Reizaufnehmende Neurone: Funktion und Bedeutung im Nervensystem

Das Nervensystem ist ein komplexes Netzwerk, das Informationen aus der Umwelt aufnimmt, verarbeitet und darauf reagiert. Eine zentrale Rolle spielen dabei die reizaufnehmenden Neurone, auch bekannt als sensorische Neurone oder Rezeptorzellen. Diese spezialisierten Zellen sind für die Wahrnehmung von Reizen und deren Umwandlung in elektrische Signale zuständig, die dann an das zentrale Nervensystem (ZNS) weitergeleitet werden.

Aufbau und Arten von Neuronen

Die im Nervensystem anzutreffenden Neuronen können sich auf mehrere Weise im Aufbau unterscheiden. Grundsätzlich besteht ein Neuron aus einem Zellkörper (Soma), Dendriten und einem Axon (Neurit). Der Zellkörper enthält den Zellkern und die meisten Organellen. Die Dendriten sind baumartige Fortsätze, die Signale von anderen Neuronen oder Sinneszellen empfangen. Das Axon ist ein langer, schlanker Fortsatz, der Signale vom Zellkörper weg zu anderen Neuronen, Muskeln oder Drüsen leitet.

Je nach Anzahl und Anordnung der Fortsätze lassen sich verschiedene Neuronentypen unterscheiden:

• Unipolare Nervenzellen: Diese Nervenzellen sehen unter dem Mikroskop aus wie ein Golfball an einem großen T. Ihr Zellkörper ist rund bis leicht oval und enthält mittig den Zellkern. Dem Zellkörper entspringt nur eine einzige Nervenfaser, der gleichzeitig als Dendrit und Axon agiert (Informationseingang- und ausgang). Meistens sind das sensorische Neuronen, die Ereignisse wie Berührungen und Temperaturveränderungen aus Haut, Gelenken und Muskeln empfangen. Unipolare Nervenzellen sind eher typisch für das Nervensystem von Wirbellosen. Sie kommen aber auch bei Wirbeltieren, inklusive des Menschen vor. Viele sensorische Nervenzellen sind, sowohl bei Wirbeltieren als auch bei Wirbellosen unipolar.
• Bipolare Nervenzellen: Eine bipolare Nervenzelle oder Bipolarzelle ist ein Neuron mit zwei an den gegenüberliegenden Polen des Somas ausgebildeten Fortsätzen einen Dendriten und ein Axon. Bipolare Zellen sind hochspezialisierte Sensorneuronen, die die Rezeptorzellen des Geruchssinns (Riechzellen) und des Sehsinns (Retina) bilden.
• Multipolare Nervenzellen: Die multipolaren Nervenzellen kommen am häufigsten im Nervensystem von Wirbeltieren vor. Sie besitzen zahlreiche Dendriten und ein Axon.
• Pseudounipolare Nervenzellen: Eine pseudounipolare Nervenzelle ist eine Nervenzelle, deren Dendrit und Axon in der Nähe des Somas zu einem Nervenzellfortsatz verschmolzen sind, der sich bald danach aufspaltet. Nach Verlassen des Somas spaltet sich der Nervenzellfortsatz T- oder Y-förmig in einen zentralen (ursprünglich Axon) und einen peripheren Fortsatz (ursprünglich Dendrit) auf. Aus diesem Grund sind diese Zellen im Gegensatz zu unipolaren Nervenzellen nur "pseudo"-unipolar. Beide Fortsätze haben dabei die strukturellen und funktionellen Eigenschaften eines Axons. Der periphere, reizaufnehmende Fortsatz erhält seine Reize aus der Peripherie und dessen Fasern besitzen, ebenso wie der zentrale Fortsatz, eine Myelinscheide. Der zentrale Fortsatz leitet das Signal dann in das zentrale Nervensystem (ZNS). Das bei Erregung am Ende des peripheren Fortsatzes gebildete Aktionspotential wird also vom peripheren auf den zentralen Fortsatz direkt weitergeleitet.

Eine weitere Unterscheidungsmöglichkeit ist die Ausprägung der Myelinscheide durch Schwannsche Zellen im Axonbereich. Es existiert hierbei sowohl eine markhaltige als auch eine marklose Form. Nervenfasern werden als markhaltig bezeichnet, wenn deren Axone mit einer starken Myelinscheide umhüllt sind.

