Somästhesie und Sinnesphysiologie: Rezeptoren, Geschmack, Geruch und Gehör

Somästhesie und Sensorik

Somästhesie

Allgemeines: Die Information, die zwischen Umwelt und Organismus übertragen wird, gelangt über Sensoren zum Zentralnervensystem. Sie liegt in verschiedenen Formen vor, z. B. als mechanische Reize, Wärme, Schall oder schädliche Reize, chemische Stoffe, Sauerstoff oder schmerzhafte Reize.

Adäquate Reize und Rezeptoren

Die adäquate Intensität eines Reizes wird von den Rezeptoren in ein biologisches Signal transformiert. Die Rezeptoren sind Strukturen, die Reize in ein elektrisches Signal umwandeln (Transduktion), das über das Nervensystem weitergeleitet wird.

Calssifikation der Rezeptoren

Exterozeptoren:

• Haut: Tast-, Temperatur-, Schmerz- und Druckrezeptoren
• Chemische Sinne: Geschmack, Geruch
• Teleozeptoren: Sehen, Hören

Propriozeptoren: Rezeptoren in Knochen, Gelenken, Muskeln und Sehnen.

Viszerozeptoren: Rezeptoren zwischen den Eingeweiden.

Mechanorezeptoren der Haut

Schnell adaptierende Rezeptoren: Meissner-Körperchen und Pacini-Körperchen. Sie reagieren auf Veränderungen von Reizen und passen sich schnell an.

Langsam adaptierende Rezeptoren: Merkel-Zellen (Tastscheiben) und Ruffini-Körperchen. Sie passen sich nur langsam an und reagieren auf anhaltende Reize; ihre Entladungsfrequenz nimmt bei länger anhaltender Reizung ab.

Thermorezeptoren

Kälterezeptoren sind zahlreicher (ca. 15 bis 30 pro cm²) als Wärmerezeptoren (ca. 3 bis 4 pro cm²).

Sensibilitätsklassen

Protopathische Sensibilität: oberflächlich, grob, Schmerz und Temperatur.
Epikritische Sensibilität: fein, lokalisiert, Tastsinn und Unterscheidung von glatt und rau sowie von weich und hart.

Schmerz

Schmerzrezeptoren (Nozizeptoren) sind freie Nervenendigungen. Sie werden durch Gewebeschädigung aktiviert; dabei werden Substanzen wie Histamin, Prostaglandine, Enzyme und Leukozyten freigesetzt. Die Fasern sind marklose C-Fasern (langsame Leitung, 0,5 bis 2 m/s) und dünn myelinisierte A-Delta-Fasern (schnellere Leitung, 2 bis 30 m/s).

Schmerzbahnen:

• Neospinothalamischer Trakt: schnelle, scharfe und gut lokalisierte Schmerzempfindung.
• Paleospinothalamischer Trakt: langsame, schlecht lokalisierte und dumpfe Schmerzempfindung; löst limbische Reaktionen wie Tränenfluss aus.

Endogenes Opioidsystem

Endogene Opioide (Endorphine, Enkephaline, Dynorphine) wirken als körpereigene Schmerzhemmer. Man unterscheidet die Rezeptortypen MU, DELTA und KAPPA. Sie hemmen die Schmerzweiterleitung im Hinterhorn des Rückenmarks.

Schmerzformen

• Akut-intermittierender Schmerz: tritt auf und verschwindet wieder.
• Chronischer Schmerz: dauert lange an; reduzierbar oder nicht reduzierbar.
• Oberflächlicher Schmerz: gut lokalisierbar, oft mit schneller Leitung über A-Fasern.
• Tiefer Schmerz: schlecht lokalisierbar, oft mit C-Fasern, häufig in Form von übertragenem Schmerz (referred pain), z. B. bei einem Herzinfarkt.

Geschmack

Definition: Der Geschmackssinn ermöglicht die Wahrnehmung chemischer Stoffe, die im Speichel löslich sind.

Rezeptoren: Geschmacksknospen befinden sich in den Papillen der Zunge. Man unterscheidet fadenförmige, pilzförmige, blattförmige und wallförmige Papillen. Die Geschmacksrezeptorzellen besitzen Mikrovilli.

Geschmacksqualitäten:

• Süß: Kohlenhydrate. Die Bindung an Rezeptoren aktiviert Adenylatzyklase, cAMP wird gebildet und Na⁺-Kanäle öffnen sich.
• Salzig: Natriumionen (Kochsalz). Na⁺-Kanäle öffnen sich in Abhängigkeit von der Salzkonzentration.
• Sauer: Wasserstoffionen (niedriger pH-Wert unter 7). K⁺-Kanäle werden blockiert, positive Ionen werden freigesetzt.
• Bitter: Alkaloide und stickstoffhaltige Substanzen. Die Bindung aktiviert IP3 als second messenger, Ca²⁺ wird intrazellulär freigesetzt und es kommt zur Depolarisation.

