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Mikroglia

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Biologie

Mikroglia 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. Dass Gliazellen, und insbesondere Mikroglia, eine Vielzahl an anderen Aufgaben übernehmen, erklären wir dir in diesem Beitrag.


Mikroglia bilden (nach den Astrozyten), mit 20 % aller Gliazellen, den zweitgrößten Teil der Gliazellen im zentralen Nervensystem.


 

Mikroglia Übersicht über die Gliazellen StudySmarter

Abbildung 1: Übersicht über die Gliazellen. 

Mikroglia unterscheiden sich von den Makroglia (Astrozyten und Oligodendrozyten) dadurch, dass sie sich nicht aus dem Neuroektoderm entwickeln, sondern aus dem Dottersack. Dies ist auch hinsichtlich ihrer Funktion als Makrophagen eine Besonderheit. Die meisten Makrophagen entwickeln sich aus Stammzellen im Knochenmark.


Was sind unreife und reife Mikroglia?


Die Entwicklung der Mikroglia findet beim Menschen in der 4. bis 5. Schwangerschaftswoche statt. Nach der Geburt vermehren sie sich sehr stark. Außerdem ändern sie ihre Struktur: Anfangs sind sie amöboid. Das bedeutet, sie ändern ständig ihre Form, um sich von alleine fortzubewegen. Reife Mikroglia hingegen bilden viele, verzweigte Ausläufer, mit denen sie sich teilweise an Neuronen und anderen Gliazellen „festhalten“. Diese Ausläufer sind weiterhin hochflexibel und können wie Fühler ihre Umgebung abtasten.

 

Reife Mikroglia können mit Neuronen kommunizieren. Dafür besitzen sie bestimmte Rezeptoren. Die Liganden zu diesen Rezeptoren werden von den Neuronen ausgeschüttet. Auf der anderen Seite können auch Mikroglia ihre Umgebung beeinflussen. Durch das Ausscheiden von Stoffen können sie zum Beispiel anderen Immunzellen aktivieren oder heranlocken.


                                                                    Abbildung 2: Mikroglia (braun) in Zellkultur. Quelle: wikipedia.org




Welche Funktionen haben Mikroglia?


Mikroglia sind ein wichtiger Teil der Immunabwehr des zentralen Nervensystems.
Hier übernehmen sie unterschiedliche Aufgaben. Hauptsächlich fungieren sie aber als Makrophagen. Makrophagen werden auch „Fresszellen“ genannt. Durch Phagozytose können sie Schadstoffe und Zelltrümmer aufnehmen und anschließend verdauen. 


Mehr darüber kannst du in unseren Artikel zu den Themen Immunabwehr und Phagozytose lesen.


Mikroglia sind grundsätzlich inaktiv und müssen erst durch einen externen Faktor aktiviert werden.


Aktivierung von Mikroglia 


Mikroglia können zum Beispiel durch eine lokale Verletzung des Zentralnervensystems aktiviert werden. Die betroffenen Zellen schütten Adenosintriphosphat aus, welche die Aktivierung der Mikroglia auslöst. Werden Mikroglia aktiviert, ändert sich ihre Form. Der Zellkörper verdickt sich und die Ausläufer gehen zurück. Sie erinnern dann mehr ihrer amöboiden Vorläuferform. Mikroglia können zu der verletzen Stelle kriechen. Um einen Fremdkörper aufzunehmen, bilden sie einen dicken Ausläufer, der sich ausdehnt und den Gegenstand aufnimmt. Der Zellkörper wird bei Bedarf nachgezogen. 




Mikroglia Morphologische Veränderung der Mikroglia nach Aktivierung StudySmarterAbbildung 3: Morphologische Veränderung der Mikroglia nach Aktivierung.


 


Durch die Phagozytose können tote Zellen und Zellbestandteile beseitigt werden. Aber auch Synapsen, welche beschädigt wurden, werden abgebaut. 


Mikroglia – Immunabwehr des Gehirns


Mikroglia werden nicht nur durch lokale Verletzungen aktiviert, sondern auch durch Infektionen. Diese können Krankheitserreger wie Parasiten, Bakterien oder Viren sein.
Die Mikroglia sind dann für die erste und schnelle Abwehrreaktion verantwortlich. Auch hier ändern sie ihre Form und bewegen sich zum Infektionsort. Außerdem vermehren sie sich stark.


