Graue und weiße Substanz: Aufbau und Funktionen
Das menschliche Gehirn ist eine sehr komplexe Struktur. Außerdem gibt es Teile des Gehirns, über die wir noch nicht viel wissen. Noch wichtiger ist, dass Medizin und Wissenschaft noch immer nicht wissen, wie zahlreiche Erkrankungen des Nervensystems geheilt werden können und wie man die Schäden beheben kann.
Trotz alledem ist es Wissenschaftlern gelungen, viel über dieses geheimnisvolle Organ, das der Knotenpunkt unserer Persönlichkeit und unseres Lebens ist, herauszufinden.
Die Unterteilung seiner anatomischen Struktur
in Lappen, die linke und rechte Hemisphäre und Teile des Gehirns helfen uns,
seine Struktur und, was noch wichtiger ist, seine Funktionen und Mechanismen besser zu verstehen.
Eine sehr gebräuchliche und sinnvolle Klassifizierung der Gehirnstrukturen bezieht sich auf die Unterteilung in graue und weiße Substanz. In diesem Artikel werden wir die Natur dieser beiden Arten von Strukturen, ihre Unterschiede, Bedeutung und Funktionen diskutieren.
Abschließend wird auf verschiedene Zustände, Krankheiten und Schäden der weißen und grauen Substanz sowie deren Folgen eingegangen.
Graue vs. Weiße Substanz
Die graue Substanz zeichnet sich dadurch aus, dass sie die Nervenzellkörper enthält. Der wissenschaftliche Name für die Neuronenkörper ist Soma (1).
Die weiße Substanz ist spezifisch dafür, dass sie myelinisierte Axone enthält (1). Diese Strukturen sind lange Relais. Sie gehen von den Neuronenkörpern aus. Da ihre Farbe weißlich ist, werden diese Strukturen als weiße Substanz bezeichnet.
Die Farbe kommt von dem hohen Fettgehalt des Myelins. Diese Struktur verbindet die Gehirnzellen und ist in Bahnen oder Bündeln verteilt.
Auch wenn beide Materietypen im gesamten ZNS angeordnet sind, d.h. sowohl im Gehirn als auch im Rückenmark vorkommen, müssen wir ein Detail hervorheben. Auf einer System- oder Klassifizierungsebene ist die Einteilung in weiße und graue Substanz korrekt.
Es gibt jedoch gemischte Zelltypen. Solche Typen gibt es sowohl in der weißen als auch in der grauen Substanz. Daher sind die Dinge weder schwarz-weiß (oder grau-weiß) noch einfach.
Inhalt der grauen und weißen Substanz
Abgesehen von diesen grundlegenden Unterschieden ist es wichtig, den Inhalt dieser beiden Substanztypen zu betonen. Die graue Substanz enthält Gliazellen, Axonbahnen, Neuropil (Glia, Dendriten und nicht-myelinisierte Axone) sowie kapillare Blutgefäße (1).
Die weiße Substanz enthält die Gliazellen, die für die Produktion von Myelin verantwortlich sind (die Oligodendrozyten) und die Astrozyten (1).
Wo befindet sich die graue Substanz?
Es ist leicht zu erkennen, wo die Konzentration der Grauen Substanz am höchsten ist. Einfach gesagt, wir suchen nach den neuronalen Zellkörpern. Wir wissen, dass sie vor allem im Kleinhirn, im Hirnstamm oder Truncus encephali und im Großhirn vorkommen.
Die Mehrzahl der Neuronen befindet sich im Kleinhirn (1). Genauer gesagt, enthält es mehr als alle anderen Gehirnteile zusammen. Graue Substanz ist auch im Rückenmark vorhanden.
Außerdem gibt es Regionen im
ZNS, die eine äußere Schicht der grauen Substanz aufweisen. Das sind vor allem das
Zerebrum und das Kleinhirn. Was den Hirnstamm und seine graue Substanz betrifft,
so enthält dieser Teil des Gehirns Gruppen von Neuronen oder Kernen, die in
Bahnen der weißen Substanz eingebettet sind.
