegen einem körpereigenen Steuerungsmechanismus, der sie mit Hilfe von bestimmten Enzymen nach einiger Zeit im synaptischen Spalt wieder abbaut. So wird verhindert, dass die Neurotransmitter keine Dauersignale auslösen können. Eine Besonderheit zeigt der Neurotransmitter Serotonin. Er kann beim Auftreten weiterer Signale wiederholt von der präsynaptischen Endigung aktiviert werden.

  • Chemische Synapsen
  • Elektrische Synapsen
  • Effektorsynapsen
  • Neuronale Synapsen
  • Sensorsynapsen
  • Exzitatorische Synapsen
  • Inhibitorische Synapsen
  • Präsynaptischer Endung
  • Synaptischer Spalt
  • Postsynaptische Endung
  • Ionenkanäle
  • Neurotransmitter

 

Anatomie & Aufbau einer Synapse

Eine Synapse bildet die Verbindung zwischen Zellen, wobei sie den Teil einer Nervenzelle darstellt, der für die Übertragung der weiterzuleitenden Impulse verantwortlich ist. Synapsen kommen an Nervenzellen, Sinneszellen, Muskelzellen und vielen weiteren Zellarten vor. Der Aufbau einer Synapse besteht aus drei Bereichen: Die Präsynapse mit der präsynaptischen Membran, dem synaptischen Spalt und die Postsynapse mit der postsynaptischen Membran.

Die Präsynapse

Die Präsynapse wird gebildet durch den synaptischen Endkopf. Es ist das Axonende jeder Nervenzelle. Hier befinden sich die synaptischen Bläschen, Vesikel genannt, die angefüllt mit Neurotransmittern sind. Sobald eines Aktionspotentials bis an diese Stelle gelangt, verschmelzen die Vesikel mit der präsynaptischen Membran. Der synaptische Spalt wird daraufhin mit den Neurotransmittern gefüllt.

Der synaptische Spalt

Beim synaptischen Spalt handelt es sich um den Zwischenraum, der zwischen der präsynaptischen Membran des Axonendes einer Nervenzelle und der postsynaptischen Membran der Folgezelle an deren Dendriten besteht. Hier hinein werden die Neurotransmitter entleert. Vom synaptischen Spalt aus diffundieren sie dann zu den Rezeptoren. Im synaptischen Spalt sind auch die entsprechenden Enzyme angesiedelt, die die Neurotransmitter wieder abbauen.

Die Postsynapse

Die postsynaptische Membran ist Teil des Dendriten der Folgezelle. An die hier angesiedelten Rezeptoren binden sich die Neurotransmitter an, um über die Öffnung der Natriumkanäle den Einstrom der positiv geladenen Natrium Ionen zu initiieren. Solange Neurotransmitter angebunden sind, können sich die Natriumkanäle nicht wieder schließen. Daher ist es wichtig, dass eine Signalkaskade verhindert wird, indem Neurotransmitter, deren Lebensdauer ausläuft, von den dafür verantwortlichen Enzymen abgebaut werden.

Differenzierte Darstellung der Funktionsweise der Erregungsübertragung über die Synapsen

Bei der Weitergabe von Erregungspotential handelt es sich im Grunde um eine Wechselbeziehung zwischen elektrischen und chemischen Signalen. Am synaptischen Spalt wird über das Axon mittels Neurotransmitter ein chemisches Signal gesetzt, das im Dendriten der Folgezelle eine elektrische Erregung auslöst. Die fortgesetzte Weiterleitung erfolgt immer wieder durch den Ablauf dieses Zyklus.

