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Thermorezeptoren

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Thermorezeptoren

Thermorezeptoren dienen der Wahrnehmung von Temperaturen, sind also die Voraussetzung für unseren Temperatursinn. Sie können Kälte und Wärme registrieren und senden Impulse weiter an das zentrale Nervensystem. Besonders wichtig sind sie in unserer Haut.

Thermorezeptoren: Aufbau

Bei Thermorezeptoren handelt es sich um sogenannte TRP-Kanäle (kurz für Transient Receptor Potential) in der Membran von freien Nervenendigungen. Die Zellkörper der entsprechenden Neurone befinden sich im Spinalganglion, wo die sensiblen Eingänge aus der Peripherie eintreffen, oder auch in Hirnnervenkernen. Die Erregung wird schließlich ins zentrale Nervensystem weitergeleitet, wo sie wahrgenommen und verarbeitet wird.

Die Gruppe der TRP-Kanäle ist nicht nur für die Thermozeption zuständig, sondern hat auch viele weitere Funktionen. Dazu gehört auch das Schmecken und Sehen sowie die Schmerzwahrnehmung. Bei allen TRP-Kanälen handelt es sich um nicht-selektive Kationenkanäle. Das heißt, sie sind durchlässig für positive Ionen wie z. B. Natrium, Calcium und Kalium. Eine weitere Gemeinsamkeit der Gruppe sind ihre sechs Transmembrandomänen.

Thermorezeptoren: Funktion

Grundsätzlich lassen sich Kalt- und Warmrezeptoren unterscheiden. Je nach Subtyp reagieren sie in einem bestimmten Temperaturbereich besonders stark.

Reizwahrnehmung

Bei einem Reiz, also einer Temperaturveränderung, öffnen sich die nicht-selektiven Kationenkanäle und die Zelle depolarisiert. Dadurch entsteht ein Sensorpotenzial. Ist der Reiz stark, so ist auch die Amplitude des Sensorpotenzials entsprechend groß: Das Sensorpotenzial ist Amplituden-moduliert. Die Übersetzung eines Reizes in ein Sensorpotenzial wird auch als Transduktion bezeichnet.

Im Körper werden jedoch keine Sensorpotenziale, sondern nur Aktionspotenziale weitergeleitet und verarbeitet. Das heißt, wie stark ein Reiz wahrgenommen wird, ist nicht von der Amplitude, sondern von der Frequenz der Potenziale abhängig. Das Sensorpotenzial wird als Nächstes also in ein Aktionspotential übersetzt. Diesen Vorgang nennt man Transformation.

In dieser Form kann die Erregung das ZNS erreichen (Transmission). Dazu sind Warmrezeptoren mit C-Fasern (langsamere Leitungsgeschwindigkeit) und Kaltrezeptoren mit Aδ-Fasern (schnellere Leitungsgeschwindigkeit) ausgestattet.

Finde in der Erklärung zu Aktionspotenzialen noch mehr zum Thema heraus!

Antwortverhalten

Wie genau antworten die Thermorezeptoren nun auf verschiedene Temperaturen?

Bleibt die Temperatur gleich, zeigen die Thermorezeptoren eine statische Antwort. Das heißt, es entstehen Aktionspotenziale mit einer gleich bleibenden Frequenz.

Thermorezeptoren reagieren hauptsächlich auf eine Temperaturänderung. Verändert sich die Temperatur, ändert sich auch die Frequenz der Aktionspotentiale, die sie aussenden. Von statischer Antwort wechseln sie auf eine dynamische Antwort.

Warmrezeptoren reagieren auf einen Temperaturanstieg, Kaltrezeptoren auf einen Temperaturabfall mit einem Anstieg der Aktionspotenzial-Frequenz. Steigt bzw. sinkt die Temperatur noch weiter, nimmt die Frequenz allerdings auch wieder ab. Die Temperatur liegt dann sozusagen nicht mehr im "optimalen Arbeitsbereich" der Thermorezeptoren.

Deshalb sind bei Temperaturen von unter 15 °C und über 45 °C dann nicht mehr die Thermorezeptoren, sondern vor allem auch die Schmerzrezeptoren (Nozizeptoren) für die Wahrnehmung verantwortlich. So kommt es, dass wir extreme Temperaturen als schmerzhaft empfinden.

