Jede Aktion, die Du ausführst, beruht auf der Weiterleitung und Verarbeitung von elektrischen Signalen. In manchen Situationen kommt es dabei darauf an, möglichst schnell auf eine Situation zu reagieren, wobei die Schnelligkeit der Signalweiterleitung von entscheidender Bedeutung ist. In Deinem Körper sorgen Schwann-Zellen im peripheren Nervensystem für das Upgrade von langsamer Erregungsleitung an Axonen ohne Schwann-Zellen zu schneller Erregungsleitung an Axonen mit Schwann-Zellen von bis zu 360 km/h.
Schwann Zellen – Definition
Schwann'sche Zellen oder Schwann-Zellen sind eine Form der Gliazellen. Schwann-Zellen umhüllen Axone im peripheren Nervensystem (PNS) und versorgen sie dabei mit Nährstoffen, elektrischer Isolation und mechanischer Stabilität.
Gliazellen sind wie Neuronen Zellen des Nervensystems. Im Gegensatz zu Neuronen sind Gliazellen nicht direkt an der Erregungsweiterleitung beteiligt, sondern haben unterstützende Funktionen für Neuronen inne.
Das periphere Nervensystem ist eine anatomische Einteilung des Nervensystems, das alle Zellen des Nervensystems umfasst, die außerhalb des zentralen Nervensystems (Gehirn und Rückenmark) liegen.
Im zentralen Nervensystem (ZNS) werden ihre Aufgaben von den Oligodendrozyten übernommen, während Astrocyten die Zellen der Blut-Hirn-Schranke ausbilden.
Astrocyten gehören wie die Schwann-Zellen und Oligodendrozyten zu den Makroglia. Sie kommen beide im Gehirn und Rückenmark vor, unterscheiden sich jedoch in ihren Funktionen. Während Oligodendrozyten hauptsächlich Axone elektrisch isolieren, dienen Astrozyten der Nährstoffversorgung von Neuronen, der Regulation des Kalium-Haushaltes, Flüssigkeitsregulation und dem Transport von Abfallstoffen.
| Astrozyten | Oligodendrozyten |
| Funktion | - Ernährung von Neuronen
- Flüssigkeitsregulation
- Regulation Kalium-Haushalt
- Transport von Abfallstoffen
| - elektrische Isolation von Axonen
- Energieversorgung der Axone
|
Schwann Zellen – Aufbau
Schwann-Zellen kommen in Wirbeltieren immer in Kombination mit Neuronen vor und könnten deren “stumme Partner” genannt werden. Sie sind in regelmäßigen Abständen an den Axonen von Neuronen lokalisiert, wobei sie die Substanz Myelin produzieren, die sich wie die Blätter auf einer Klopapierrolle um das Axon und die Schwann-Zelle legt.
Die Abstände zwischen den einzelnen Schwann-Zellen werden Ranvier-Schnürringe genannt.
Schwann-Zellen liegen somit immer im Verbund mit einem Axon zwischen dem Zellkörper (Soma) und den synaptischen Enden eines Neurons.
Wird ein Querschnitt durch ein Axon mit seiner Ummantelung aus Schwann-Zellen gezogen, dann wird die Mantelstruktur der Schwann-Zellen erkennbar. Diese Mantelstruktur besteht aus einer Plasmamembran, die von den Schwann-Zellen produziert wird und zu einem Großteil aus Myelin besteht.
Myelin ist ein lipidreiches Material, das den ummantelten Axonen eine weißliche Färbung gibt.
Die eigentliche Schwann-Zelle hat dabei ihren Ursprung an der innersten Schicht der Myelinhülle und enthält in ihrem Inneren Mitochondrien. Wird Myelin produziert, wickelt es sich als Teil der Mantelstruktur von innen nach außen um die Schwann-Zelle und um das Axon.
Die Umwicklung eines Axons mit Myelin wird Myelinscheide oder Markscheide genannt.
Schwann Zellen – Funktion
Schwann-Zellen dienen der Ernährung, Stützung und elektrischen Isolierung von Axonen. Die elektrische Isolierung ist hierbei für die Reizweiterleitung innerhalb des Organismus von Wirbeltieren von besonderer Bedeutung.
