Die Reizweiterleitung in der Haut ist ein komplexer Prozess, der es uns ermöglicht, unsere Umwelt durch Berührung, Temperatur und Schmerz wahrzunehmen. Ein Kuss, der zunächst nur eine Mischung sensorischer Informationen darstellt, wird erst durch die Verarbeitung in der Hirnrinde zu einer vollständigen Sinneswahrnehmung. Dieser Artikel beleuchtet die physiologischen Mechanismen, die der Reizweiterleitung in der Haut zugrunde liegen, von den Hautrezeptoren bis zur Verarbeitung im Gehirn.
Hautrezeptoren: Die Wandler physikalischer Reize
Beim Berühren oder Tasten wandeln Hautrezeptoren physikalische Reize wie Druck, Temperatur und Vibration in elektrische Signale um. Diese spezialisierten Nervenstrukturen sind entscheidend für das Empfinden von Berührungen, Schmerz und Temperatur. Die Haut enthält verschiedene Arten von Rezeptoren, die auf unterschiedliche Reize spezialisiert sind:
- Mechanorezeptoren: Sie reagieren auf Druck und Vibrationen. Beispiele hierfür sind Merkel-Zellen, Meissner-Körperchen, Pacinian-Körperchen und Ruffini-Körperchen.
- Thermorezeptoren: Diese reagieren auf Temperaturänderungen und ermöglichen es uns, Kälte und Wärme zu unterscheiden.
- Nozizeptoren: Diese sind für die Übermittlung von Schmerz verantwortlich und schützen uns vor potenziell schädigenden Reizen.
Die Dichte der Mechanorezeptoren in der Haut variiert je nach Körperbereich. Beispielsweise sind sie in den Lippen zahlreicher als in der Haut des Rückens. Die Empfindlichkeit der Haut gegenüber mechanischem Druck ist an den Fingerspitzen am höchsten.
Mechanorezeptoren im Detail
Mechanorezeptoren sind für die Wahrnehmung von Druck und Berührung verantwortlich. Sie bieten empfindliches Feedback über die Beschaffenheit von Objekten, die Form und ob etwas fest oder weich ist. Es gibt verschiedene Typen von Mechanorezeptoren, die unterschiedliche Aspekte von Berührungen erfassen:
- Merkel-Zellen: Erkennen feine Details bei dauerhaftem Druck und sind besonders zahlreich in den Fingerspitzen.
- Meissner-Körperchen: Erkennen leichte Berührungen und sind dicht gepackt in Bereichen wie den Fingerspitzen, um schnelle und leichte Berührungen zu erfassen.
- Pacinian-Körperchen: Reagieren auf Vibrationen und schnelle Änderungen.
- Ruffini-Körperchen: Reagieren auf Dehnung der Haut und sind wichtig für die Wahrnehmung von Scherkräften.
Thermorezeptoren im Detail
Die Thermorezeptoren in der Haut sind darauf spezialisiert, Temperaturveränderungen wahrzunehmen. Sie ermöglichen es uns, Kälte und Wärme zu unterscheiden und auf Temperaturgefährdungen zu reagieren. Es gibt zwei Haupttypen von Thermorezeptoren:
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- Kälte-Thermorezeptoren: Reagieren auf sinkende Temperaturen.
- Wärme-Thermorezeptoren: Reagieren auf steigende Temperaturen.
Thermorezeptoren können sich an gleichbleibende Temperaturen anpassen, was erklärt, warum sich Wasser wärmer anfühlt, wenn man von der Kälte ins warme Wasser eintaucht.
Nozizeptoren im Detail
Nozizeptoren sind spezialisierte Rezeptoren für die Schmerzwahrnehmung. Sie reagieren auf potenziell schädigende Reize, indem sie Schmerzsignale an das Gehirn senden, was eine schützende Reaktion hervorruft. Nozizeptoren sind über die gesamte Haut verbreitet und spielen eine Rolle bei Schmerzen durch:
- Mechanische Schädigung
- Extreme Temperaturen
- Chemische Reizstoffe
Reizweiterleitung zum Gehirn: Ein komplexer Pfad
Die von den Hautrezeptoren erfassten Reize werden in elektrische Impulse umgewandelt und über Nervenfasern zum Gehirn weitergeleitet. Dieser Prozess umfasst mehrere Schritte und verschiedene Strukturen des Nervensystems.
Spinalnerven und Dermatome
Dermatome sind Hautareale, die von einem Spinalnervenpaar innerviert werden. Über diese Spinalnerven erreichen alle sensorischen Impulse aus diesem Bereich das Rückenmark. Es gibt 31 dieser paarigen Spinalnerven - und bis auf den ersten verbindet jeder von ihnen ein bestimmtes Hautgebiet mit dem Rückenmark. Jedem Rückenmarkssegment kann man somit eine bestimmte Hautpartie zuweisen, die vom rechten und linken Spinalnerv dieses Segments innerviert wird.