Mikroglia haben bestimmte Rezeptoren auf ihrer Oberfläche, um unterschiedliche Pathogene zu erkennen. Diese Rezeptoren heißen Pattern Recognition Receptors. Die Rezeptoren sind spezifisch und ermöglichen so eine gezielte Immunantwort.


Am Infektionsort können Mikroglia entzündungsfördernde oder -hemmende Stoffe ausschütten. Entzündungshemmende Stoffe verhindern das Ausbreiten der Infektion.
Durch das Ausschütten von entzündungsfördernden Stoffen locken die Mikroglia andere Immunzellen an. Mikroglia besitzen bestimmte Komplexe auf ihrer Oberfläche (MHC-Klasse-I- und -II-Komplexen), mit denen sie Antigene präsentieren. Diese Antigene werden von den T-Lymphozyten (auch: T-Zellen) erkannt. Die T-Lymphozyten aktivieren damit eine antigenspezifische Immunantwort. Die antigenspezifische Immunantwort ist äußerst effizient und kann die Infektion beseitigen. Allerdings kann es auch passieren, dass dadurch das umliegende Nervengewebe geschädigt wird. 


Der Prozess ist oft ein Balanceakt: Auf der einen Seite muss das Immunsystem aktiviert werden, um die Infektion zu eliminieren, auf der anderen Seite kann ein aktiviertes Immunsystem dem Zentralnervensystem auch Schaden zufügen.


Ein Beispiel für eine gedämpfte Immunabwehr ist die Bekämpfung des Parasiten Toxoplasma gondii. Das Immunsystem kann den einzelligen Eukaryoten nicht komplett beseitigen. Hier versuchen die Mikroglia, große Gehirnschäden durch eine dauerhaft aktive Immunabwehr zu vermeiden. Stattdessen akzeptieren sie den Parasiten, solange er sich nicht zu sehr vermehrt.


Anders als Bakterien und Parasiten können Viren nicht durch Phagozytose beseitigt werden. Das liegt daran, dass die Viren sich innerhalb gesunder Zellen verstecken. Bei einer viralen Infektion bilden Mikroglia viele einzelne Ausläufer aus. Diese Ausläufer unterscheiden sich von der inaktiven Form dadurch, dass sie kürzer und weniger verzweigt sind. Mikroglia hemmen die Vermehrung von Viren, indem sie entzündungsfördernde Stoffe ausschütten. Außerdem präsentieren sie Antigene auf ihrer Oberfläche. 


Mikroglia helfen zwar Viren zu beseitigen, sie können aber auch selber infiziert werden. Das Humane-Immundefizienz-Virus I (HIV) zum Beispiel nutzt Mikroglia, um sich zu vermehren.


Mikroglia während der Entwicklung


Mikroglia sind nicht nur bei der Immunabwehr von entscheidender Bedeutung, sondern auch bei der Entwicklung des Gehirns. Am Anfang der Gehirnentwicklung werden Unmengen an Neuronen produziert. Diese werden aber gar nicht alle gebraucht. Die Hälfte der Neuronen werden durch Apoptose wieder getötet. Diese spezielle Form von Zelltod wird entweder von den Neuronen selbst, oder von den Mikroglia ausgelöst. Anschließend sind es die Mikroglia, welche die Zellreste aufsammeln und verdauen. 

 


Mikroglia Entwicklung der Neuronen und Synapsen im menschlichen Gehirn StudySmarterAbbildung 4: Entwicklung der Neuronen und Synapsen im menschlichen Gehirn


Mikroglia können aber auch die Bildung der Neuronen unterstützen. Dafür schütten sie bestimmte Wachstumsfaktoren aus, welche die Bildung von Neuronen und Astrozyten fördern. Ein weiterer Vorgang, bei dem die Astrozyten eine Rolle spielen, ist das sogenannte synaptische Pruning. Während der Entwicklung werden Synapsen, welche nicht gebraucht werden, von den Mikroglia eliminiert. 



Aufgaben der Mikroglia im unversehrten Gehirn


Auch nach der Entwicklung des Gehirns bleiben die Mikroglia ein wichtiger Bestandteil des Nervensystems. Sie überprüfen weiterhin den Zustand der Synapsen. Ist eine Synapse kaputt oder wird nicht mehr gebraucht, wird sie von den Mikroglia abgebaut. Dies führt zur neuronalen Plastizität unseres Gehirns. Auch im erwachsenen Gehirn gibt es nach wie vor Stammzellen, aus denen sich Neuronen entwickeln können. Hier helfen die Mikroglia bei deren Entstehung. 


