Astrozyten: Definition & alle Funktionen erklärt | StudySmarter
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Astrozyten

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Biologie

Astrozyten sind eine Untergruppe der Gliazellen im Zentralnervensystem. Gliazellen umfassen eine Gruppe aus Zellen die alle gemein haben, dass sie keine Neuronen sind.
Du findest sie also im Nervensystem. Bis ins 20. Jahrhundert ging man davon aus, dass Gliazellen nur eine Stütz- und Schutzfunktion im Nervensystem übernehmen. Doch Gliazellen, und insbesondere Astrozyten, übernehmen eine Vielzahl an anderen Aufgaben, welche im Folgenden aufgeführt werden.


Abbildung 1: Übersicht über die Gliazellen, Quelle: Studysmarter 

Makroglia (Astrozyten und Oligodendrozyten) unterscheiden sich von den Mikroglia dadurch, dass sie während der Embryonalentwicklung aus unterschiedlichen Zellschichten entsehen. Während sich Mikroglia aus dem Mesoderm entwickeln, gehen Makroglia aus dem Neuroektoderm hervor.


Astrozyten machen den größten Anteil der Gliazellen im zentralen Nervensystem aus. Einige Studien zeigen, dass 80 % der Zellen im Gehirn Astrozyten sind.


Wie sehen Astrozyten aus?


Astrozyten können unterschiedliche Formen annehmen. Da sie viele Fortsätze haben, werden sie oft mit einem Stern verglichen. 


Achtung, verwechsele Astrozyten nicht mit Sternzellen! Zwar kommt das Wort Astrozyt aus dem Griechischen und bedeutet „Stern“. Sternzellen umfassen aber andere Zelltypen mit sternförmigen Ausläufern.


Morphologisch kannst du zwischen zwei Typen von Astrozyten unterscheiden:


  • Protoplasmatische Astrozyten
  • Fibrilläre Astrozyten


Protoplasmatische Astrozyten sind reich verzweigt. Ihre Fortsätze sind klein und dick.
Sie werden deswegen auch Kurzstrahler genannt.


Die fibrillären Astrozyten hingegen haben lange, dünne Fortsätze. Diese haben weniger Gabelungen und werden Langstrahler genannt.


Protoplasmatische Astrozyten findest du hauptsächlich in der grauen Substanz des Zentralnervensystems, fibrilläre Astrozyten in der weißen Substanz. In der Grenzschicht zwischen weißer und grauer Substanz gibt es die sogenannten plasmatofibrillären Astrozyten. 


Abbildung 2: A) Protoplasmatischer Astrozyt mit Endköpchen an einem Blutgefäß B) Fibriliärer Astrozyt, Quelle: wikipedia.de 


Die Form und Struktur der Astrozyten ist abhängig von den umliegenden Neuronen.
Da Astrozyten und Neuronen eng zusammenarbeiten, können sich die Astrozyten an die Bedürfnisse der Neuronen anpassen. Je nach Anforderung schrumpfen oder schwellen die Astrozyten an oder bilden Fortsätze aus. 


Abbildung 3: Immunfärbung von Astrozyten (grün) und Zellkernen (blau), Quelle: faz.net


Astrozyten können durch Überlagerung ihrer langen Fortsätze und Zellkörper flächendeckende Netze spannen. So kommt es zur Ausbildung zweier Grenzschichten.
Die eine durch Astrozyten gebildete Schicht ist die Blut-Hirn-Schranke. Die Astrozyten benetzen die Blutgefäße und kontrollieren so den Stofftransport zwischen Gehirn und Blut. 


Die zweite Schicht grenzt das Gehirn zur Außenwelt hin ab. Sogenannte Gap Junctions führen dann zur Entstehung von Zellverbindungen. 



Welche Funktionen haben Astrozyten?


Da die Astrozyten den Großteil des Gehirns einnehmen, haben sie vor allem eine Stütz- und Haltefunktion.