Die Spannungszustände an den synaptischen Endknöpfen einer Zelle verändert sich in dem Moment, in dem ein Aktionspotential dort anlangt. Diese Spannungsänderung der präsynaptischen Membran veranlasst die Calciumkanäle sich zu öffnen, um die positiv geladenen Calcium Ionen in das synaptische Endknöpfchen einströmen zu lassen. Die dort angesiedelten Vesikel, angefüllt mit Neurotransmittern, werden in den synaptischen Spalt gedrückt und verschmelzen daraufhin mit der präsynaptischen Membran. Die Neurotransmitter werden somit in den synaptischen Spalt freigesetzt. Vom synaptischen Spalt aus gelangen sie an die postsynaptische Membran, an deren Rezeptoren sie sich nun anbinden können. Die Verbindung zwischen den Ionenkanälen und den Rezeptoren der Folgezelle ist so konstruiert, dass die Neurotransmitter ein der dort angesiedelten Rezeptoren belegen. Diese Belegung veranlasst den Ionenkanal sich zu öffnen, was den Einstrom der positiven Natriumionen in die Membran des Dendriten der Folgezelle..

Mit dieser Aktion wird beim Dendriten im Folgeneuron eine positive Depolarisation ausgelöst, durch die die Erregung jetzt als elektrische Ladung weiter geleitet werden kann. Die Wiederholung dieser Vorgänge steht in Abhängigkeit zum Schwellenwert, der am Axonhügel besteht. Wird er überschritten, entsteht weiteres Aktionspotential. Die in den synaptischen Spalt bereits freigesetzten Neurotransmitter werden von den dazu bestimmten Enzymen immer wieder abgebaut, um Signalkaskaden zu verhindern. Die von den Enzymen gespaltenen Neurotransmitter werden wieder in das Axon der auslösenden Zelle zurück diffundiert, um für den nächsten Einsatz wieder aufbereitet zu werden. Die Erregung der Weitergabe steht in Abhängigkeit zum benötigten Abbauzeitraum für die im synaptischen Spalt befindlichen Neurotransmitter. Je länger dieser Prozess benötigt, umso mehr Zeit benötigt die Weitergabe der Erregung. In dem Maße, wie die Neurotransmitter nicht abgebaut werden, besteht die Gefahr einer Dauererregung und einer Verkrampfung des Körpers bzw. der entsprechenden Körperregion.

Krankheiten, Beschwerden & Störungen

Eine Erkrankung der Synapsen kann ernsthafte gesundheitliche Störungen zur Folge haben. Von Lernstörungen, Sehstörungen über Epilepsie bis hin zu Endplattenerkrankungen reicht die Palette der möglichen gesundheitlichen Folgen bei einer Störung der Funktion von Synapsen. Welche Erkrankungen, Störungen oder Beschwerden auftreten hängt davon ab, welche Zellart(en) und welche Synapsenart betroffen sind. Bei einer Störung der Synapsen im Gehirn handelt es sich um Störungen der Nervenzellen und in der Folge können je nach betroffenem Gehirnareal Leistungsfähigkeit und Körperreaktionen beeinträchtigt werden. Dazu gehören Lernstörungen, Sehstörungen und Muskelregulationsstörungen bis hin zu schweren Beeinträchtigungen von wichtigen Körperprozessen. Auch beim Auftreten von Epilepsie werden Störungen von Synapsen als verantwortlich in Erwägung gezogen. Synapsenstörungen innerhalb des Gehirns sind deshalb so stark beeinträchtigend, weil das Gehirn das Steuerorgan für alle Prozesse im menschlichen Körper ist.

Synapsenstörungen und Sehstörungen

Bei Störungen an den Synapsen in den entsprechenden Bereichen, die mit der Sehfähigkeit verbunden sind, kann es zu Sehstörungen kommen, die nicht unmittelbar mit den Augen zu tun haben. Die Ursache für Sehstörungen, die auf der Grundlage von Synapsenstörungen beruhen, sind Störungen in der Weiterleitung der optischen Reize. Unter Sehstörungen wird die Sicht verschwommener Bilder, verzerrte oder verschleierte Bilder sowie das Gefühl, geblendet zu sein oder auch das Schwarzwerden vor Augen verstanden. Außerdem gehört zu den Erscheinungsformen der Sehstörung auch das Flimmern vor Augen, das Sehen von Flimmerlinien, schwarzen oder weißen Punkten. Es kann auch manchmal zum Ausfall von Teilen des Gesichtsfeldes kommen. In der Folge von Sehstörungen kann es zu Schwindel, Kopfschmerzen, Abgeschlagenheit, sogar zu Erbrechen kommen.

