Eigenschaften der Rezeptoren

Spezifität des Rezeptörenapparats

Eine der wichtigsten Eigenschaften von Rezeptionsorganen ist ihre Spezifität — die Fähigkeit, maximal sensibel auf bestimmte, sogenannte adäquate Reize zu reagieren. Die hohe Empfindlichkeit ist erstaunlich: Damit beim Menschen beispielsweise ein klares Empfinden für einen bitteren Geschmack entsteht, reicht es aus, auf die Zungenrezeptoren mit einer winzigen Dosis Strychnin einzuwirken — gerade einmal 0,000005 Gramm.

Bereits im Jahr 1840 formulierte der Physiologe J. Müller das Gesetz der spezifischen Sinnesenergien. Nach dieser Regel hängt die Qualität der entstehenden Empfindung überhaupt nicht von der physikalischen Natur des Reizes selbst ab. Sie wird ausschließlich dadurch bestimmt, welches sensible System aktiviert wurde. Mit anderen Worten: Der Charakter der Empfindung ist eine angeborene, genetisch verankerte und unveränderliche Eigenschaft der Strukturen unseres Organismus.

Physiologische Codierung

Damit die Information vom Rezeptor vom Großhirn verstanden wird, muss sie umgewandelt und in Form eines neuronalen Codes übertragen werden. Man unterscheidet mehrere Hauptarten der Codierung:

• Nach der markierten Linie (Labeled-Line-Prinzip). Dies ist die Hauptmethode zur Codierung der sensorischen Modalität eines Reizes. Das Signal wird über eine isolierte Kette streng miteinander verbundener sensoriell-spezifischer Neuronen übertragen, die vom Rezeptor selbst bis zur Großhirnrinde verlaufen.
• Frequenzcodierung. Die Übertragung von Daten über die Reizqualität erfolgt durch die Änderung der mittleren Frequenz der aufeinanderfolgenden Nervenimpulse. Dieser Zusammenhang ist nicht linear, sondern logarithmisch und wird durch das Weber-Fechner-Gesetz beschrieben.
• Intervallcodierung. Das Signal wird durch zeitliche Intervalle (Pausen) zwischen den Impulsen codiert und bildet ein spezifisches Muster. Interessanterweise kann dies selbst bei konstanter mittlerer Entladungsfrequenz geschehen.
• Modusbezogene Codierung. Spiegelt die zeitlichen Parameter der Einwirkung wider. Die Information wird in Impulspaketen (Salven) zu streng definierten Zeitpunkten übertragen: beim Einsetzen des Reizes (on), beim Ausschalten (off), zu beiden Zeitpunkten (on-off) oder kontinuierlich während der gesamten Dauer der Reizeinwirkung.
• Räumliche Codierung. Überträgt Informationen über die Ausdehnung und die genaue Konfiguration des einwirkenden Reizes. Sie wird durch die gleichzeitige Aktivität einer riesigen Anzahl von Rezeptoren gewährleistet, die Impulse über zahlreiche parallele afferente Fasern an das Gehirn senden.

Adaptation und Sensibilisierung

Adaptation ist der Prozess der Veränderung der Rezeptorempfindlichkeit, der während einer anhaltenden, kontinuierlichen Reizeinwirkung stattfindet. Rezeptoren sind in der Lage, den Charakter ihrer Impulsgebung anzupassen und sich auf den Reiz einzustellen.

Je nach der Geschwindigkeit dieses Prozesses werden Rezeptoren unterteilt in:

1. Sich schnell adaptierende: erzeugen nur eine kurze Antwort auf einen plötzlichen Reiz.
2. Sich langsam adaptierende: antworten über die gesamte Dauer der Reizeinwirkung hinweg fortlaufend mit einer Serie von Impulsen.

Eine spezielle Form des Adaptationsprozesses ist die Sensibilisierung — ein Zustand, bei dem die Wahrnehmungsschwellen sinken und die Erregbarkeit der Rezeptoren deutlich zunimmt.

Die Mechanismen der Adaptation sind sehr vielfältig und umfassen:

• Physische oder chemische Veränderungen im Raum um den Rezeptor.
• Die Dynamik intrazellulärer physikochemisch-biologischer Prozesse im Rezeptor selbst.
• Deszendierende regulierende Einflüsse höherer Nervenzentren.

Eine wichtige Rolle spielt das vegetative Nervensystem: Insbesondere der Sympathikus ist an der Feinabstimmung des Rezeptörenapparats auf die Einwirkung des adäquaten Reizes beteiligt.

Systemeigenschaften: Mobilität, Zuverlässigkeit und Felder

Funktionelle Mobilität ist die Fähigkeit eines Sinnesorgans, auf Reize durch Veränderung der Anzahl der aktiven (zu diesem Zeitpunkt arbeitenden) Rezeptoren zu reagieren. Diese Eigenschaft spiegelt den funktionellen Reserve des Organismus wider. Das Mobilitätsniveau ist nicht konstant: Es hängt von den Umweltbedingungen, dem aktuellen Zustand des Organismus sowie von zentralen und humoralen Einflüssen ab. Der Koeffizient der funktionellen Mobilität lässt sich einfach berechnen: K = (Anzahl der aktiven Rezeptoren) / (Gesamtzahl der Rezeptoren).

Zuverlässigkeit der Rezeptoren Der störungsfreie Betrieb sensorischer Systeme wird durch zwei Arten von Redundanz gewährleistet:

• Funktionelle Redundanz: Der Rezeptor ist in der Lage, in seiner Antwort zusätzliche, redundante Impulse zu generieren.
• Morphologische Redundanz: Das Vorhandensein von redundanten Verbindungswegen, die von benachbarten Rezeptoren ausgehen.

Funktionelle rezeptive Felder Als rezeptives Feld bezeichnet man die Gesamtheit aller Rezeptoren, die ein bestimmtes einzelnes sensorisches Neuron aktivieren. Die Elemente innerhalb eines solchen Feldes arbeiten nicht isoliert, sondern interagieren aktiv miteinander. Eine Variante dieser Interaktion ist die laterale Hemmung. Beispiel: Nach einem heftigen mechanischen Stoß im Bereich eines Hautrezeptors können benachbarte Rezeptoren des Feldes vorübergehend vollständig gehemmt werden, wodurch sie selbst auf Schwellenreize (die für eine Erregung ausreichen würden) nicht mehr reagieren.

Kurz gefasst: Antworten auf Fragen zum Thema

Fragen aus Vorlesungen und Prüfungen

Was es zum Thema noch zu wiederholen gibt

• Mathematische Begründung des Weber-Fechner-Gesetzes und logarithmischer Zusammenhang.
• Detaillierte Mechanismen der lateralen Inhibition in rezeptiven Feldern.
• Unterschiede in den Ionenmechanismen von schnell und langsam adaptierenden Rezeptoren.
• Einfluss humoraler Faktoren auf die funktionelle Mobilität von Rezeptoren.

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Das Material wurde von Dozenten von WhiteCoat Pro nach dem Lehrplan medizinischer Hochschulen erstellt. Es hat Bildungscharakter.