Überblick über die Funktionen der Astrozyten:


  • Bildung der Blut-Hirn-Schranke
  • Nährstoffzufuhr der Neuronen
  • Flüssigkeitsregulation im Gehirn
  • Aufrechterhaltung des Kalium-Haushaltes
  • Regulation des extrazellulären pH-Wertes
  • Abfallentsorgung im Zentralnervensystem
  • Informationsverarbeitung
  • Bildung von Glianarben
  • Bildung von Apolipoprotein E
  • Versorgung der Nervenzellen mit Cholesterin
  • Energiespeicher des Gehirns
  • Unterstützung der Synapsenbildung und -reifung


Kalium- und pH-Regulation durch Astrozyten


Eine Aufgabe der Astrozyten ist die Aufrechterhaltung der Kalium-Homöostase. Kalium ist eines der wichtigsten Ionen im Nervensystem. Durch die Balance von Kalium und Natrium-Ionen an der Biomembran entsteht die Membranspannung. Auch bei der Weiterleitung von Informationen mithilfe von Aktionspotentialen spielt Kalium eine wichtige Rolle.
Die ausströmenden Kaliumionen werden von den Astrozyten aufgenommen. 


Dies liegt zum einen an der hohen Kalium-Leitfähigkeit der Astrozyten, als auch an spezifischen Transportern auf der Oberfläche der Astrozyten. Die aufgenommenen Kaliumionen können von einem Astrozyten auf andere Astrozyten verteilt werden. An Stellen mit zu wenig Kaliumionen werden diese dann ausgeschüttet. Das Astrozyten-Netzwerk bildet so einen Puffer für die ausströmenden Kaliumionen und reguliert somit zusätzlich den extrazellulären pH-Wert.


Der pH-Wert und die Kaliumionenkonzentration sind eng miteinander verknüpft. Sinkt der pH-Wert in der Zelle, steigt die Kaliumionenkonzentration  im extrazellulären Raum. Das liegt daran, dass bei sinkendem pH-Wert mehr Wasserstoffatome in der Zelle vorhanden sind. Diese blockieren die Kaliumionentransporter und Kaliumionen können nicht mehr in die Zelle aufgenommen werden. Sie akkumulieren im extrazellulären Raum. Eine Anhäufung von Kaliumionen in der Nähe der Neuronen, senkt deren Membranpotential. Ein niedrigeres Membranpotential führt zu einer leichteren Erregbarkeit der Nervenzellen.

Wie oben schon erklärt, können Astrozyten einer erhöhten Kaliumionenkonzentration im extrazellulären Raum entgegenwirken indem sie Kaliumionen aufnehmen (nimmt zu). Astrozyten können zusätzlich auch einem sinkenden extrazellulären pH-Wert entgegenwirken. Bei einem niedrigen pH-Wert ist die Wasserstoffkonzentration erhöht. Astrozyten können Bicarbonate () ausschütten. Diese negative geladenen Ionen bilden einen Puffer für die Wasserstoffionen.




Abbildung 4: Schematische Darstellung der Kaliumabgabe (Neuron) und Kaliumaufnahme (Astrozyt), Quelle: physiologie.cc


Neurotransmitteraufnahme der Astrozyten


Nicht nur Kaliumionen werden von den Astrozyten aufgenommen. Die Zellen können auch verschiedene Neurotransmitter durch spezielle Transporter aufnehmen. So regulieren sie die Konzentration der Neurotransmitter im synaptischen Spalt. Nach der Aufnahme werden die Neurotransmitter modifiziert. Dadurch sorgen die Astrozyten dafür, dass die Neurotransmitter wieder in den synaptischen Vesikeln für die nächste Informationsweiterleitung zur Verfügung steht. 



Abildung 5: Glutamat-Glutamin-Zyklus an der Synapse, Quelle via physiologie.cc


Der Neurotransmitter Glutamat zum Beispiel ist im Überschuss toxisch für Neuronen. Die Astrozyten sorgen dafür, dass die Konzentration an extrazellulärem Glutamat gering gehalten wird. Sie besitzen dafür Glutamat-Transporter. Überschüssiges Glutamat wird in den Astrozyten zu Glutamin umgewandelt. Glutamin wird dann in den extrazellulären Raum entlassen. Von dort wird es von den Neuronen aufgenommen und zurück zu Glutamat verwandelt. So kann es in den synaptischen Vesikeln auf die nächste Erregungsübertragung warten.