Funktion der reizaufnehmenden Neurone

Rezeptorische Membranen ermöglichen die Entstehung von Nervenimpulsen durch energetische Erregung von Sinneszellen. Bei ihnen wird die notwendige Änderung des Rezeptor- oder Generatorpotentials direkt oder indirekt durch die Einwirkung einer dem Rezeptor adäquaten Energieform erzeugt, z.B. durch mechanische Einwirkungen, durch Wärme oder Lichtstrahlung.

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Die Hauptaufgabe der reizaufnehmenden Neurone besteht darin, Reize aus der Umwelt oder dem Körperinneren zu erkennen und in elektrische Signale umzuwandeln. Dieser Prozess wird als Transduktion bezeichnet. Die elektrischen Signale, die durch die Transduktion entstehen, sind Rezeptorpotentiale.

Das Rezeptorpotenzial ist von der Reizstärke abhängig, je stärker der Reiz, umso höher ist die Amplitude der De- bzw. Hyperpolarisation in den Rezeptorzellen. Eine Hyperpolarisation liegt vor, wenn eine Verstärkung des negativen Spannungsbereiches über den Wert des Ruhepotenzials hinaus geht.

Die meisten Rezeptoren reagieren mit einer Depolarisation, d. h., mit einer erhöhten Na + -Ionen -Permeabilität der gereizten Membran, die in der gesamten Zelle noch verstärkt wird. Bei adäquaten Reizen genügt schon eine geringe Reizstärke, um diese Reaktion auszulösen.

Lichtsinneszellen reagieren bei Belichtung mit Hyperpolarisation, d. h., die Na + -Ionen -Permeabilität verringert sich bei Reizung. Diese ersten Umwandlungen des Reizes in einen zelleigenen Prozess (Membranpotenzialänderungen) bezeichnet man als Transduktion.

Das Rezeptorpotenzial löst an den erregungsleitenden Nervenfasern, die mit der Rezeptorzelle in Verbindung stehen, ein Aktionspotenzial aus. Diesen Vorgang bezeichnet man als Transformation des Rezeptorpotenzials.

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Die Aktionspotentiale werden dann über Nervenfasern zum Gehirn oder Rückenmark weitergeleitet, wo sie verarbeitet und interpretiert werden.

Spezialisierte Sinneszellen

Bei Tieren haben sich für Erregung und Erregungsleitung spezielle Zell- und Gewebetypen entwickelt: Sinneszellen (Rezeptorzellen) sind spezialisierte Nervenzellen bzw. Nervenzellanteile für die Reizaufnahme. Primäre Sinneszellen sind Reiz aufnehmende Zellen, deren Zellkörper unmittelbar in den erregungsleitenden Neuriten übergeht. Sie kommen vor allem in den Sinnesorganen wirbelloser Tiere vor. Sekundäre Sinneszellen sind modifizierte Epithelzellen, die von Endigungen sensibler Neurite umschlossen werden. Dieser Sinneszelltyp wurde bisher nur bei Wirbeltieren nachgewiesen. Freie Nervenendigungen werden durch feinste Verzweigungen der sensiblen Neurite gebildet.

Mechanorezeptoren

Mechanorezeptoren reagieren auf mechanische Reize wie Berührung, Druck, Vibration, Dehnung und Schallwellen. Sie sind in der Haut, den Muskeln, den Gelenken und den inneren Organen zu finden. In der Haut gibt es verschiedene Arten von Mechanorezeptoren, die für unterschiedliche Arten von Berührungen zuständig sind. Einige reagieren auf leichte Berührungen, andere auf starken Druck. In den Muskeln und Gelenken befinden sich Mechanorezeptoren, die Informationen über die Körperhaltung und Bewegung liefern. Im Innenohr befinden sich Haarzellen, die Schallwellen in elektrische Signale umwandeln.

Thermorezeptoren

Thermorezeptoren reagieren auf Temperaturänderungen. Sie befinden sich in der Haut und im Hypothalamus. In der Haut gibt es sowohl Warm- als auch Kaltrezeptoren. Der Hypothalamus enthält Thermorezeptoren, die die Körpertemperatur regulieren.

Nozizeptoren

Nozizeptoren reagieren auf schädliche Reize, die zu Gewebeschäden führen können. Sie sind in der Haut, den Muskeln, den Gelenken und den inneren Organen zu finden. Nozizeptoren können durch mechanische, thermische oder chemische Reize aktiviert werden. Die Aktivierung von Nozizeptoren führt zur Wahrnehmung von Schmerz.