Im Kontrast dazu befindet sich bei einer Temperatur von ca. 33 °C der Indifferenzbereich. Diese Temperatur nehmen wir als neutral, also weder als warm, noch als kalt wahr. Trotzdem werden bei dieser Temperatur Aktionspotenziale mit statischer Frequenz generiert.

Thermorezeptoren der Haut

Für unseren Temperatursinn sind ganz besonders die Thermorezeptoren in der Haut von Bedeutung. Mit ihnen können wir die Umgebungstemperatur wahrnehmen und darauf reagieren. Auch die Zunge ist mit Thermorezeptoren besetzt.

Verteilung der Thermorezeptoren

Thermorezeptoren sind nicht besonders dicht am Körper verteilt. Pro Quadratzentimeter sind es üblicherweise 1–5 Rezeptoren. Deshalb fällt es recht schwer, Temperaturänderungen auf kleinen Flächen differenziert wahrzunehmen. Von dieser Regel ausgenommen sind z. B. Zunge und Lippen.

Außerdem gibt es Unterschiede in Lokalisation und Dichte, abhängig davon, ob es sich um Kalt- oder Warmrezeptoren handelt. Auf einem Quadratzentimeter finden sich z. B. deutlich mehr Kalt- als Warmrezeptoren. Darüber hinaus liegen Kaltrezeptoren in der Haut oberflächlicher als Warmrezeptoren.

Im Bereich von Hals und Gesicht haben Kaltrezeptoren die höchste Dichte.

Wo besonders viele Kaltrezeptoren zu finden sind, kannst du dir gut merken, wenn du daran denkst, wie viel wärmer dir im Winter wird, wenn du einen Schal trägst.

Thermorezeptoren: Beispiele

Es wurde bereits dargelegt, dass die Thermorezeptoren zur Gruppe der TRP-Kanäle gehören, die in unterschiedlichen Temperaturbereichen besonders aktiv sind.

Neben Temperaturveränderungen reagieren manche Subtypen der TRP-Kanäle auch auf bestimmte chemische Stoffe. Das ist der Grund, warum wir den scharfen Geschmack von Chili (enthält Capsaicin) als heiß und den erfrischenden Geschmack von Menthol in Kaugummi als kalt empfinden.

Die folgende Tabelle gibt dir einen Überblick über die wichtigsten Thermorezeptoren und deren Eigenschaften:

TRP-KanalSensibler BereichAktivierende Substanzen
TRPA1 < 15 °CVerschiedene Chemikalien aus Kräutern, Industrie oder Medikamenten
TRPM88 °C – 26 °C (Kaltrezeptor)Menthol, Pfefferminz
TRPV331 °C – 38 °Cz. B. Campher
TRPV1> 42 °CCapsaicin, Ethanol, niedriger pH-Wert

An der genauen Rolle einzelner Kanäle für die Thermorezeption wird noch geforscht, sodass es sich bei den sensiblen Bereichen um grobe Einordnungen handelt.

Besonders TRPA1 und TRPV1 reagieren bereits auf Temperaturen im schmerzhaften Bereich, sodass sie auch für die Schmerzwahrnehmung bedeutsam sind.

Thermorezeptoren Beispiele StudySmarterAbbildung 2: Überblick Thermorezeptoren. Quelle: wikipedia.de

Selbst wenn die Fähigkeit zum Schmecken gestört ist, werden bestimmte Reizstoffe wie Capsaicin oder Essigsäure dank der auf der Zunge exprimierten TRP-Kanäle trotzdem noch wahrgenommen. Dieser Rest des Geschmackssinns ist jedoch sehr unspezifisch und vermittelt eher unangenehme Geschmackseindrücke.

Ab einer Temperatur von etwa 43 °C kommt es zur kurzzeitigen Mitaktivierung von Kaltrezeptoren. Dieses Phänomen nennt man paradoxe Kälteempfindung und ist der Grund, warum ein warmes Bad sich im ersten Moment kalt anfühlen kann.

Adaptation von Thermorezeptoren

Da Thermorezeptoren besonders auf Temperaturveränderungen reagieren, gehören sie zu den sogenannten Proportional-Differenzial-Rezeptoren. Das heißt auch, dass sie bei gleichbleibend hohen oder tiefen Temperaturen, selbst wenn diese in ihrem sensiblen Bereich liegen, nicht dauerhaft gleich hohe Frequenzen von Aktionspotenzialen generieren.