Im intakten Gehirn sorgen Mikroglia für eine gedämpfte Immunantwort. Sie schütten entzündungshemmende Stoffe aus.


Die Blut-Hirn-Schranke stellt eine Barriere zwischen dem Gehirn und dem peripheren Nervensystem dar. Dennoch können Mikroglia über das Blut Kontakt zum peripheren Nervensystem haben.


Mikroglia im alternden Gehirn


Bei älteren Menschen kann man auch eine Alterung der Mikroglia feststellen. Die Balance zwischen inaktiven und aktiven Mikroglia ist gestört. Manche Mikroglia verlieren ihre Funktion, Synapsen abzubauen, andere sind überaktiv und schütten entzündungsfördernde Stoffe aus.


Ein ähnliches Verhalten lässt sich bei neurodegenerativen Krankheiten, wie zum Beispiel der Alzheimer-Krankheit und der Parkinson-Krankheit, erkennen. Anfangs werden absterbende Neurone durch Phagozytose beseitigt. Nach einiger Zeit lässt diese Fähigkeit der Mikroglia aber nach. Durch die Ansammlung von Aggregaten werden die Mikroglia chronisch aktiviert.


Die Mikroglia sind überfordert und schütten entzündungsfördernde Stoffe aus. Dies beschleunigt die Neurodegeneration. Chronisch aktivierte Mikroglia sind taub gegenüber anderen Signalen. 



Mikroglia morphologische und funktionelle Veränderung in alternden Mikroglia
Abbildung 5: Übersicht über morphologische und funktionelle Veränderungen in alternden Mikroglia. Quelle: degruyter.com



Mikroglia morphologische und funktionelle Veränderung in alternden Mikroglia StudySmarterAbbildung 6: Übersicht über morphologische und funktionelle Veränderungen in alternden Mikroglia.




Mikroglia - Das Wichtigste auf einen Blick


  • Mikroglia sind eine Untergruppe der Gliazellen.
  • Sie kommen nur im Zentralnervensystem vor. 
  • Mikroglia fungieren als Makrophagen im Zentralnervensystem. Sie nutzen Phagozytose, um Zellreste und Fremdkörper aufzunehmen und zu verdauen. 
  • Inaktive und aktive Mikroglia unterschieden sich in ihrer Form.
  • Bei einer Infektion können Mikroglia entzündungsfördernde oder -hemmende Stoffe ausschütten.
  • Während und nach der Entwicklung des Gehirns helfen Mikroglia dabei, unnötige Synapsen und Neuronen abzubauen.
  • Im Alter und bei neurodegenerativen Erkrankungen ist die Balance zwischen inaktiven und aktiven Mikroglia gestört.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Mikroglia

Mikroglia sind für die akute und schnelle Immunantwort im Zentralnervensystem verantwortlich. Mikroglia verdauen mithilfe von Phagozytose Zellreste und Fremdkörper.

Mikroglia sind eine Untergruppe von Gliazellen im Zentralnervensystem.

Finales Mikroglia Quiz

Frage

Was sind Mikroglia?

Antwort anzeigen

Antwort

Mikroglia sind einer Untergruppe der Gliazellen im Zentralnervensystem.

Frage anzeigen

Frage

Welchen Anteil an Gliazellen nehmen die Mikroglia ein?

Antwort anzeigen

Antwort

20% der Gliazellen im Zentralnervensystem sind Mikroglia.

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Frage

Was ist hinsichtlich ihrer Entstehung das Besondere bei Mikroglia? 

Antwort anzeigen

Antwort

Mikroglia unterscheiden sich von den Makroglia dadurch, dass sie sich nicht aus dem Neuroektoderm entwickeln, sondern aus dem Dottersack. Dies ist auch hinsichtlich ihrer Funktion als Makrophagen eine Besonderheit. Die meisten Makrophagen entwickeln sich aus Stammzellen im Knochenmark.

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Frage

Was sind unreife und reife Mikroglia?

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Antwort

Am Anfang ihrer Entwicklung sind die unreifen Mikroglia amöboid. Sie ändern ständig ihre Form um sich fortzubewegen.

