Allgemeines über Mechanorezeptoren

Grundprinzip

Mechanorezeptoren reagieren auf mechanische Reize (Deformation) mit einer Veränderung des Membranpotenzials, wobei sowohl Depolarisierungen wie auch Hyperpolarisierungen möglich sind. Äußere mechanische Reize aus der Umwelt werden auf vielfältige Weise wahrgenommen. Unsere Haut ist in der Lage, Druck, Berührungen und Dehnung wahrzunehmen. Unser Ohr nimmt Schallwellen wahr, und auch der Lagesinn und der Drehsinn unseres Ohres basieren auf Mechanorezeptoren.

Aber auch innere Reize werden von Mechanorezeptoren wahrgenommen. Rezeptoren an den Muskeln und Gelenken teilen unserem Gehirn mit, in welcher Körperhaltung wir uns gerade befinden.

Der typische Mechanorezeptor besitzt in seinen oft verdickten oder umgebildeten Dendriten mechanisch verformbare Ionenkanäle. Das folgende Bild zeigt einen mechanisch gesteuerten Natriumkanal in der Membran eines Mechanorezeptors. Der Natriumkanal ist mit externen Strukturen verbunden, zum Beispiel Cilien oder feinen Härchen. Werden diese Strukturen durch mechanische Einwirkungen ausgelenkt (nach links, rechts, vorne, hinten, oben, unten), wirkt sich das direkt auf den Öffnungszustand und damit auf die Permeabilität des Natriumkanals aus.

Bildung eines Rezeptorpotenzials über einen mechanisch gesteuerten Natriumkanal

Im Normalzustand dringen stets einige Natrium-Ionen durch diese Kanäle in die Zelle ein, werden aber durch die Natrium-Kalium-Pumpe wieder heraus transportiert, dadurch wird eine konstantes Ruhepotenzial von -70 mV aufrecht erhalten.

Bei einer Auslenkung der verbundenen Struktur in die eine Richtung (hier: nach links) öffnet sich der Ionenkanal, und mehr Natrium-Ionen strömen in die Zelle, was dann zu einer Depolarisierung führt. Durch Ausstrom von Kalium-Ionen wird dann eine Repolarisierung eingeleitet, und die Natrium-Kalium-Pumpe sorgt für die Wiederherstellung des Ruhepotenzials - ähnlich wie bei einem Aktionspotenzial.

Wird die verbundene Struktur in die andere Richtung (hier: nach rechts) ausgelenkt, schließt sich der Ionenkanal, und es können keine Natrium-Ionen mehr in die Zelle eindringen. Die Natrium-Kalium-Pumpe arbeitet aber weiter und befördert Natrium-Ionen ins Außenmedium. Dadurch wird es auf der Innenseite der Membran negativer, so dass es zu einer Hyperpolarisierung kommt. Vermutlich besitzen solche Mechanorezeptoren dann Natrium-Sickerkanäle, durch die Natrium-Ionen wieder in die Zelle einströmen, bis sich das Ruhepotenzial wieder eingestellt hat.

Bei Mechanorezeptoren im Innenohr der Säugetiere übernehmen Kalium-Ionen die Rolle der Natrium-Ionen. Die Haarzellen der Schnecke sowie der Gleichgewichtssensoren befinden sich in einer stark K⁺-haltigen Endolymphe. Wenn die K⁺-Kanäle sich weiten, fließen K⁺-Ionen in die Zelle und führen dort zu einer Depolarisierung.