Es funktioniert aber auch andersherum: Astrozyten können gezielt Glutamat ausschütten, um eine Reaktion der Neuronen hervorzurufen. Durch die Glutamat-Ausschüttung in der Nähe des synaptischen Spalts wird ein Aktionspotential an der Postsynapse gebildet und ein Signal weitergeleitet. Dieser Mechanismus ist sehr anfällig und kann leicht aus der Balance kommen. Deshalb wird er häufig auch in Krankheitsbildern beobachtet.


Wird Gewebe nur noch schlecht durchblutet (Ischämie), kommt es zu Sauerstoffmangel im entsprechenden Gebiet. Vor allem für Nervengewebe hat dies schnelle und katastrophale Folgen. Bei einer Unterversorgung schütten die Zellen des Nervensystems unkontrolliert Glutamat aus. Die umliegenden Zellen werden mit Reizen überflutet und sterben. Die sterbenden Zellen setzen dadurch wiederum ihr Glutamat frei. So kommt es zu einer Kaskade an Zelltod, welche weit über das betroffene Gewebe hinweg führen kann. 



Astrozyten als Brücke zwischen Neuronen und Blutkreiskauf


Astrozyten lagern sich an Neuronen an und stehen mit diesen im direkten Austausch.
Mit ihren langen Fortsätzen sind die Astrozyten an den Blutkreislauf angeschlossen.
Sie bilden also die Brücke zwischen Neuronen und Blut. Dadurch versorgen die Astrozyten die Neuronen mit Nährstoffen. Gleichzeitig bilden sie so eine Barriere zwischen Blut und Gehirn – die sogenannte Blut-Hirn-Schranke. Damit die Schranke auch „dicht hält“, sind die Astrozyten über Tight Junctions miteinander verbunden. 



Abbildung 6: Schema der Blut-Hirn-Schranke, Quelle via apotheken-umschau.de

 

Die Astrozyten können auch den Blutfluss beeinträchtigen. Durch das Ausschütten von vasoaktiven Substanzen können sich die Blutgefäße entweder weiten oder zusammenschnüren. Werden die Blutgefäße geweitet, hat das Blut mehr Platz zu fließen. Somit wirkt weniger Druck auf die Gefäße und der Blutfluss verlangsamt sich. Brauchen die Neuronen hingegen mehr Nährstoffe, sorgen die Astrozyten dafür, dass sich durch das Verengen der Blutgefäße der Blutfluss erhöht. So können mehr Nährstoffe in kürzerer Zeit aufgenommen werden.


Astrozyten bei Erkrankungen des Zentralnervensystems


Wird das Gehirn geschädigt, verändert sich auch das Verhalten der Astrozyten. Sterben beispielswiese Neurone durch eine Hirnverletzung, Infektion oder eine neurodegenerative Erkrankung wie Alzheimer ab, führt dies in benachbarten Astrozyten oft zu einer Astrogliose.


Unter Astrogliose versteht man das vermehrte Auftreten von übergroßen (hypertrophen) Astrozyten, wenn naheliegenden Neuronen sterben.


Astrozyten können, wie Mikroglia bei einer Entzündung im Gehirn, bestimmte Substanzen ausschütten, um den Krankheitsverlauf zu beeinflussen. 


Bei der Regeneration von Neuronen hingegen sind sie eher hinderlich. Werden Synapsen durchtrennt oder sterben Neuronen, wuchern die Astrozyten in die freigewordenen Räume. Dadurch stützen sie zwar das Gewebe, machen es aber Neuronen unmöglich, neue Fortsätze auszubilden. Außerdem schütten Astrozyten Faktoren aus, die die Bildung von neuen Axonen und die Re-Myelinisierung hemmt. So entstehen dann Glianarben. Die Glianarben sind der Grund, weshalb Neuronen im Zentralnervensystem nicht regenerieren können. 


Astrozyten - Das Wichtigste auf einen Blick


  • Astrozyten sind Gliazellen des Zentralnervensystems. Sie machen den größten Anteil an Gliazellen aus. 

  • Sie bilden sternenförmige Ausläufer.
  • Man unterscheidet protoplasmatische, fibrilläre und protofibrilläre Astrozyten.

