Reiz: Physiologie, Einteilung und Funktion

Reize bilden die Grundlage jeglicher Sinneswahrnehmung und stellen physikalische oder chemische Einwirkungen dar, die von spezialisierten Sinneszellen registriert und in elektrische Signale umgewandelt werden. Die Signale werden in Form von Aktionspotenzialen über das Nervensystem weitergeleitet und im zentralen Nervensystem verarbeitet und lösen eine physiologische Reaktion aus. Der folgende Text gibt einen Überblick über die physiologischen Grundlagen der Reize, ihrer Aufnahme, Weiterleitung und Verarbeitung sowie deren klinische Relevanz.

Reiz – Definition

Ein Reiz ist eine Einwirkung, die zu einer Reizantwort an einem spezifischen Rezeptor oder einer Sinneszelle führt. In der Sinnesphysiologie werden sie durch periphere Sensoren wahrgenommen. Sie treten typischerweise als ein elektrisches Signal, also Rezeptorpotential oder Aktionspotenzial auf.

Reiz – Physiologie und Entstehung

Die Aufnahme und Weitergabe eines Reizes verläuft in zwei Schritten. Zuerst werden sie über die Sensoren wahrgenommen und in ein Rezeptorpotenzial umgewandelt. Im zweiten Schritt werden dann Aktionspotenziale ausgelöst:

• Transduktion: Umwandlung des physikalischen Reizes (z.B. Licht, Druck, Temperatur, chemische Substanz) in ein elektrisches Rezeptorpotenzial innerhalb einer Sinneszelle.
• Transformation: Kommt es zur Überschreitung eines Schwellenwertes und abhänigig von der Intensität des Reizes, werden Aktionspotenziale ausgelöst, welche dann über afferente Nervenfasern ins ZNS weitergeleitet und dort verarbeitet werden.

Die Aktionspotenzialfolge wird erzeugt durch eine sogenannte primäre Sinneszelle oder ein Neuron, welches auf eine sogenannte sekundäre Sinneszelle folgt.

Bei der Transformation sind Merkmale der Umwandlung der Rezeptorpotenziale in Aktionspotenziale, dass die Amplitude des Rezeptorpotenzials durch die Frequenz der Aktionspotenziale kodiert wird. Das bedeutet es kommt zu einer Umkodierung. Je größer das Rezeptorpotenzial ist, desto höher ist die Frequenz der Aktionspotenziale. Außerdem erfolgen die Aktionspotenziale nach dem Alles-oder-nichts-Prinzip.

Schließlich findet durch komplexe neuronale Vorgänge eine Differenzierung der Einwirkungen, die afferent an das ZNS geleitet wurden, statt und sie werden interpretiert. Manche Reize werden auch schon vorher verarbeitet, um letztlich die Menge an Informationen zu reduzieren.

Reiz – Einteilung

Man kann Arten des Reizes unterscheiden in:

• Mechanische Reize: Beispielsweise Druck oder Vibration über Mechanorezeptoren
• Thermische Reize: Temperatur, wahrgenommen über Thermorezeptoren
• Chemische Reize: Geruch, Geschmack und Wahrnehmung über Chemorezeptoren
• Lichtreize: Elektromagnetische Strahlung wahrgenommen über Photorezeptoren

Reize können des weiteren auch nach Bezug zum Rezeptor in adäquat und inadäquat eingeteilt werden, oder nach ihrer Intensität (unterschwellig oder überschwellig) eingeteilt werden.

Ein adäquater Reiz beschreibt die passende Einwirkung, auf den ein Rezeptor maximal reagiert. Schon bei geringer Stärke löst er eine Erregung aus, beispielsweise ist Licht genau dies für die Lichtsinneszellen (Photorezeptoren) des Auges. Ein inadäquater Reiz beschreibt wiederum einen nicht passenden Reiz, der keine oder nur bei sehr starker Einwirkung eine Erregung auslöst. Beispiel ist der Druck aufs Auge, der manchmal dazu führt, dass man “Sterne sieht”, obwohl es eigentlich kein Lichtreiz ist.

Ein überschwelliger Reiz stellt eine Einwirkung dar, der stark genug ist, um in der Nervenzelle ein Aktionspotenzial auszulösen, während der unterschwellige Reiz zu schwach ist, um allein schon eine Erregung auszulösen. Treten aber mehrere schwache Reize schnell hintereinander auf, können sie sich aufsummieren und doch ein Aktionspotenzial hervorrufen.

Reiz – Funktion

Reize sind die Grundlage der Sinneswahrnehmung, das heißt sie dienen dem Organismus zur Orientierung, Reaktion auf Umweltreize und zur Aufrechterhaltung der Homöostase. Außerdem lösen Schmerzreize Schutzreflexe aus, während visuelle oder akustische Reize das Verhalten steuern und die Aufmerksamkeit lenken. Auf diese Weise tragen sie nicht nur zur bewussten Wahrnehmung der Umwelt bei, sondern sichern auch grundlegende Überlebensfunktionen und fördern die Anpassung an sich verändernde Bedingungen.

Reiz – Klinik

Die Fähigkeit Reize aus der Umwelt wahrzunehmen und zu verarbeiten, beruht auf einem komplexen Zusammenspiel von Sinnesorganen, Nervenbahnen und zentralnervösen Strukturen. Kommt es zu Störungen der Reizaufnahme oder auch -leitung, so kann dies zu sensorischen Ausfällen führen, wie Blindheit, Taubheit oder Analgesie.

Störungen der Signalweiterleitung entstehen oft auf neuronaler Ebene. Beispiele sind periphere Neuropathien oder Rückenmarksläsionen. In solchen Fällen gelangen Signale nicht mehr korrekt zum Gehirn. Betroffene empfinden Sinneseindrücke dann nicht oder nur verfälscht.

Im zentralen Nervensystem kann eine gestörte Verarbeitung zu Wahrnehmungsstörungen führen. Ein Beispiel sind zentrale Schmerzsyndrome. Dabei empfindet das Gehirn Schmerz, obwohl kein entsprechender Auslöser vorhanden ist.

Solche Dysfunktionen können sich zudem in Form einer Überempfindlichkeit gegenüber Reizen (Hyperästhesie) oder im Gegenteil, einer verminderten Empfindlichkeit (Hypästhesie) äußern. Beide Zustände sind Ausdruck einer gestörten Reizverarbeitung und können die Lebensqualität der Betroffenen erheblich beeinträchtigen. Dabei erscheinen selbst harmlose Berührungen plötzlich schmerzhaft oder werden gar nicht mehr wahrgenommen.