Rezeptorpotential: Physiologie und Pathophysiologie

Das Umfeld wahrzunehmen ist dem Menschen durch die Fähigkeit Reize aus der Umgebung in elektrische Signale umzuwandeln, möglich. Diese Reize werden anschließend vom Nervensystem verarbeitet, wobei der erste Schritt dieser komplexen Verarbeitung durch das sogenannte Rezeptorpotential gebildet wird. Es handelt sich um eine reizabhängige Veränderung des Membranpotentials sensorischer Zellen und verbindet physikalisch-chemische Reize und die neuronale Informationsverarbeitung. Demnach ist das Verständnis des Rezeptorpotentials nicht nur essenziell für die Neurophysiologie, sondern besitzt auch eine klinische Relevanz. Der folgende Artikel befasst sich mit der Physiologie, Funktion und Pathophysiologie des Rezeptorpotentials sowie mit seiner klinischen Bedeutung.

Rezeptorpotential – Definition

Das Rezeptorpotenzial ist eine reizinduzierte Änderung des Membranpotentials sensorischer Zellen infolge eines adäquaten oder inadäquaten physikalischen oder chemischen Reizes. Es stellt den Anfang der Reizverarbeitung dar.

Rezeptorpotential – Physiologie und Funktion

Ein wahrgenommener Reiz kann mechanisch, elektromagnetisch, chemisch oder auch thermisch sein. Je nach wahrgenommener Sinnesmodalität (Hören, Sehen, Riechen, Schmecken und Fühlen) besitzen die Sensoren unterschiedliche Mechanismen, um den wahrgenommenen Reiz in ein sogenanntes Rezeptorpotential umzuwandeln. Das Rezeptorpotential dient der Umwandlung eines Reizes in eine elektrische Information und ist die Grundlage für die Weiterleitung sensorischer Reize über die Aktionspotentiale zum zentralen Nervensystem.

Ob ein Reiz von einem bestimmten Sensor aufgenommen werden kann, ist auch abhängig davon, ob es sich um einen adäquaten oder inadäquaten Reiz handelt. Ein adäquater Reiz ist die Reizform, auf die ein Rezeptor spezialisiert ist und die schon bei geringer Intensität ein Rezeptorpotential auslöst, beispielsweise Licht bei Fotorezeptoren. Ein inadäquater Reiz wirkt nur bei starker Intensität und kann vereinzelt eine Reaktion hervorrufen. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn Druck aufs Auge Lichtempfindung auslöst.

Der Ablauf der Transduktion beinhaltet im ersten Schritt die Reizaufnahme über den Sensor und im zweiten Schritt die Umwandlung des Reizes in ein Rezeptorpotential. Die Amplitude des Rezeptorpotentials ist abhängig von der Reizstärke und -dauer, während Aktionspotentiale dem “Alles-oder-Nichts-Gesetz” folgen. Somit hat das Rezeptorpotential folgende Merkmale:

• Es ist dem Reiz in Dauer und Amplitude analog: Je stärker und länger der Reiz ist, desto größer und länger ist das Rezeptorpotential.
• Es breitet sich passiv vom Entstehungsort in der Rezeptorzelle aus und wird passiv elektrotonisch weitergeleitet: Mit zunehmender Entfernung vom Entstehungsort wird das Potenzial schwächer.

Ein Beispiel sind die Haarzellen im Innenohr oder die Fotorezeptoren der Retina, welche ein Rezeptorpotential durch spezifische Reizaufnahme erzeugen. Bei den Haarzellen erfolgt der Transduktionsvorgang durch mechanische Abscherbewegung der Sinneshärchen, was zu einem Rezeptorpotential umgewandelt wird. Bei den Fotorezeptoren erfolgt der Transduktionsvorgang durch Licht, also elektromagnetische Wellen, welche in ein Rezeptorpotenzial umgewandelt werden.

Rezeptorpotential – Pathophysiologie und klinische Bedeutung

Störungen in der Entstehung oder Verarbeitung von Rezeptorpotentialen können zu Sensibilitätsstörungen führen. Dazu gehören zum Beispiel sensorische Neuropathien, welche die Reizaufnahme oder Weiterleitung beeinträchtigen. Erkrankungen der Sinnesorgane wie zum Beispiel Retinopathie, Innenohrschwerhörigkeit, basieren häufig auf einer gestörten Transduktion.

Medikamente oder Toxine wie Lokalanästhetika blockieren Ionenkanäle und unterbrechen die Signalübertragung.

Klinische Bedeutung

Das Verständnis des Rezeptorpotentials ist zentral für die Diagnostik neurologischer Erkrankungen, wie beispielsweise in der Elektrophysiologie bei der Reizschwellenmessung oder dem evozierten Potential.

Auch bei die Entwicklung für Sensorprothesen, wie Cochleaimplantate, ist das Rezeptorpotential zentral für die Funktionsweise. Es ahmt den ersten Schritt der natürlichen Hörwahrnehmung, und zwar die Umwandlung mechanischer Reize in elektrische Signale nach. Normalerweise erzeugen Haarzellen im Innenohr ein Rezeptorpotenzial als Reaktion auf Schallschwingungen. Die Cochleaimplantate umgehen diese defekten Haarzellen und wandeln den Schall in elektrische Impulse um, welche sie direkt an den Hörnerv (Nervus vestibulocochlearis) weitergeben. Somit stellt das Implantat das physiologische Rezeptorpotenzial durch technische elektrische Stimulation dar.

Im Rahmen der Anwendung von Anästhetika (insbesondere Lokalanästhetika) und bestimmten Neurotoxinen spielt das Rezeptorpotential eine indirekte Rolle in der Reizleitungshemmung. Die Substanzen hemmen spannungsabhängige Natriumkanäle, was für die Transformation des Rezeptorpotentials bedeutend ist. Somit wird verhindert, dass das elektrotonisch weitergeleitete Rezeptorpotenzial am Axonhügel die Schwelle zur Aktionspotenzialauslösung erreicht oder überschreitet und Schmerz kann beispielsweise unterbunden werden.