Reife Mikroglia bilden viele, verzweigte Ausläufer. Mit diesen können sie sich an Neuronen und anderen Gliazellen "festhalten". Diese Ausläufer können wie Fühler ihre Umgebung abtasten.

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Frage

Wie helfen Mikroglia bei der Immunabwehr im Zentralnervensystem?

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Antwort

Mikroglia fungieren als Makrophagen. Das heißt sie können Fremdkörper über Phagozytose aufnehmen, verdauen und in unschädlichen Einzelteilen ausscheiden. 

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Frage

Was passiert bei der Aktivierung von Mikroglia? 

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Antwort

Mikroglia sind grundsätzlich inaktiv. Durch externe Faktoren schütten Zellen in der Umgebung Adenosintriphosphat aus. Dies aktiviert die Mikroglia. Der Zellkörper verdickt sich und die Ausläufer gehen zurück.

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Frage

Warum schütten Mikroglia sowohl entzündungshemmende als auch entzündungsfördernde Stoffe aus?

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Antwort

Die entzündungshemmenden Stoffe sollen die Entzündung bekämpfen und eindämmen. Die entzündungsfördernden Stoffe sind dafür da, andere Immunzellen zu rekrutieren, um so die antigenspezifische Infektionsreaktion zu aktivieren.

Frage anzeigen

Frage

Warum können Viren nicht durch Phagozytose beseitigt werden?

Antwort anzeigen

Antwort

Viren können nicht durch Phagozytose beseitigt werden, da sie sich in gesunden Zelle verstecken. 

Frage anzeigen

Frage

Wie bekämpfen Mikroglia Viren?

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Antwort

Bei einer viralen Infektion bilden Mikroglia viele einzelne Ausläufer aus. Diese Ausläufer sind kürzer und weniger verzweigt als inaktive Ausläufer. Mikroglia hemmen die Vermehrung von Viren indem sie entzündungsfördernde Stoffe ausschütten. Außerdem präsentieren sie Antigene auf ihrer Oberfläche.

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Frage

Welche Aufgabe übernehmen Mikroglia in der Entwicklung des Gehirns?

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Antwort

  • Apoptose nicht benötigter Neuronen und Synapsen
  • Verdau der toten Neuronen und Synapsen
  • Ausschüttung von Wachstumsfaktoren -> Bildung von Neuronen und Astrozyten
Frage anzeigen

Frage

Was versteht man unter neuronaler Plastizität?

Antwort anzeigen

Antwort

Unter neuronaler Plastizität versteht man, dass unser Gehirn auch im ausgewaschenem Zustand sich immer wieder verändert. Nicht benötigte oder kaputte Synapsen können abgebaut werden. Neuronen können sich aus Stammzellen entwickeln. 

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Frage

Was passiert mit den Mikroglia im Alter?

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Antwort

Die Balance zwischen inaktiven und aktiven Mikroglia ist in alternden Gehirnen gestört. Manche Mikroglia verlieren ihre Funktion Synapsen abzubauen, andere sind überaktiv und schütten entzündungsfördernde Stoffe aus.

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Frage

Welche Rolle spielen Mikroglia in neurodegenerativen Erkrankungen?

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Antwort

Anfangs werden absterbende Neurone durch Phagozytose beseitigt. Nach einiger Zeit lässt diese Fähigkeit der Mikroglia aber nach. Durch die Ansammlung von Aggregaten werden die Mikroglia chronisch aktiviert. Die Mikroglia sind überfordert und schütten entzündungsfördernde Stoffe aus. Dies verschnellert die Neurodegeneration. Chronisch aktivierte Mikroglia sind taub gegenüber anderen Signalen.

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Frage

Welche funktionellen und morphologischen Veränderungen kann man in alternden Mikroglia feststellen?

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Antwort

  • Vergrößerung des Zellkörpervolumens
  • Länge und Komplexität der Ausläufer nimmt ab
  • Langsamere Fortbewegung
  • reduzierter Verdau von Zellaggregaten -> Verlust der Phagozytose
  • unregelmäßige Mikroglia-Domänen 
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Frage

Was ist synaptisches Pruning?

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Antwort

Am Anfang der Gehirnentwicklung werden Unmengen an Synapsen gebildet. Im sich entwickelnden Gehirn werden die Synapsen, welche nicht benötigt werden, abgebaut. Diesen Vorgang nennt man synaptisches Pruning. 

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