Synapsenstörungen und Lernstörungen

Bei einer Störung der Synapsen im Gehirn kann es zu Lernstörungen kommen. Je nach Bereich innerhalb des Gehirns, in dem sich die Störung der Synapsen gebildet hat, kann es zu Beeinträchtigungen beim Erlernen der entsprechenden Inhalte kommen. Ist beispielsweise der Bereich für die Fähigkeit zum Erlernen von Sprache gestört, wird das Erlernen und Sprechen einer Fremdsprache erschwert. Auch nach einem Apoplex (Schlaganfall) kann es zu solchen Folgeerscheinungen kommen. Zu den Symptomen einer Lernstörung zählen Lernschwäche, Konzentrationsstörungen, Vergesslichkeit und Gedächtnisstörungen.

Synapsenstörungen und Erkrankungen der Endplatten

Bei diesen Krankheiten ist es zu einer krankhaften Veränderung der motorischen Endplatten gekommen. Die motorischen Endplatten sind besondere Synapsen, die für die Übertragung und Weiterleitung von Impulsen zwischen Nerven– und einer Muskelfasern verantwortlich sind. Es handelt sich hier um spezialisierte Synapsen, die zu den chemischen Synapsen gezählt werden. Unterschieden werden Endplattenerkrankungen nach Störungen im präsynaptischen und postsynaptischen Bereich. Zu den Erkrankungen der Endplatten zählen bestimmte Autoimmunkrankheiten, Kongeniale Myasthenie-Syndrome sowie medikamentös-toxische Verursachungen.
Die auf einer Synapsenstörung beruhenden Autoimmunkrankheiten sind das Lambert-Eaton-Mysthenische-Syndrom, die Neuromyotonie, Myasthenia gravis und das Slow-Channel-Syndrom. Medikamentös-toxische Endplattenstörungen werden ausgelöst durch Organophosphate und Cholinesterasehemmer, Botulinumtoxin, Schlangengift wie Bungarotoxin und Muskelrelaxantien wie Curare.

Synapsenstörungen und Epilepsie

Bei der Epilepsie handelt es sich um ein Anfallsleiden, das plötzliche Krampfanfälle auslöst. Die Krankheit gehört in den Bereich der Erkrankungen des Zentralnervensystems. Die Störung von Synapsen wurde bei der Erforschung der Krankheit mit den Auslösern und Verursachern in Verbindung gebracht, aber eine Bestätigung steht noch aus.

Chemisches Synapsengift und dessen Wirkung auf den Weiterleitungsprozess

Die Funktion der Synapsen wird unterbunden oder erheblich gestört durch die Verabreichung von Synapsengiften. Diese Wirkung kann sowohl aus medizinischen Gründen positiv eingesetzt werden, aber auch durch Abusus von Medikamenten und Drogen sowie durch gewollt schädigende Verwendung zu erheblichen Störungen bis hin zum Einsetzen des Todes, wie bei einem Schlangenbiss oder beim Getroffenwerden von einem Curare-Pfeil führen. Synapsengifte wirken indem sie die Ausschüttung der Neurotransmitter in den synaptischen Spalt unterbinden. Eine weitere Wirkung wird erzielt, wenn die Giftstoffe den Neurotransmittern derart ähneln, dass sie in der Lage sind, sich statt der Neurotransmitter an die Rezeptoren anzuheften, um dann über die postsynaptische Membran in die Nachbarzelle einzutreten. Auf diese Weise wird ebenfalls der Prozess der Erregungsleitung gestört. Die gewünschten Effekte werden unterschieden nach dem Wirkungsprinzip der Ähnlichkeit mit dem ursprünglichen Neurotransmitter in Antagonisten und Agonisten. Sie heben die Wirkung der ursprünglichen Neurotransmitter auf oder setzen sich an deren Position im Erregungsweiterleitungsprozess.

