Synapsen

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 12. November 2016
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Synapsen sind die Verbindungsstellen zwischen Nervenzellen und Sinnes-, Muskel- oder Drüsenzellen oder zwischen zwei oder mehreren Nervenzellen. Sie dienen der Signal- und Reizübertragung. Die Reizübertragung erfolgt meist auf chemischem Wege mittels Neurotransmitter.

Es gibt auch Synapsen, die ihr Aktionspotenzial direkt auf elektrischem Wege übertragen, was die Reizübertragung schneller macht und deshalb zum Beispiel bei Muskelreflexen von Vorteil ist. Elektrische Synapsen können im Gegensatz zu chemischen Synapsen Reize in beiden Richtungen übertragen.

Inhaltsverzeichnis

Was sind Synapsen?

Synapsen ermöglichen die Reiz- und Signalübertragung zwischen Nervenzellen (Neuronen) untereinander und zwischen Nervenzellen und Sinnes-, Muskel- und Drüsenzellen. Der Name geht auf den britischen Physiologen Sir Charles Sherrrington zurück und leitet sich vom altgriechischen „syn“ für zusammen und „haptein“ für greifen oder fassen ab.

Nach Art der Reizübertragung von der Senderzelle zur Empfängerzelle wird zwischen chemischen und elektrischen Synapsen unterschieden. Bei den chemischen Synapsen wird das elektrische Potenzial, das die sendende Zelle übertragen soll, an der Synapsenmembran in einen chemischen Botenstoff (Neurotransmitter) umgewandelt.

Der enge Spalt, der sich zwischen den Synapsen der sendenden Zelle und der empfangenden Zelle befindet, wird von dem Neurotransmitter überwunden und das ehemals elektrische Aktionspotenzial wieder in ein solches zurückübersetzt.

Handelt es sich bei der Empfängerzelle um Muskel- oder Drüsenzellen, in Aktionen umgesetzt oder im Falle eines anderen Neurons als elektrisches Aktionspotenzial weitergeleitet. Diese Art der Signalübertragung hat den Vorteil, dass es sich um eine gerichtete, unidirektionale, Informationsübertragung handelt. Im Gegensatz dazu können elektrische Synapsen in beiden Richtungen, also bidirektional, Reize übertragen.

Anatomie & Aufbau

Eine Synapse besteht immer aus einem übertragenden Teil oder Sender, dem Endknöpfchen eines Axons, das mit der sogenannten präsynaptischen Membran abschließt. Der gegenüberliegende Empfängerteil der Synapse, das Endknöpfchen eines Dendriten, schließt mit der postsynaptischen Membran ab.

Zwischen der präsynaptischen und der postsynaptischen Membran befindet sich der synaptische Spalt. Er ist sehr eng und beträgt bei chemischen Synapsen 10 bis 20 nm. Bei elektrischen Synapsen erreicht der Spalt nur Werte um 3,5 nm.

Beim Menschen wird die Anzahl der Synapsen auf den unvorstellbaren Wert von etwa 100 Billionen geschätzt, entsprechend einer 1 mit 14 Nullen. Die präsynaptischen Endknöpfchen der Axone halten in sogenannten Vesikeln spezifische Neurotransmitter bereit.

Zur Sicherstellung der Energie enthalten die Endknöpfchen zahlreiche Mitochondrien und noch weitere Organellen. Bei einem ankommenden Aktionspotenzial entleeren die Vesikel im Zuge der Exozytose die Neurotransmitter in den synaptischen Spalt.

Der Empfängerteil der Synapse, das Endknöpfchen eines Dendriten oder einer Aktionszelle (Muskel- oder Drüsenzelle), enthält in seiner Membran spezielle Rezeptoren, an die der ausgeschüttete Botenstoff andocken kann, was zu einer Rückübersetzung in ein elektrisches Aktionspotenzial oder zur Muskelkontraktion oder Düsensekretion führt.

Funktion & Aufgaben

Je nach Funktion lassen sich Synapsen in Effektor- und Sensorsynapsen sowie in interneuronale Synapsen einteilen.