Funktionen von Astrozyten:

  • Bildung der Blut-Hirn-Schranke
  • Nährstoffzufuhr der Neuronen
  • Flüssigkeitsregulation im   Gehirn
  • Aufrechterhaltung des Kalium-Haushaltes
  • Regulation des extrazellulären pH-Wertes
  • Abfallentsorgung im   Zentralnervensystem
  • Informationsverarbeitung
  • Bildung von Glianarben
  • Bildung von Apolipoprotein E
  • Versorgung der Nervenzellen mit Cholesterin
  • Energiespeicher des Gehirns
  • Unterstützung der Synapsenbildung und -reifung

Häufig gestellte Fragen zum Thema Astrozyten

Astrozyten sind eine Untergruppe der Gliazellen im Zentralnervensystem.

Astrozyten regulieren den Kaliumhaushalt. Sie nehmen überschüssiges, extrazelluläres Kalium auf und wirken so als Puffer. 

Finales Astrozyten Quiz

Frage

Was sind Astrozyten?

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Antwort

Astrozyten sind eine Untergruppe der Gliazellen im Zentralnervensystem.

Frage anzeigen

Frage

Gehören Astrozyten zu den Makroglia oder Mikroglia? 

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Antwort

Astrozyten gehören zusammen mit den Oligodendrozyten zu den Makroglia.

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Frage

Wodurch unterscheiden sich Makroglia und Mikroglia?

Antwort anzeigen

Antwort

Makroglia unterscheiden sich von den Mikroglia dadurch, dass sie sich nicht aus dem Dottersack entwickeln, sondern aus dem Neuroektoderm.

Frage anzeigen

Frage

Welchen Anteil an Zellen haben Astrozyten im Gehirn?

Antwort anzeigen

Antwort

Bis zu 80% der Zellen im Gehirn sind Astrozyten.

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Frage

Welche zwei Typen von Astrozyten unterscheidet man?

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Antwort

Morphologisch unterscheidet man zwischen

  • Protoplasmatische Astrozyten
  • Fibrilläre Astrozyten
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Frage

Was sind Kurzstrahler?

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Antwort

Protoplasmatische Astrozyten werden Kurzstrahler genannt. Sie sind reich verzweigt und ihre Fortsätze sind klein und dick. 

Frage anzeigen

Frage

Was sind Langstrahler?

Antwort anzeigen

Antwort

Die fibrillären Astrozyten werden Langstrahler genannt. Sie haben lange, dünne Fortsätze und sind weniger verzweigt.

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Frage

Wo findet man protoplasmatische Astrozyten und wo fibrilläre Astrozyten?

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Antwort

Protoplasmatische Astrozyten findest du hauptsächlich in der grauen Substanz des Zentralnervensystems, fibrilläre Astrozyten in der weißen Substanz.

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Frage

Welcher zwei Grenzschichten werden durch Astrozyten gebildet?

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Antwort

Die Astrozyten bilden zum einen die Grenze zwischen dem Blutsystem und dem Gehirn, die sogenannte Blut-Hirn-Schranke.

Zum anderen bilden sie die Grenzschicht zwischen Gehirn und Schädel.

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Frage

Nenne stichpunktartig 10 Funktionen von Astrozyten.

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Antwort

  • Stütz -und Schutzfunktion
  • Bildung der Blut-Hirn-Schranke
  • Nährstoffzufuhr der Neuronen
  • Flüssigkeitsregulation im Gehirn
  • Aufrechterhaltung des Kalium-Haushaltes
  • Regulation des extrazellulären pH
  • Abfallentsorgung im Zentralnervensystem
  • Bildung von Glianarben
  • Energiespeicher des Gehirns
  • Unterstützung der Synapsenbildung und -reifung
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Frage

Wie regulieren Astrozyten den Kalium-Haushalt und pH im Zentralnervensystem?

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Antwort

Die aus den Neuronen ausströmenden Kaliumionen werden von den Astrozyten aufgenommen. Die aufgenommenen Kaliumionen können von einem Astrozyten auf andere Astrozyten verteilt werden. An Stellen mit zu wenig Kaliumionen werden diese dann ausgeschüttet. Das Astrozyten-Netzwerk bildet so einen Puffer für die ausströmenden Kaliumionen und reguliert somit zusätzlich den extrazellulären pH.