Substanzen, die als Synapsengifte eingestuft werden, sind hochgiftige Alkaloide, zu denen Nicotin, Mescalin, Atropin und Curare sowie bestimmte Pilze zählen. Auch Muskarin und Mutterkorn werden hier eingeordnet. Weitere Gifte, die die Funktion der Synapsen beeinträchtigen oder hemmen sind Glutamat- und GABA-Rezeptoren, die in alkoholischen Getränken vorkommen. In der Kosmetik wird das Bakterium der von Clostridien produzierte Gift Botulinumtoxin (kurz Botox genannt) eingesetzt, um Falten auszuglätten. Die erwünschte Wirkung beruht auf der lähmenden Wirkung auf die Gesichtsmuskulatur dieses Giftes. Eine ähnliche Wirkung zeigt das Tetanustoxin. Tiere bilden Nervengifte, die störend auf Funktion der Synapsen einwirken, um ihre Opfer zu betäuben oder zu töten. Dazu gehören Spinnen wie die Schwarze Witwe, sie produziert das Latrotoxin und die maritime Kegelschnecke, die das Conotoxin produziert.

Aber es gibt auch chemische Toxine, die die Funktion der Synapsen beeinflussen. Auf jeden Fall gehören hier die unterschiedlichsten Halluzinogene dazu. Als eines der bekanntesten ist hier sicher LSD zu nennen. Auch Insektizide wie die Neoincotinoide gehören dazu, aber auch chemische Kampfstoffe wie VX, Tabun und Sarin. Psychopharmaka gehören ebenfalls in die Kategorie der Synapsengifte. Allerdings soll hier die Wirkung eine den Patienten unterstützende und nach Möglichkeit heilende Therapie begleiten.

Typische & häufige Erkrankungen

 

  • Sehstörungen
  • Lernstörungen
  • Erkranungen der Endplatten
  • Lambert-Eaton-Mysthenische-Syndrom
  • Neuromyotonie
  • Myasthenia gravis
  • Slow-Channel-Syndrom

 

Fragen & Antworten

 

Was bewirkt ein ankommendes Aktionspotenzial in einem Endknöpfchen?

Kommt ein Aktionspotential an einem Endknöpfchen an, wird zunächst der Spannungszustand dort verändert und das bewirkt, dass sich die Calciumkanäle an der präsynaptischen Membran öffnen. So können die positiv geladenen Calcium Ionen in den synaptischen Spalt strömen, um mit den dort angesiedelten Vesikeln zu verschmelzen.

Können Störungen an den Synapsen auftreten und welche Auswirkungen können sich daraus ergeben?

An den Synapsen können sehr wohl Störungen auftreten, die zu erheblichen Störungen des Gesundheitszustandes eines Menschen führen können. Ausgelöst werden die Störungen durch chemische Substanzen oder durch krankhafte Veränderungen. Die krankhaften Veränderungen können Gestalt in Autoimmunkrankheiten wie dem Lambert-Eaton-Mysthenische-Syndrom oder der Neuromyotonie annehmen. Auch in Bezug auf die Epilepsie werden Störungen der Synapsen mit einbezogen. Einen erheblichen Raum nehmen Erkrankungen der motorischen Endplatten in diesem Zusammenhang ein. Dabei sind die Übertragungen der Aktionspotentiale zwischen den Nerven– und den Muskelfasern krankhaft gestört.

Welche Auswirkungen haben Nervengifte auf das Zusammenwirken der Synapsen?

Die Wirkungen von Nervengiften können wie beim Einsatz während einer Thermapie sowohl erwünschte als auch in anderen Einsatzbereichen höchst unerwünschte Auswirkungen haben. Im Rahmen einer Therapie werden Psychopharmaka verabreicht, die grundsätzlich immer auf die Funktion der Synapsen entscheidende Auswirkungen haben. Nervengifte sind aber auch in Trinkalkohol enthalten. Destruktiv wirken Nervengifte in Kampfstoffen, Halluzinogenen und von Tieren produzierte Nervengifte. Ein weiteres Nervengift, das von den südamerikanischen Indianern im Regenwald bei der Jagd zum Töten ihrer Beute eingesetzt wird, ist Curare.

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