Rezeptoren

Rezeptoren Sinnesrezeptoren

Man kann Sinneszellen aufgrund von verschiedenen Sinnesmodalitäten unterscheiden. Die klassischen fünf Sinnesmodalitäten sind:

• Sehen
• Riechen
• Hören
• Schmecken
• Fühlen

Die einzelnen Sinnesmodalitäten werden nur über spezifische Sinnesrezeptoren aufgenommen. Die Sinnesrezeptoren können dabei im Gewebe verteilt auftreten, wie es bei den Schmerzrezeptoren in der Haut der Fall ist, oder in einem Sinnesorgan organisiert sein, wie die Fotorezeptoren in der Netzhaut.

Rezeptoren – Reizweiterleitung

Rezeptoren sind stark spezialisierte Zellen, die lediglich auf einen für den Rezeptor spezifischen Reiz reagieren. Diesen spezifischen Reiz nennt man adäquaten Reiz. Rezeptoren haben bei eintreffenden adäquaten Reizen eine niedrige Reizschwelle, sodass bereits geringe Energiemengen ausreichen, um ein Signal an das zentrale Nervensystem zu senden. Nicht adäquate Reize (= Fremdreize oder inadäquate Reize) werden von der Sinneszelle nur in ein Signal umgewandelt, wenn die Intensität des eintreffenden Reizes sehr stark ist.

Sobald ein starker Reiz wie eine hohe Lichteinstrahlung der Sonne auf den Rezeptor im Auge trifft, beginnt die Reizweiterleitung. Es handelt sich hierbei um einen adäquaten Reiz, da Sonnenlicht auf die für Licht sensiblen Fotorezeptoren trifft.

Der Reiz wird von dem Rezeptor aufgenommen und umgewandelt. Genauer gesagt wird der Lichtreiz in eine Nervenerregung umgesetzt. Diese Nervenerregung wird wiederum an das zentrale Nervensystem weitergeleitet. Dort kann ein Handlungskonzept für bspw. eine motorische Reaktion auf den Lichtreiz entstehen, wie das Zukneifen der Augen, um diese vor einer zu hohen Lichteinstrahlung zu schützen.

Rezeptortypen

Sinnesrezeptoren sind hochselektiv und reagieren nur auf einen adäquaten Reiz. Daher lassen sie sich anhand der aufgenommenen Reize in verschiedene Kategorien einordnen. So gibt es z. B. Fotorezeptoren, Mechanorezeptoren, Chemorezeptoren und Thermorezeptoren.

Rezeptoren nehmen zum einen äußere Reize aus der Umwelt auf, zum anderen aber auch innere Reize. Bei den inneren Reizen handelt es sich um chemische und physikalische Reize. Zum Beispiel nimmt ein Mechanorezeptor äußere Reize wie Druck auf, aber gleichzeitig auch innere Reize wie die Änderung der Körperspannung wahr.

Die einzelnen Rezeptortypen und ihre aufgenommenen Reize kannst Du der nächsten Tabelle entnehmen:

Man klassifiziert Sinneszellen weiterhin, ob sie selbstständig ein Aktionspotenzial ausbilden können oder nicht:

Primäre Sinneszellen

Primäre Sinneszellen sind Rezeptoren, welche selbst aus einer elektrischen Erregung ein Aktionspotenzial ausbilden können. Man spricht in diesem Fall auch von einem Generatorpotential. Beispiele hierfür sind die Mechanorezeptoren der Haut, welche Berührungen aufnehmen, Thermorezeptoren oder Muskelspindeln.

Sekundäre Sinneszellen

Hingegen bilden sekundäre Sinneszellen selbstständig kein Aktionspotenzial aus. Die Depolarisierung der Zelle führt bloß zu einem Rezeptorpotenzial. In diesem Fall ist es zwingend notwendig, dass ein Neuron nachgeschaltet ist, damit ein Aktionspotenzial generiert werden kann. Ein Beispiel für eine sekundäre Sinneszelle sind die Geschmacksknospen auf der Zunge.

Rezeptoren – Funktion

Sinnesrezeptoren sind spezialisierte Zellen, welche Reize aufnehmen und diese in elektrische Signale umwandeln können. Diese elektrischen Signale werden in Form eines Aktionspotenzials an die nächste Zelle weitergegeben und somit an das zentrale Nervensystem weitergeleitet.