Frage anzeigen

Frage

Welche zwei Eigenschaften ermöglichen es den Astrozyten Kaliumionen aufzunehmen?

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Antwort

Die hohen Kalium-Leitfähigkeit der Astrozyten und spezifische Transporter auf der Oberfläche, ermöglichen es den Astrozyten Kaliumionen aufzunehmen.

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Frage

Wie helfen Astrozyten bei der Neurotransmitterregulation?

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Antwort

Astrozyten können durch unterschiedliche Transporter verschiedene Neurotransmitter aufnehmen. Dadurch können sie die Konzentration der Neurotransmitter im synaptischen Spalt regulieren. Nach der Aufnahme werden die Neurotransmitter modifiziert. Dadurch sorgen die Astrozyten dafür, dass die Neurotransmitter wieder in den synaptischen Vesikeln für die nächste Informationsweiterleitung zur Verfügung steht. 

Frage anzeigen

Frage

Erkläre die Rolle der Astrozyten im Glutamat-Kreislauf. 

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Antwort

Der Neurotransmitter Glutamat ist im Überschuss toxisch für Neuronen. Die Astrozyten sorgen dafür, dass die Konzentration an extrazellulärem Glutamat, gering gehalten wird. Sie besitzen dafür Glutamat-Transporter. Überschüssiges Glutamat wird in den Astrozyten zu Glutamin umgewandelt. Glutamin wird dann in den extrazellulären Raum entlassen. Von dort wird es von den Neuronen aufgenommen und zurück zu Glutamat verwandelt. So kann es in den synaptischen Vesikeln auf die nächste Erregungsübertragung warten.

Frage anzeigen

Frage

Beschreibe in Worten den Aufbau der Blut-Hirn-Schranke.

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Antwort

Auf der Gehirn-Seite lagern sich die Astrozyten an die Neuronen an. Mit ihren langen Fortsätzen sind die Astrozyten auf der anderen Seite an den Blutkreislauf angeschlossen. Sie bilden also die Brücke zwischen Neuronen und Blut. Damit die Blut-Hirn-Schranke dicht hält, sind die Astrozyten über tight junctions miteinander verbunden.

Frage anzeigen

Frage

Skizziere den Aufbau der Blut-Hirn-Schranke und beschrifte alle wichtigen Bestandteile.

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Antwort

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Frage

Welche Funktionen haben die Astrozyten in der Blut-Hirn-Schranke?

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Antwort

  • Schützten das Gehirn vor unerwünschten Substanzen
  • versorgen die Neuronen mit Nährstoffen
  • regulieren den Blutfluss
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Frage

Wie und wieso können Astrozyten den Blutfluss verändern?

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Antwort

Astrozyten können durch das Ausschütten von vasoaktiven Substanzen, die Blutgefäße entweder weiten oder zusammenschnüren lassen. 

Werden die Blutgefäße geweitet, hat das Blut mehr Platz zu fließen. Somit wirkt weniger Druck auf die Gefäße und der Blutfluss verlangsamt sich. Brauchen die Neuronen hingegen mehr Nährstoffe, sorgen die Astrozyten dafür, dass sich durch das Verengen der Blutgefäße, der Blutfluss erhöht. So können mehr Nährstoffe, in kürzerer Zeit, aufgenommen werden.

Frage anzeigen

Frage

Was ist Astrogliose?

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Antwort

Unter Astrogliose versteht man das vermehrte Auftreten von übergroßen (hypertrophen) Astrozyten, wenn naheliegenden Neuronen sterben.

Frage anzeigen

Frage

Welche Rolle spielen Astrozyten bei Verletzungen im Gehirn?

Antwort anzeigen

Antwort

Werden Synapsen durchtrennt oder sterben Neuronen, wuchern die Astrozyten in die freigewordenen Räume. Dadurch stützen sie zwar das Gewebe, machen es aber Neuronen unmöglich neue Fortsätze auszubilden. Außerdem schütten Astrozyten Faktoren aus, die die Bildung von neuen Axonen und die Re-Myelinisierung hemmt. Sogenannte Glianarben entstehen.

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