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Rezeptoren, Allgemeines

Lernziele

Wenn Sie diese Seite durchgearbeitet haben, sollten Sie

  • wissen, was man unter einer sensorischen Bahn versteht,
  • den Begriff "sensorische Bahn" am Beispiel des Kniesehnenreflexes" erläutern können
  • die folgenden Begriffe erklären können: Transduktion, Transmission, Perzeption, primäre Sinneszelle, sekundäre Sinneszelle.

Der Kniesehnenreflex als Ausgangspunkt

Den Kniesehnenreflex hatten wir kurz schon auf der Seite "Zusammenwirken der Nervenzellen" besprochen.

Der Kniesehnenreflex

Rezeption des Reizes

Eine sogenannte sensorische Bahn fängt mit der Rezeption eines Reizes an. Grundsätzlich versteht man unter Reizen eine Form von Energie, "die zu einer messbaren Änderung im Organismus führt bzw. von ihm wahrgenommen wird." [1]

Nervenzellen, die sich auf die Wahrnehmung solcher Reize spezialisiert haben, werden als Sinneszellen oder sensorische Rezeptoren bezeichnet. Bei unserem Beispiel "Kniesehnenreflex" sind die Muskelspindeln solche Rezeptoren. Muskelspindeln können Dehnungsreize wahrnehmen, sind also Dehnungsrezeptoren, eine Unterklasse der Mechanorezeptoren.

Transduktion

Wenn also der Muskel durch äußere Einwirkungen gestreckt wird (zum Beispiel durch den Hammer des Arztes), dehnt sich auch die Muskelspindel. Diese mechanische Energie (Dehnung) wird dann in elektrische Energie umgewandelt; das Membranpotenzial des Dehnungsrezeptors verändert sich beispielsweise von -70 mV (Ruhezustand) auf -40 mV. Diese Änderung des Ruhepotenzials, die durch einen Reiz verursacht wird, bezeichnet man als Rezeptorpotenzial.

Rezeptorpotential

"...an einem Rezeptor infolge Reiz-Einwirkung (Reiz) entstehende Änderung (Depolarisation) des Membranpotentials. Im Gegensatz zum Aktionspotential entlang eines Axons folgt das an Dendriten und/oder dem Perikaryon entstehende Rezeptorpotential nicht dem Alles-oder-Nichts-Gesetz. Vielmehr ist seine Amplitude abhängig von der Reizintensität und seine Dauer durch die Einwirkungszeit des Reizes bedingt". [3]

Diese Definition aus dem Spektrum-Lexikon der Biologie ist nicht ganz vollständig. Bei manchen Sinneszellen kann ein Reiz auch zu einer Hyperpolarisierung der Membran führen, siehe dazu das Beispiel mit den Tastborsten der südamerikanischen Jagdspinne.

Die Umwandlung eines Reizes in eine Änderung des Membranpotenzials (Rezeptorpotenzial) wird als Transduktion bezeichnet. Die Amplitude des Rezeptorpotenzials ist abhängig von der Reizintensität; je größer die Reizintensität, desto größer das Rezeptorpotenzial, also die Abweichung vom Ruhepotenzial.

Bei Reizen, deren Intensität um mehrere Größenordnungen schwanken kann (beispielsweise Lichtintensität oder Schalldruck), besteht oft eine logarithmische Abhängigkeit des Rezeptorpotenzials von der Reizintensität. Das heißt beispielsweise, dass eine Verzehnfachung der Reizintensität nur zu einer Verdopplung der Rezeptorpotenzial-Amplitude führt und nicht zu einer Verzehnfachung.

Transmission

Der nächste Schritt in der sensorischen Bahn ist die sogenannte Transmission. Das Rezeptorpotenzial wird dabei in eine Abfolge von Aktionspotenzialen umgewandelt. Das kann entweder in der Sinneszelle selbst geschehen, oder die Sinneszelle ist über eine Synapse mit einem afferenten Neuron verbunden, welches dann die Aktionspotenziale produziert.

Primäre und sekundäre Sinneszellen

siehe folgenden Text

primäre und sekundäre Sinneszellen
Autor: Ulrich Helmich

Primäre Sinneszellen sind umgewandelte Nervenzelle, die ein Axon besitzen und selbst Aktionspotenziale erzeugen können.

Sekundäre Sinneszellen sind oft umgewandelte Epithelzellen, die kein Axon besitzen. Das Rezeptorpotenzial löst hier die Freisetzung von Neurotransmittern aus, die dann von einer ableitenden afferenten Nervenzelle aufgenommen werden. Dort bilden sich dann Aktionspotenziale, wenn ihr Membranpotenzial einen gewissen Schwellenwert überschreitet.

Die Dehnungsrezeptoren, also auch die Muskelspindel, gehört zu den primären Sinneszellen, kann also selbst Aktionspotenziale erzeugen. Das Axon des Dehnungsrezeptors erstreckt sich bis ins Rückenmark.

Perzeption

Unter der Perzeption versteht man die Wahrnehmung des Reizes. Viele Reize aus der Umwelt werden wahrgenommen, beispielsweise Gerüche, Wärme, Kälte, Licht, Schall, Berührungen etc. Viele andere Reize aus der Umwelt und vor allem auch Reize aus dem Körper selbst wie zum Beispiel Blutdruck, Blutzuckerspiegel, Sauerstoffgehalt des Blutes und so weiter werden allerdings nicht wahrgenommen, zumindest nicht bewusst. Da aber auch solche Reize zu einer Reaktion des Körpers führen, die dann oft auch nicht bewusst wahrgenommen wird (oder merken Sie es, wenn Ihre Bauchspeicheldrüse Insulin produziert, weil sich der Blutzuckerspiegel erhöht hat?), spricht man auch hier von einer Perzeption. Sie selbst nehmen den Reiz nicht wahr, aber Ihr Körper merkt es und reagiert darauf.

An der Perzeption des Hammerschlags beim Kniesehnenreflex sind weitere Nervenzellen beteiligt. Interneurone übertragen die Informationen des afferenten Neurons auf motorische Neurone. Der eine Muskel wird aktiviert, der andere - der Antagonist oder Gegenspieler - gehemmt (durch eine hemmende Synapse eines Interneurons). Ein weiteres Neuron - in der Abbildung 1 nicht mit eingezeichnet - führt zum Gehirn, so dass man den Hammerschlag auch bewusst wahrnimmt.

Quellen:

  1. Kompaktlexikon der Biologie, Spektrum-Verlag, Stichwort "Reiz".
  2. Urry, Cain, Wassermann, Minorsky, Reece, Campbell Biologie, Hallbergmoos 2019, 11.Auflage
  3. Lexikon der Biologie, Spektrum-Verlag, Stichwort "Rezeptorpotenzial".