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Schmerzen sind das wichtigste Gefahrensignal unseres Körpers. Sie sind äußerst sinnvoll, sonst wären sie evolutionsbiologisch längst abgeschafft worden. Die Möglichkeit des Nervensystems, Schmerzen zu erkennen, hilft dabei, unsere körperliche Unversehrtheit zu erhalten und sinnvolle Reaktionen zu ermöglichen. Dazu scannt das Nervensystem unsere innere und äußere Umwelt kontinuierlich nach Gefahren ab. Alle Schmerzen werden in unserem Nervensystem erzeugt. Sie sind nicht wirklich “im” Gewebe, sondern eine mögliche Reaktion des Gehirns auf die Schädigung des Gewebes. Wenn wir keine Maßnahmen ergreifen, um die Schmerzen zu lindern, besteht die Gefahr der Chronifizierung. Schmerzen sind ein komplexes, neuronales menschliches Erlebnis. Viele Faktoren haben auf dieses Erleben Einfluss. Beispiele hierfür sind Bewegung, Temperatur, Emotionen, Gedanken, Stress oder Ruhe bzw. Eine wichtige Schnittstelle für die Übertragung von Schmerzreizen zum Gehirn ist der Thalamus. Dieser Bereich des Zwischenhirns wird auch “Tor zum Bewusstsein” genannt. Dort wird gefiltert und nur bestimmte Signale erreichen die sensorische (wahrnehmende) Hirnrinde. Auf allen Ebenen der Schmerzleitung aus der Peripherie und wieder zurück bestehen Verbindungen zu den Impulsen vieler anderer Nerven und Wahrnehmungsmodalitäten (Druck, Berührung, Temperatur, Gedanken, Gefühle…). Bei akuten Schmerzen ist dieser Mechanismus leicht nachvollziehbar. Wenn man z. B. mit dem Knie gegen eine Kante stößt, dann hilft der unmittelbare Druck oder das Reiben auf die schmerzhafte Stelle dabei, die Schmerzsignale teilweise zu überlagern und dadurch zu lindern. Wir können Schmerzsignale auch in umgekehrter Weise beeinflussen. Wenn wir z. B. tief ein- und ausatmen, positive Gedanken pflegen oder eine Entspannungstechnik üben. Dies beeinflusst die Schmerzwahrnehmung direkt in den höheren Zentren unseres Gehirns. Je chronischer die Schmerzsymptomatik - also je besser die Verschaltung eingeübt wurde - desto schwieriger wird es, diese auch zu beeinflussen. Chronische Schmerzen sind schwerer und langwieriger in der Behandlung, weil sie oft in unserem Schmerzgedächtnis verankert sind. Um chronische Schmerzen zu lindern muss unser Nervensystem lernen, seine Muster zu ändern, also den Schmerz “verlernen”. Deshalb ist es aus unserer Sicht kontraproduktiv, immer wieder in schmerzhafte Erfahrung hinein zu gehen. Eine der wichtigsten Fertigkeiten für uns als Yogatherapeut*innen ist deshalb, Haltungen und Bewegungen auf der Matte oder im Alltag kreativ anzupassen, so dass sie beim Übenden keine Schmerzen verursachen und ein Lernprozess stattfindet. Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass neue, sinnvolle Muster gelernt, unterstützende Muskeln gestärkt, die Kontrolle und Bewegungskompetenz erhöht, positive Gedanken und Emotionen kultiviert und Veränderungen in alltäglichen Aktivitäten geschult werden. Diese Einflussnahme macht unsere Bewegungsmuster intelligenter, geschickter und belastbarer…. Vertrauen, Wohlbefinden, Sicherheit, gehört und gesehen werden, Ermutigung, respektvoller Umgang und die gemeinsame Suche nach möglichen Ressourcen im Umgang mit den anstehenden Problemen, sind wichtige Zutaten einer therapeutischen Beziehung. Der Schmerz ist eine Linse, die unsere Perspektive formt. Viele Betroffene integrieren Schmerzen im Laufe der Zeit unbewusst in ihre Identität. Hobbys, täglichen Aktivitäten, Beziehungen, Gespräche und letztendlich das Selbstbild werden von chronischen Schmerzen geprägt und bewirken eine Selbst- und Fremdwahrnehmung als z. B. “einer Person mit einem kaputten Rücken”.