Alle Organismen erhalten über Sinneszellen (Rezeptoren) ständig Reize und Signale aus der Umwelt und aus dem eigenen Körper, die im (zentralen) Nervensystem verarbeitet werden müssen. Die Weiterleitung von Reizen und Signalen geschieht in Organismen über Aktionspotentiale innerhalb von Neuronen.
Wie ein Aktionspotential entsteht, kannst Du in der entsprechenden StudySmarter-Erklärung zum Aktionspotential nachlesen.
Saltatorische Erregungsleitung
Durch die elektrische Isolierung an den Myelinscheiden, durch die Schwann-Zellen, sind spannungsgesteuerte Ionenkanäle lediglich in den Ranvier-Schnürringen vorhanden. Ein Aktionspotential “springt” also in einem Axon von Schnürring zu Schnürring und kann dementsprechend schneller durch den Organismus geleitet werden.
Die “springende” Form der Erregungsweiterleitung durch Aktionspotentiale von Schnürring zu Schnürring wird saltatorische Erregungsleitung genannt.
Die Geschwindigkeit eines Aktionspotentials in einem Axon mit Schwann-Zellen und Myelinscheide beträgt ca. 100 m/s oder 360 km/h, was wesentlich schneller ist als die Weiterleitung in Axonen ohne Schwann-Zellen und Myelinscheiden. Das liegt an der weitaus höheren Anzahl der spannungsgesteuerten Ionenkanäle, die in einem Axon ohne Schwann-Zellen pro Strecke für eine Weiterleitung des Aktionspotentials geöffnet und geschlossen werden müssen.
Schwann-Zellen ermöglichen durch die Ausbildung der Myelinscheiden eine schnellere Signalweiterleitung in den Axonen von Wirbeltieren.
Vorteile und Nachteile der saltatorischen Erregungsleitung
Die Vorteile und Nachteile der saltatorischen Erregungsleitung durch Schwann-Zellen findest Du in der unten stehenden Tabelle.
| Vorteile | Nachteile |
Durch die erhöhte Weiterleitungsgeschwindigkeit sind bei gleichen Durchmessern von Axonen, schnellere Reaktionen möglich. | Schwann-Zellen und Myelinscheiden nehmen Platz ein, was besonders im Gehirn mit ca. 100 Milliarden Neuronen mit ihren Axonen ein Problem darstellt. |
Axone mit einem geringeren Durchmesser können die gleiche Leistungsgeschwindigkeit erreichen, wodurch Material und Raum gespart wird. | |
Schwann Zellen – Vorteile
Der größte Vorteil der Schwann-Zellen ist neben der elektrischen Isolierung der Axone die axonale Regeneration. Schwann-Zellen ermöglichen es, beschädigte Axone bzw. Nervenfasern wieder zusammenwachsen zu lassen und haben somit einen regenerativen Effekt auf das Nervensystem.
Oligodendrozyten haben die gleichen Funktionen im zentralen Nervensystem wie die Schwann-Zellen im peripheren Nervensystem, allerdings können sie zerstörte Nervenfasern nur stark eingeschränkt oder gar nicht regenerieren. Deshalb sind Schädigungen im zentralen Nervensystem (Gehirn & Rückenmark) besonders verheerend für den Organismus.
Schwann Zelle – Das Wichtigste
Schwann-Zellen sind Gliazellen des peripheren Nervensystems, die Axone von Nervenzellen umhüllen. Sie bilden Myelin, was die Axone elektrisch isoliert. Die Umwicklung eines Axons durch das Myelin einer Schwann-Zelle wird auch Myelinscheide oder Markscheide genannt.
Die nicht isolierten Zwischenräume zwischen den Schwann-Zellen werden Ranvier-Schnürringe genannt. Hier liegen spannungsgesteuerte Ionenkanäle.
Aktionspotentiale “springen” von Ranvier-Schnürring zu Ranvier-Schnürring, da nur hier die spannungsgesteuerten Ionenkanäle das Aktionspotential erneuern müssen. Diese Form der Erregungsübertragung ist wesentlich schneller als die Weiterleitung an Axonen ohne durch Schwann-Zellen gebildete Myelinscheiden.
Nachweise
- Sadava et al. (2019), Purves Biologie, Springer Spektrum.
- Brian A. MacVicar, Eric A. Newman: Astrocyte regulation of blood flow in the brain. In: Cold Spring Harb Perspect Biol 7, 5, 2015.
- Jan Behrends et al (2016), Duale Reihe Physiologie, Thieme.
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