Rückenmarksbahnen
Vom Rückenmark aus gelangen die elektrischen Reize auf zwei möglichen Wegen ins Gehirn:
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- Hinterstrangbahn: Berührungs-, Druck- und Vibrationsinformationen werden über die Hinterstrangbahn auf der rückwärtigen Rückenmarksseite mit einer Geschwindigkeit von bis zu 120 Metern pro Sekunde nach oben geleitet.
- Vorderseitenstrang: Schmerz- und Temperatursignale gelangen über den bäuchlings liegenden Vorderseitenstrang zum Gehirn.
Diese Trennung ist aus Sicht der Evolution klug, da Schmerz und Hitze ein Warnsignal sein können und daher auf einer anderen Informationsstraße reisen als Druck und Vibration.
Schaltstationen im Gehirn
Die Berührungsinformationen treffen im untersten Teil des Gehirns ein, der zum Stammhirn gehörenden Medulla oblongata. In den Hinterstrangkernen der Medulla oblongata wechselt das Signal dann die Seite. Ein Händeschütteln mit der rechten Hand wird also in der linken Hirnhälfte verarbeitet.
Vom Neuron der Hinterstrangkerne in der Medulla oblongata werden die Signale zunächst dem Thalamus zugespielt. Dies ist das Eingangstor sämtlicher Sinneswahrnehmungen außer dem Geruchssinn. Im Thalamus übernimmt das dritte Neuron das elektrische Signal und reicht es postwendend an ein viertes weiter, dessen Axone in der Großhirnrinde enden.
Somatosensorischer Cortex: Die Repräsentation der Körperoberfläche
Der komplexeste Schritt in der Verarbeitung somatosensorischer Informationen findet im primären somatosensorischen Cortex statt, einem Bereich des Scheitellappens. Hier treffen alle Tastreize getrennt nach berührter Körperstelle ein. Die neuronalen Abbilder für benachbarte Zonen wie Hände und Arme liegen in der somatosensorischen Hirnrinde nebeneinander - ein Phänomen, das man als corticale Somatotopie bezeichnet.
Allerdings nimmt die Region für die Verarbeitung von Reizen der Hände und der Lippen wie auch des Gesichtes weitaus mehr Hirnrinde ein als etwa der Bauch oder die Beine. Die corticale Repräsentation des Körpers deckt sich also nicht mit den tatsächlichen Proportionen. Besonders feinsinnige Bereiche mit vielen Rezeptoren wie die Hände und die Lippen sind im somatosensorischen Cortex überdimensional vertreten.
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Der kanadische Neurochirurg Wilder Penfield (1891 - 1976) nannte dieses innere somatotope Abbild des Menschen in scherzhafter Manier “Homunculus”. Dieses corticale Abbild der Körperoberfläche ermöglicht es, eine Berührung räumlich zuzuordnen - ein Streicheln des Bauches von einer streifenden Berührung der Hand zu unterscheiden.
Die Rolle der Schwann-Zellen
Neben den sensorischen Neuronen spielen auch Schwann-Zellen eine entscheidende Rolle bei der Reizweiterleitung in der Haut. Schwann-Zellen sind bekannt als Isolierschicht um Nervenfasern. Sie schützen und versorgen Neuronen. Bestimmte Typen von Schwann-Zellen sind aber auch aktiv an der Wahrnehmung sensorischer Reize beteiligt.
Diese Schwann-Zellen durchziehen die Haut nur wenige Mikrometer unterhalb der Epidermis wie ein Netz und stehen mit den freien Nervenenden sensorischer Rezeptoren in Verbindung, die mechanischen Druck wahrnehmen. Sie beeinflussen vor allem die Weiterleitung mechanischer Reize, nicht jedoch die von Hitze- oder Kältereizen.
Störungen der taktilen Wahrnehmung
Wenn Nerven, die mit Rezeptoren der Haut in Verbindung stehen, geschädigt sind, kann die taktile Wahrnehmung von Reizen entweder gesteigert (Hyperästhesie) oder vermindert sein (Hypästhesie). Missempfindungen werden als Parästhesien bezeichnet. Sensibilitätsstörungen, Schmerzempfindungen und Juckreiz entstehen durch Reizerscheinungen oder durch einen Ausfall der sensiblen Nerven.
Neuropathien und Dermatosen können die taktile Wahrnehmung drastisch einschränken und das Risiko für Verletzungen erhöhen.
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