Chemorezeptoren

Chemorezeptoren reagieren auf chemische Substanzen. Sie sind in der Nase, der Zunge, den Blutgefäßen und dem Gehirn zu finden. In der Nase befinden sich Riechzellen, die gasförmige Substanzen wahrnehmen. Der Geruchssinn ist ein chemisches Sinnesorgan. Die Geruchssinneszellen liegen in der Riechschleimhaut der Nasenhöhlen. Dabei reagiert jede Riechzelle auf einen spezifischen Duft. Riechsinneszellen bestehen aus Cilien, Dendrit, Zellkörper und ableitendem Axon.

Auf der Zunge befinden sich Geschmackszellen, die gelöste Substanzen wahrnehmen. In den Blutgefäßen und im Gehirn befinden sich Chemorezeptoren, die den Sauerstoff- und Kohlendioxidgehalt des Blutes messen.

Photorezeptoren

Photorezeptoren reagieren auf Licht. Sie befinden sich in der Retina des Auges. Es gibt zwei Arten von Photorezeptoren: Stäbchen und Zapfen. Stäbchen sind für das Sehen bei schwachem Licht zuständig, während Zapfen für das Farbsehen zuständig sind.

Elektrophysiologische Untersuchungen

Die Untersuchung der fortleitbaren Aktionspotentiale, die die Erregung begleiten, ermöglicht Aussagen über das Verhalten der Erregung unter verschiedenen Bedingungen sowie Einblicke in die physikalisch-chemischen Prozesse, die ihr zugrunde liegen. Daher und auch wegen ihrer schonenden Wirkung sind Untersuchungen der Aktionspotentiale für praktisch-diagnostische Zwecke wichtig geworden. Man wendet sie klinisch als Elektrokardiogramm (EKG) am Herzen, als Elektroenzephalogramm (EEG) am Gehirn, als Elektromyogramm (EMG) an Muskeln wie auch in mehreren verschiedenen Arten am Auge an.

Elektrophysiologische Messungen am Auge umfassen:

• Elektromyogramm (EMG): Eine Aufzeichnung der elektrischen Aktivität der Augenmuskeln. Zur Ableitung der Aktionspotentiale der Augenmuskeln werden koaxiale Nadelelektroden verwendet, die ein Aufnahmefeld für sehr kleine Muskelbereiche besitzen. Durch das EMG lassen sich differenzierte Bilder von Augenmuskellähmungen darstellen: Läsionen des peripheren motorischen Neurons, Störungen des neuro-muskulären Überganges, Muskelerkrankungen (Myopathien) sowie zentrale Innervationsstörungen.
• Elektrookulogramm (EOG): Basiert auf der auch im Ruhezustand ständig vorhandenen Potentialdifferenz zwischen der elektronegativen Netzhaut und der positiven Hornhaut, deren Quelle der Stoffwechsel und die Dauererregung der retinalen Neuronen bzw. Sinneszellen ist. Das Auge wirkt als Dipol, und jede Bewegung des Augapfels (außer Verrollungen) beeinflußt das elektrische Potential. Die Ableitung des Meßsignals erfolgt durch Silber-Silberchlorid-Elektroden, die am inneren und äußeren Lidwinkel sowie oberhalb und unterhalb des Auges auf die Haut geklebt werden. Die Aufnahme eines EOG hat sich als wichtige Standardmethode zur Aufzeichnung von Augenbewegungen, auch des Nystagmus (Elektronystagmographie, ENG) durchgesetzt.
• Elektroretinogramm (ERG): Registriert die bioelektrische Gesamtaktivität der durch die Lichtreizung erregten Netzhaut. Daher können keine Lokalisationen vorgenommen werden, wohl aber funktionelle Unterscheidungen durch Variation der Reizbedingungen (Hell-Dunkeladaptation, Einzelreize, Flimmerreize, spektrale Differenzierung). Abgeleitet werden die Potentiale mit Hilfe von Kontaktschalen-Elektroden. Diese Kontaktschalen liegen breitflächig auf der Bindehaut über der Sklera auf. Sie enthalten eine Silber- oder Goldelektrode, die über ein möglichst flexibles Kabel mit dem Verstärker verbunden ist. Zur Verringerung des Übergangswiderstandes zwischen Hornhaut und Kontaktschale wird letztere mit physiologischer NaCl-Lösung gefüllt. Die indifferente Gegenelektrode wird meist an der Schläfe auf die Haut geklebt. Das ERG besteht aus einer initialen negativen a-Welle (0 bis 120 μV Spannung), einer positiven b-Welle (10 bis 600 μV) und einer positiven c-Welle (Abb. 2). Die a-Welle wird hauptsächlich der Aktivität der äußeren Netzhautschichten zugeschrieben, die b-Welle rührt von den inneren Netzhautteilen und die c-Welle wahrscheinlich von dem Pigmentepithel her. Andere Komponenten überlagern diese typischen Wellenanteile. Zur Interpretation eines ERG sind umfangreiche klinische Erfahrungen erforderlich. Das ERG-Verfahren ist unentbehrlich zur Differenzierung von Netzhauterkrankungen und Durchblutungsstörungen der Netzhaut sowie zur Prognose vor Augenoperationen, wenn ein Einblick in das Augeninnere nicht möglich ist.
• Visuell evozierte corticale Potential (VECP): Ist das Antwortpotential auf einen visuellen Reiz, der im Gehirn vom visuellen Cortex (Area 17) ausgeht und mit Hilfe von Silberelektroden, die auf die Kopfhaut des Hinterkopfes geklebt werden, abgeleitet wird. Das helligkeits- oder lichtevozierte VECP (auch Luminanz-VECP genannt) gestattet nur eine Groborientierung, ist aber auch ohne Einblick in den Augenhintergrund, z.B. bei Verletzungen, Medientrübungen oder geschlossenen Augen, durchführbar, ebenso bei starken Refraktionsanomalien ohne optische Korrektion. Nachweisbar sind angeborene und erworbene Farbensehstörungen, insbesondere solche des Rot-Grün-Systems. Das VECP gilt bei mesopischer Anwendung als Antwort auf das photopische System des Sehens. Das musterevozierte VECP ist die zuverlässigste elektrophysiologische Untersuchungsmethode des photopischen Sehens und erlaubt Rückschlüsse auf die monokulare und binokulare Sehleistung (Sehschärfe, Binokularsehen) sowie auf das Gesichtsfeld bei Augengesunden und Sehschwachen. Es ist bereits im Kleinkindesalter anwendbar. Besonders erfolgreich ist die Anwendung bei degenerativen und entzündlichen Erkrankungen des Sehnervs.

Bedeutung im Nervensystem und für die Gesundheit

Reizaufnehmende Neurone sind essenziell für die Wahrnehmung der Umwelt und des eigenen Körpers. Sie ermöglichen es uns, auf Reize zu reagieren, uns anzupassen und zu überleben. Störungen der Funktion von reizaufnehmenden Neuronen können zu verschiedenen Erkrankungen führen, wie z.B. Schmerzen, Taubheit, Blindheit oder Geruchsverlust.

Ein präzise funktionierendes Nervengewebe ist unablässig. Gemeint sind damit sowohl unser zentrales, peripheres als auch das autonome Nervensystem und ihre Zusammenarbeit. Neben den allgemeinen Maßnahmen der gesunden Ernährung, des guten Schlafes und der Meditation gilt auch die tägliche, ausgewogene körperliche Beanspruchung als ein wesentlicher Reiz. Das Nervensystem integriert alle von außen über unsere Sinnesorgane aufgenommenen und von den Organen ins Zentrum geleiteten Reize, filtert und verteilt die von unzähligen Rezeptoren anströmenden Informationen über die verschiedensten Leitungsbahnen an alle beteiligten Gewebe. Dabei koordiniert unser Nervensystem nicht nur unsere Haltungen und Bewegungen, sondern auch alle Tätigkeiten der anderen Körpersysteme. Als Beispiel seien hier nur das Herz-Kreislauf-System, das Atmungs-, Hormon- und Verdauungssystem mit den assoziierten Stoffwechselfunktionen genannt. Unser Nervensystem ist in seiner Funktionsweise unfassbar anpassungsfähig. Jede einzelne Nervenzelle im Gehirn hat zwischen 20.000 und 200.000 reizaufnehmende Fangarme (Dendriten) und ist in konstanter Bewegung, um die Beziehungen der Nervenzellen zueinander fortwährend zu aktualisieren. Im Gegensatz zu früher weiß man heute auch, dass unser Gehirn zeitlebens in der Lage ist zu lernen und sich neu zu vernetzen.

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