Im Ruhezustand besitzt die Nervenzelle ein Ruhepotential von -45 bis -70 mV. Kommt es durch einen Reiz zu einer kleinen lokalen Spannungsänderung, passiert in der Nervenzelle zuerst nichts. Nur wenn der Reiz stark genug ist, kann die Schwellenspannung für ein Aktionspotenzial überschritten werden.

Ist die Schwellenspannung erreicht, kommt es immer zu einem Aktionspotenzial. Es strömen vermehrt positiv geladene Ionen in die Nervenzelle ein und es kommt zu der Depolarisierung der Zellmembran (-70 mV bis 0 mV). Da der Einstrom von positiv geladenen Ionen noch kurze eine Weile anhält, kommt es zum Overshoot, das heißt, das Membranpotential wird kurzzeitig positiv (+30 mV), bevor die Repolarisation einsetzt.

Während der Repolarisation werden positiv geladenen Ionen aus der Nervenzelle gepumpt, sodass der Ruhezustand erneut erreicht werden kann. Dabei kommt es kurzzeitig zu einer Hyperpolarisation, also einem negativeren Membranpotential als im Ruhezustand, bis die Zelle das Ionengleichgewicht bei -70 mV wiederhergestellt hat.

Das Potenzial der Zelle steigt auf einen Wert von bis zu +30 mV an. Daher hat die Zelle eine größere elektrische Spannung als zuvor. Man spricht in diesem Fall von einer Depolarisation.

Die Depolarisierung führt zu einem exzitatorischen postsynaptischen Potenzial (EPSP) und somit zu einem Aktionspotenzial im nächsten Neuron. Über die Signaltransduktion wird die elektrische Erregung des Rezeptorpotentials weitergegeben und über Nervenbahnen an das zentrale Nervensystem (ZNS) weitergeleitet. Erst im Gehirn ist eine Wahrnehmung des Reizes möglich.

Reizstärke

Allgemein ist die Intensität des Rezeptorpotentials proportional zur Stärke des Reizes. Denn es gilt, je höher die Reizstärke ist, umso höher ist auch die Frequenz der aufeinanderfolgenden Aktionspotenziale. So kannst Du etwa unterschiedliche laute Töne voneinander unterscheiden. Zudem dauert das Rezeptorpotenzial so lange an, wie der Reiz auf den Rezeptor einwirkt.

Adaptation an Reiz

Hält ein Reiz über einen längeren Zeitraum mit gleicher Intensität an, gewöhnt sich Dein Körper daran. Das kennst Du vielleicht selbst: Nach einer bestimmten Zeit nimmst Du monotone Hintergrundgeräusche oder Gerüche gar nicht mehr aktiv war. Diesen Prozess nennt man Adaptation. Wie und ob eine Reizanpassung abläuft, hängt vom Typ des Rezeptors ab.

Insgesamt kann man die Rezeptoren anhand ihrer unterschiedlichen Anpassung an lang-einwirkende Reize in drei verschiedene Gruppen unterteilen:

1. Die phasischen Sinnesrezeptoren zeigen eine Adaptation bei einem konstanten Reiz. Ihre Reizantwort nimmt ab und es kommt zu einer “Gewöhnung” an den Reiz.
2. Bei tonischen Rezeptoren wie Schmerzrezeptoren nimmt die Aktionspotenzialfrequenz jedoch nicht mit der Zeit ab. Es findet also keine Anpassung an den Reiz statt.
3. Die letzte Gruppe, die phasisch-tonischen Rezeptoren, stellen ein Mischform dar und sind im menschlichen Körper am häufigsten zu finden. Auch wenn die Impulsfrequenz zu Beginn recht hoch ist, fällt sie bei phasisch-tonischen Rezeptoren mit der Zeit auf einen niedrigen, konstanten Wert ab.

Bei phasischen Sinneszellen nimmt die Aktionspotenzialfrequenz jedoch mit der Zeit erheblich ab, weshalb auch mit der Zeit keine Reizantwort mehr erfolgt. Bei phasisch-tonischen Sinneszellen nimmt die Aktionspotenzialfrequenz zwar auch ab, bleibt aber ab einem gewissen Zeitpunkt konstant. Hingegen ist die Reizantwort bei tonischen Zellen über den gesamten Zeitraum konstant hoch und der Reizstärke entsprechend.