  • Effektorsynapsen stellen die Verbindung zwischen Neuronen und Muskelzellen oder Neuronen und Drüsenzellen her.
  • Exzitatorische Effektorsynapsen dienen dazu, den Muskelzellen den Befehl zur Kontraktion oder den Drüsenzellen den Befehl zur Sekretion zu erteilen.
  • Inhibitorischen Effektorsynapsen wiederum übermitteln die gegenteilige Information, nämlich zur Muskelentspannung und zur Einstellung der Drüsensekretion.
  • Sensorsynapsen haben die Aufgabe, sensorische Signale von Sinneszellen und Rezeptoren wie Fotorezeptoren in der Netzhaut, Schmerzrezeptoren (Nozizeptoren), Thermosensoren, Druck- und Spannungssensoren und vielen anderen, aufzunehmen und an die entsprechenden Schaltzentren im Gehirn weiter zu leiten.
  • Interneuronale Synapsen, die eine Querverbindung zwischen zwei oder mehreren Neuronen bilden, kommen in einer riesigen Menge im Gehirn vor. Es gibt eine Vielzahl denkbarer Verschaltungsmöglichkeiten, die praktisch auch alle vorkommen, mit jeweils unterschiedlichen Aufgaben.

So gibt es beispielsweise Verknüpfungen zwischen Axonen und Dendriten, Axonen und Zellkörper (Soma), zwischen den Dendritengeflechten zweier Neuronen und direkte Verknüpfungen zwischen den Zellkörpern zweier Neuronen.

Interneuronale Synapsen dienen der komplexen Informationsverarbeitung, z. B. innerhalb des vegetativen Nervensystems, aber auch der Verarbeitung komplexer Information zu einem Gesamtbild im Zentralnervensystem.

  • Chemische Synapsen sind auf jeweils einen bestimmten Neurotransmitter spezialisiert beziehungsweise halten diesen bestimmten Neurotransmitter in ihren Vesikeln vor. Daher lassen sich die chemischen Synapsen auch nach „ihren“ Neurotransmittern differenzieren wie zum Beispiel adrenerge , cholinerge und dopaminerge Synapsen, entsprechend der mitgeführten Neurotransmitter Adrenalin, Acetylcholin oder Dopamin.
  • Elektrische Synapsenkommen dort zum Einsatz, wo die extreme Schnelligkeit von Reizübertragungen wichtig ist wie etwa bei der Auslösung von Muskelreflexen.

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Beschwerden & Krankheiten

Im Jahr 2014 haben Forscher in Baltimore nachgewiesen, dass bestimmte Genmutationen zu einer gestörten Synapsenbildung führen, wodurch mentale Erkrankungen verursacht werden können wie Schizophrenie und schwere Depressionen.

Weitaus bekannter ist, dass Gifte zu Störungen der Synapsenfunktionen führen mit teils gravierenden Auswirkungen. Entweder blockieren die Stoffe die Ausschüttung der Neurotransmitter in den synaptischen Spalt oder sie sind den Neurotransmittern so ähnlich, dass sie an deren Stelle an den Rezeptoren der postsynaptischen Membran andocken.

In beiden Fällen wird die Funktion der Synapsen erheblich bis völlig gestört und blockiert. Ein Beispiel für die Blockade der Exozytose an der präsynaptischen Membran ist das von Clostridien-Bakterien synthetisierte Botulinumtoxin.

Das Neurotoxin, das auch unter dem Namen Botox bekannt ist, wirkt – ähnlich wie das Tetanustoxin – lähmend auf die Muskulatur, weil die Effektorsynapsen den Muskelfasern keinen Kontraktionsreiz mehr übermitteln können. In schweren Fällen kann das zur Atemlähmung mit Todesfolge führen.

Viele Spinnen-, Insekten- und Quallengifte sowie Gifte verschiedener Pilze sind Synapsengifte. Auch Drogen wie Alkohol, Nikotin, Halluzinogene wie LSD und auch Psychopharmaka sind Synapsengifte mit unterschiedlichen Auswirkungen.

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