Monosynaptischer Dehnungsreflex: Mechanismen, Funktion und Bedeutung

Einführung

Ein Reflex ist eine automatische, unwillkürliche Reaktion auf einen Reiz. Der monosynaptische Dehnungsreflex, auch bekannt als Eigenreflex, ist ein solcher Reflex, der eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Körperhaltung, der Bewegungskoordination und dem Schutz der Muskeln spielt. Dieser Artikel beleuchtet die Mechanismen, die Funktion und die Bedeutung des monosynaptischen Dehnungsreflexes.

Was sind Reflexe?

Reflexe sind automatische und schnell ablaufende Reaktionen, die unwillkürlich ablaufen und nicht bewusst gesteuert werden können. Sie dienen dem Schutz des Körpers vor Schäden und der Aufrechterhaltung grundlegender Körperfunktionen. Ärzte können Reflexe testen, um Erkrankungen des Nervensystems festzustellen, da bestimmte pathologische Reflexe bei gesunden Menschen nicht vorkommen. Ein Beispiel hierfür ist der Babinski-Reflex, bei dem sich der große Zeh nach Bestreichen der Fußsohle anzieht.

Ablauf eines Reflexes

Ein Reflexbogen beschreibt die neuronale Verbindung zwischen Rezeptor und Effektor. Der Ablauf eines Reflexes lässt sich in folgende Schritte unterteilen:

1. Reizaufnahme: Ein Rezeptor oder eine Sinneszelle nimmt einen Reiz (physikalisch oder chemisch) wahr.
2. Erregungsleitung: Eine sensible Nervenfaser leitet das Signal zum zentralen Nervensystem (ZNS).
3. Verarbeitung: Das ZNS verarbeitet das Signal.
4. Erregungsleitung: Eine motorische Nervenfaser (Motoneuron) leitet das Signal vom Rückenmark zum Erfolgsorgan (Effektor). Diese wird auch als efferente Nervenfaser bezeichnet, da sie vom ZNS wegleitet.
5. Reaktion: Der Effektor führt aufgrund der Erregung eine Reaktion aus, wodurch der Reflex entsteht.

Das Gehirn ist bei dieser Reiz-Reaktionskette nicht direkt beteiligt, was die Schnelligkeit der Reaktion ermöglicht.

Arten von Reflexen

Reflexe können nach verschiedenen Kriterien eingeteilt werden.

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• Angeborene vs. erworbene Reflexe: Angeborene Reflexe sind von Geburt an vorhanden oder entwickeln sich im Laufe der frühen Kindheit, während erworbene Reflexe durch Lernen und Konditionierung entstehen. Ein bekanntes Beispiel für einen erworbenen Reflex ist der pawlowsche Reflex.
• Eigenreflexe vs. Fremdreflexe: Bei Eigenreflexen finden Reiz und Antwort im selben Organ statt, meist in einem Muskel. Der monosynaptische Dehnungsreflex ist ein typischer Eigenreflex. Bei Fremdreflexen finden Reiz und Reaktion in unterschiedlichen Organen statt, wie beispielsweise beim Lidschlussreflex oder Hustenreflex.

Der monosynaptische Dehnungsreflex im Detail

Der monosynaptische Dehnungsreflex, auch Muskeleigenreflex genannt, ist eine Reaktion auf die Dehnung eines Muskels. Er dient primär dem Schutz des Muskels vor Überdehnung und Rissen. Dieser Reflex zeichnet sich dadurch aus, dass nur eine einzige Synapse im Reflexbogen vorhanden ist, was ihn besonders schnell macht.

Muskelspindeln: Die Schlüsselrezeptoren

Eine zentrale Rolle bei der Auslösung des Muskeleigenreflexes spielen die Muskelspindeln. Sie sind als sensorische Rezeptoren in den Regelkreis integriert und registrieren die Länge sowie die Geschwindigkeit der Längenänderung des Muskels. Diese Informationen werden an Neurone im Rückenmark und das ZNS weitergeleitet.

Jede Muskelspindel besteht aus einer bindegewebigen Kapsel, die intrafusale Fasern umschließt. Diese Fasern sind parallel zu den extrafusalen Fasern der Arbeitsmuskulatur angeordnet. Die kontraktilen Enden der intrafusalen Fasern sind mit den Fasern außerhalb der Muskelspindel oder mit den Sehnen verbunden. Dadurch erhalten die intrafusalen Fasern Informationen über die Verkürzung oder Dehnung des Muskels.

Arten von Muskelspindelfasern

Es können zwei Arten von Muskelspindelfasern unterschieden werden:

• Kernkettenfasern (nuclear chain fibres): Bei diesen Fasern sind die Zellkerne kettenartig angeordnet.
• Kernsackfasern (nuclear bag fibres): Diese Fasern weisen eine Anhäufung von Zellkernen in einem zentralen Bereich auf.