Geruch

Definition: Der Geruchssinn nimmt flüchtige Stoffe wahr, die wasserlöslich und fettlöslich sein müssen. Die Rezeptoren befinden sich in der Riechschleimhaut der Nase.

Riechschleimhaut: Sie kleidet die oberen Nasenmuskeln aus und besteht aus Flimmerepithel. Sie erwärmt, befeuchtet und filtert die Luft und bildet Schleim. Das Riechepithel enthält bipolare Riechzellen, deren Dendriten zur Oberfläche reichen und Zilien tragen. Unter dem Epithel liegen Bowman-Drüsen.

Grundtypen von Gerüchen: Man kann zwischen 2000 und 3000 verschiedene Gerüche unterscheiden; ihre Wahrnehmung ist sehr subjektiv.

Transduktion: Die Bindung an Rezeptoren aktiviert ein G-Protein und Adenylatzyklase. cAMP öffnet Na⁺-Kanäle, wodurch das Membranpotenzial der Zelle verändert wird.

Gehör

Definition: Das Gehör ist der Sinn für Schallwellen. Das Ohr nimmt mechanische Schwingungen wahr und überträgt sie zur Verarbeitung.

Aufbau des Ohres:

• Außenohr: Ohrmuschel, Gehörgang
• Mittelohr: Trommelfell, Gehörknöchelchenkette (Hammer, Amboss, Steigbügel), Ohrtrompete (Tuba auditiva)
• Innenohr: Labyrinth mit Schnecke (Cochlea) und Vestibularapparat (Utriculus, Sacculus, Bogengänge)

Funktion der Ohrtrompete: Sie reguliert den Druck zwischen Außen- und Mittelohr.

Perilymphe: Flüssigkeit im vestibulären und tympanalen Gang; sie ist ein Ultrafiltrat des Plasmas mit hohem Na⁺-Gehalt.

Endolymphe: Flüssigkeit in der Scala media mit hoher K⁺-Konzentration.

Hörbahn

• Über den Thalamus: Die Fasern der Hörbahn ziehen über den Kniehöcker (Corpus geniculatum mediale) zum Hirnstamm und zum Kortex.
• Akustischer Kortex: Der primäre akustische Kortex liegt im Gyrus temporalis superior (Brodmann-Areal 41). Brodmann-Areal 42 dient der akustischen Gnosie, also der Interpretation des Gehörten.

Schnecke (Cochlea)

Die Cochlea besteht aus drei Gängen: der Scala vestibuli, der Scala media (Ductus cochlearis) und der Scala tympani. Scala vestibuli und Scala tympani sind über das Helicotrema verbunden. Die Scala media enthält das Corti-Organ, das die eigentlichen Hörsinneszellen trägt.

Transduktion: Der Schall bringt das Trommelfell zum Schwingen, die Gehörknöchelchen übertragen die Bewegung auf das ovale Fenster. Die Flüssigkeit in der Cochlea bewegt sich und erzeugt Wanderwellen auf der Basilarmembran. Die Haarzellen werden dabei ausgelenkt. Bei Auslenkung in Richtung der Stereozilien öffnen sich Kationenkanäle, K⁺ strömt in die Zelle und depolarisiert sie; das Signal wird über die Dendriten der Neuronen des Ganglion spirale weitergeleitet.

Wanderwellen: Hohe Töne erzeugen ihre maximale Amplitude an der Basis der Cochlea, tiefe Töne an der Spitze.

Motorik

Definition: Motorik ist die Fähigkeit eines Organismus, sich aus eigener Kraft fortzubewegen oder seine Körperhaltung zu verändern.

Klassifikation der Motorik

• Statische Motorik: Haltung und Muskeltonus; Zentren liegen im extrapyramidalen System und im Kleinhirn.
• Willkürmotorik: bewusst gesteuerte Bewegungen über das pyramidale System.
• Reflexmotorik: genetisch festgelegte, unwillkürliche Bewegungen über Reflexbahnen.
• Automatische Motorik: erlernte, unwillkürlich ablaufende Bewegungen, z. B. Schwingen der Arme beim Gehen.

Motorische Areale

Brodmann-Areal 4 ist der primäre motorische Kortex. Das pyramidale System (Tractus corticospinalis) übermittelt die Willkürmotorik; ein Großteil seiner Fasern kreuzt in der Medulla oblongata auf die Gegenseite. Das extrapyramidale System umfasst unbewusste Bahnen, die Haltung, Muskeltonus und Gleichgewicht steuern, unter anderem über Striatum, Kleinhirn und Hirnstamm.

Kleinhirn

Das Kleinhirn koordiniert und reguliert willkürliche Bewegungen sowie Geschwindigkeit und Kontraktion der Muskulatur. Es empfängt Informationen aus dem Kortex, dem Hirnstamm und dem Rückenmark und gibt sie über Kleinhirnkerne weiter.