Wo befindet sich die weiße Substanz?
Axon-Bahnen, die die weiße Substanz darstellen, befinden sich meist unter den Regionen der grauen Substanz. Das heißt, sie befinden sich in tieferen Bereichen des Kleinhirns und des Großhirns.
In anderen Fällen, zum Beispiel bei den Basalganglien, ist die graue Substanz in die weiße Substanz eingebettet. Auch die mit Flüssigkeit gefüllten Hirnventrikel sind von weißer Substanz umgeben.
Außerordentlich interessant ist ein Blick auf das Rückenmark und die Organisation der weißen und grauen
Substanz in dieser Region. Die graue Substanz bildet nämlich eine schmetterlingsartige Struktur
und ist von der weißen Substanz bedeckt.
Die Funktion der grauen und weißen Substanz
Zunächst einmal spielt die graue Substanz eine Schlüsselrolle bei der Steuerung der sensorischen und muskulären Aktivität (1). Genauer gesagt sind die Hirnregionen, in denen die graue Substanz vorherrscht, an diesen Prozessen beteiligt.
Die Großhirnrinde zum Beispiel, die äußere Schicht oder Oberflächenstruktur des Gehirns, besteht aus Säulen der grauen Substanz, unter denen die weiße Substanz liegt. Die Großhirnrinde hat mehrere wichtige Funktionen.
Zu diesen gehören Lernen, Gedächtnis, kognitive Prozesse und Aufmerksamkeit. Darüber hinaus steht die Funktion der grauen Substanz im Kleinhirn im Zusammenhang mit der motorischen Kontrolle, dem Gleichgewicht, der Präzision und der Koordination.
Zur Funktion der
weißen Substanz kann man sagen, dass das weiße fettige Myelin wichtig für die
Isolation der Axone ist. Dies ermöglicht einen schnelleren Signaltransport und wirkt sich direkt
auf die normalen sensorischen und motorischen Funktionen aus.
Erkrankungen der Grauen Substanz
Schäden und Erkrankungen der Grauen Substanz führen zu erheblichen Funktionsstörungen verschiedener Systeme, vor allem zu Schwierigkeiten bei der Interpretation der sensorischen Informationen, sowie des motorischen Informationsempfangssystems.
Die Folge sind Lähmungen, Muskelschwäche und Kribbelgefühle.
Wenn es um den Ursprung dieser Krankheiten geht, werden sie als neurodegenerative Krankheiten eingestuft. Dazu gehören die frontotemporale Demenz und die Alzheimersche Krankheit. Leider leiden weltweit Millionen von Menschen an diesen neurodegenerativen Erkrankungen.
Obwohl bei diesen Krankheiten auch Veränderungen in der weißen Substanz zu finden sind, weisen Wissenschaftler darauf hin, dass die neurofibrillären Tau-Wirbel und die Amyloid-Plaques in der grauen Substanz zu finden sind.
Deshalb werden diese Krankheiten am häufigsten mit Veränderungen der grauen Substanz in verschiedenen Gehirnstrukturen in Verbindung gebracht. Außerdem bestimmt erwartungsgemäß der Teil des Gehirns, in dem der größte Teil der Neuronen verloren geht, den Verlauf der Krankheit. Folglich sind die Symptome der motorischen Behinderung bei der Parkinson-Krankheit mit den Veränderungen in der Substantia nigra usw. verbunden.
Schließlich müssen wir eine weitere Gruppe von Schädigungen der grauen Substanz hervorheben. Das sind die Verletzungen des Rückenmarks. Wenn die Axonbündel in diesem Teil des Nervensystems, dem Rückenmark, geschädigt sind, ist die Verbindung zwischen der grauen Substanz im Rückenmark und dem Gehirn entweder gefährdet oder geht ganz verloren.
Als Folge kann der Patient unter Empfindungsstörungen, Lähmungen und anderen Funktionsstörungen leiden, die bei einer Schädigung des Nervenkörpers dauerhaft sein können.