Sensorische Rückmeldung aus den Muskelspindeln

Die sensorische Rückmeldung aus den Muskelspindeln erfolgt über zwei Arten von Nervenfasern:

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• Ia-Afferenzen: Diese schnell leitenden Nervenfasern winden sich vor allem um die Kernsackfasern, teilweise aber auch um die Kernkettenfasern. Die primär sensorischen Endigungen (primary spindle endings) sind für die Muskellänge und Längenänderungen sensibel. Informationen aus überschwelligen Reizen werden über Ia-Nervenfasern zum Rückenmark geleitet. Diese Axone sind stark myelinisiert und erreichen bei der Fortleitung von Aktionspotentialen Geschwindigkeiten von bis zu 120 m/s.
• Typ II Nervenfasern: Sekundäre Endigungen, die hauptsächlich die Kernkettenfasern umschlingen, sind für die Muskellänge sensitiv, jedoch nicht für die Längenänderung. Die Aktionspotentiale werden über Typ II Nervenfasern fortgeleitet, deren Axondurchmesser geringer ist als der der Ia-Fasern. Die Fortleitungsgeschwindigkeit dieser Axone liegt bei ca. 70 m/s.

Das Gamma-System: Feinabstimmung der Muskelspindel-Empfindlichkeit

Eine Längenänderung des Muskels würde die Empfindlichkeit der Muskelspindel gegenüber Längenänderungsreizen verändern. Um dies zu verhindern, sorgt das Gamma-System für eine Verkürzung der intrafusalen Fasern, wenn sich die extrafusalen Fasern verkürzen.

Die intrafusalen Fasern erhalten Signale von γ-Motoneuronen, deren Zellkörper im Rückenmark liegt. Es gibt dynamische und statische γ-Motoneurone. Dynamische γ-Motoneurone regulieren die Empfindlichkeit der primär sensorischen Spindelendigungen und innervieren vornehmlich die dynamischen Kernsackfasern. Statische γ-Motoneurone hingegen beeinflussen die statischen Kernkettenfasern.

Durch die Nachregelung der γ-Motoneurone bleibt das Empfindlichkeitsniveau der Muskelspindeln auch bei Längenänderungen des Muskels aufrecht erhalten. Dies führt dazu, dass der Muskel infolge eines Dehnreizes situationsadäquat reagieren kann.

Ablauf des monosynaptischen Dehnungsreflexes

1. Dehnung des Muskels: Ein Schlag auf die Muskelsehne, wie beispielsweise beim Kniesehnenreflex, löst eine Dehnung der Sehne und des zugehörigen Muskels aus.
2. Aktivierung der Muskelspindeln: Die Muskelspindeln registrieren diese Dehnung und senden über die Ia-Afferenzen ein Signal zum Rückenmark.
3. Direkte synaptische Verbindung: Im Rückenmark erfolgt eine direkte synaptische Verbindung zwischen den Ia-Afferenzen und den α-Motoneuronen, die den gedehnten Muskel innervieren.
4. Muskelkontraktion: Die α-Motoneuronen werden aktiviert und senden ein Signal zurück zum Muskel, der sich daraufhin kontrahiert. Dies führt zur Streckung des Beins beim Kniesehnenreflex.

Da nur eine Synapse an diesem Reflexbogen beteiligt ist, erfolgt die Muskelkontraktion sehr schnell.

Bedeutung des monosynaptischen Dehnungsreflexes

Der monosynaptische Dehnungsreflex hat mehrere wichtige Funktionen:

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• Aufrechterhaltung der Körperhaltung: Er hilft, die Muskelspannung aufrechtzuerhalten und somit die Körperhaltung zu stabilisieren.
• Bewegungskoordination: Er trägt zur Feinabstimmung von Bewegungen bei, indem er unwillkürliche Muskelkontraktionen ausgleicht.
• Schutz vor Überdehnung: Er schützt die Muskeln vor plötzlichen Überdehnungen und potenziellen Verletzungen.
• Schnelle Kraftentwicklung: Der Dehnungsreflex ist abhängig von der Dehnungsgeschwindigkeit des Muskels und unterstützt eine schnelle Kraftentwicklung.

Training und Muskelspindeln

Muskelspindeln passen sich durch regelmäßiges Training an. Sie werden empfindlicher und verbessern so die Koordination und Körperwahrnehmung.

Der Dehnungsreflex in der Sportwissenschaft

In der Sportwissenschaft gab es Diskussionen über die Wirkung verschiedener Dehnmethoden auf den Dehnungsreflex. Untersuchungen haben gezeigt, dass weder statisches Stretching noch neuronale Stretching-Methoden die Auslösung des Dehnungsreflexes vermeiden können.

Spindelpause bei statischer Muskelarbeit

Bei statischer Muskelarbeit kann es zur sogenannten Spindelpause kommen. Dabei kontrahieren die α-Motoneurone die extrafusalen Fasern, ohne dass die Spindel ausreichend aktiviert ist. Ohne Spannung im Spindelzentrum bleibt eine afferente Rückmeldung aus.

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