Erkrankungen der weißen Substanz
Auch wenn viele Krankheiten sowohl die weiße als auch die graue Substanz betreffen, ist es wichtig zu wissen, welche Krankheiten als Folge von Schäden oder Traumata oder anfänglichen Veränderungen in der weißen oder grauen Substanz auftreten.
Neurale Erkrankungen, die zu einer Störung der Weiterleitung von Nervensignalen führen, haben ihren Ursprung beispielsweise in Veränderungen der weißen Substanz. Der Grund dafür ist einfach: Die weiße Substanz ist für das reibungslose und ordnungsgemäße Funktionieren des Nervensystems verantwortlich.
Es ist interessant, sich auf MS oder Multiple Sklerose zu konzentrieren. Das ist eine Krankheit, für die wir immer noch keine Heilung kennen. Wissenschaftler arbeiten jedoch daran, und hoffentlich werden wir sie in naher Zukunft erfolgreich behandeln können. Gegenwärtig weiß man, dass bei MS-Patienten die schützende Axonhülle aus dem weißen, fettigen Myelin zerstört wird (2).
Die Folge sind schwere sensorische oder motorische Störungen. Es gibt verschiedene Arten von MS sowie unterschiedliche Stadien der Krankheit. Manche Patienten geben an, dass sich ihr Zustand immer wieder ändert.
Der Grund dafür ist die Tatsache, dass bei der schubförmig remittierenden MS die Myelinschicht verloren geht und zwar repariert werden kann, aber leider immer wieder verloren geht (2). Die fortschreitende MS hingegen führt zu einem Absterben der Nervenzellen durch die axonale Schädigung, was ein irreversibler Zustand ist (2).
Außerdem weiß man heute, dass die Erkrankung der weißen Substanz zu etwa einem Fünftel der Schlaganfälle führt. Der Grund dafür ist die Tatsache, dass Krankheiten, die die weiße Substanz betreffen, auch die Blutgefäße in ihr beeinträchtigen. Wie bei den üblichen Schlaganfällen verhärten sie sich und verhindern, dass Nährstoffe und Sauerstoff in die Hirnregionen gelangen.
Fazit
Die graue Substanz, die ihren Namen von der dunklen, gräulichen Farbe hat, enthält Nervenzellkörper. Außerdem beherbergt sie die Axonendigungen, Nervensynapsen und die Dendriten. Zu den Gehirnbereichen, in denen sie vorherrscht, gehören das Großhirn, das Kleinhirn und der Truncus encephali oder der Hirnstamm.
Auch im Rückenmark ist es zu finden. In seinem zentralen Teil bildet er nämlich eine schmetterlingsförmige Struktur. Der hintere Teil dieser Struktur wird als dorsales graues Horn bezeichnet. Es ist besonders wichtig für die Weiterleitung der sensorischen Informationen an das Gehirn durch die aufsteigenden Nervensignale.
Der vordere Teil dieser schmetterlingsartigen Form wird als ventrales graues Horn bezeichnet. Es ist für die Weiterleitung der absteigenden Nervensignale an die autonomen Nerven zur Steuerung der motorischen Aktivitäten verantwortlich.
Eine Schädigung der grauen Substanz, genauer gesagt des dorsalen grauen Horns, kann zu Schwierigkeiten bei der Interpretation der sensorischen Informationen führen. Außerdem verhindert eine Schädigung des ventralen grauen Horns die normale Funktion des motorischen Informationsempfangssystems. Diese Zustände führen zu Lähmungen, Muskelschwäche und Kribbeln.
Die
weiße Substanz besteht aus Axonbündeln. Das Hauptmerkmal ist die Myelin
Ummantelung. Myelin ist eine Struktur, die aus einer Mischung von Lipiden und Proteinen besteht. Es
ist für den Schutz der Axone und die Weiterleitung von Nervensignalen zum Rückenmark
verantwortlich.
Wenn
die weiße Substanz beschädigt ist, kann dies die sensorischen Funktionen, die Bewegung und
angemessene Reaktionen auf äußere Reize beeinträchtigen.