Obwohl eine Temperatur konstant bleibt, nehmen wir sie nach einer gewissen Zeit also nicht mehr so stark als kalt oder warm wahr. Das gilt vor allem bei mittleren Temperaturen, bei denen Schmerzrezeptoren noch nicht aktiv werden. Man könnte also sagen, die Thermorezeptoren "gewöhnen" sich an die Temperatur.

Thermorezeptoren - Das Wichtigste

  • Thermorezeptoren dienen dem Temperatursinn, man unterscheidet Kalt- und Warmrezeptoren.
  • Thermorezeptoren sind verschiedene TRP-Kanäle (nicht-selektive Kationenkanäle), die in unterschiedlichen Temperaturbereichen besonders aktiv sind.
  • Thermorezeptoren reagieren besonders auf Temperaturänderungen (Proportional-Differenzial-Rezeptoren).
  • Unter 15 °C und über 45 °C werden auch Schmerzrezeptoren aktiv, während der Indifferenzbereich bei 33 °C liegt.
  • Es gibt üblicherweise 1–5 Rezeptoren pro cm2, die Dichte an Kaltrezeptoren ist größer.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Thermorezeptoren

Thermorezeptoren nehmen als Teil unseres Temperatursinns Temperaturen wahr. Es handelt sich um Ionenkanäle (TRP-Kanäle) in freien Nervenendigungen.

Thermorezeptoren befinden sich z.B. in der Haut und auf der Zunge. Dort liegen sie unterschiedlich tief an freien Nervenendigungen vor.

Es gibt viele verschiedene Thermorezeptoren, die in unterschiedlichen Temperaturbereichen Signale senden. Wichtige Beispiele für TRP-Kanäle sind TRPA1, TRPM8, TRPV3 und TRPV1.

Bei einer Temperaturänderung öffnen sich TRP-Kanäle, nicht-selektive Kationenkanäle und die Zelle depolarisiert. Je nachdem, ob es sich um einen Warm- oder einen Kaltrezeptor handelt, wird die generierte Aktionspotenzialfrequenz bei Temperaturanstieg oder -abfall erhöht.

Finales Thermorezeptoren Quiz

Frage

Welche Art von Kanal dient der Thermorezeption?

Antwort anzeigen

Antwort

TRP-Kanäle (nicht-selektive Kationenkanäle)

Frage anzeigen

Frage

Wie viele Transmembrandomänen haben TRP-Kanäle?

Antwort anzeigen

Antwort

6

Frage anzeigen

Frage

Wie reagieren Warmrezeptoren auf einen Temperaturanstieg?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Aktionspotentialfrequenz steigt.

Frage anzeigen

Frage

Welchen Fasertyp nutzen Warmrezeptoren zur Transmission?

Antwort anzeigen

Antwort

C-Fasern

Frage anzeigen

Frage

Welchen Fasertyp nutzen Kaltrezeptoren zur Transmission?

Antwort anzeigen

Antwort

Aδ-Fasern

Frage anzeigen

Frage

Was ist der Indifferenzbereich?

Antwort anzeigen

Antwort

Der Indifferenzbereich liegt bei einer Temperatur von ca. 33°C. Er ist neutral: Wir empfinden ihn weder als kalt, noch als warm.

Frage anzeigen

Frage

Wie viele Thermorezeptoren findet man ca. auf einem Quadratzentimeter Haut?

Antwort anzeigen

Antwort

ca. 1-5 Rezeptoren, wobei es mehr Kalt- als Warmrezeptoren gibt

Frage anzeigen

Frage

In welchem Abschnitt der Haut ist die Dichte der Kaltrezeptoren am größten?

Antwort anzeigen

Antwort

Im Bereich von Hals und Gesicht.

Frage anzeigen

Frage

Worauf reagiert der TRP-Kanal TRPM8?

Antwort anzeigen

Antwort

  • 8°C-26°C (Kaltrezeptor)
  • Menthol, Pfefferminz
Frage anzeigen

Frage

Warum empfinden wir den scharfen Geschmack von Chili als "heiß"?

Antwort anzeigen

Antwort

Chili enthält Capsaicin, das genau wie Temperaturen > 42°C TRPV1 Kanäle aktivieren kann.

Frage anzeigen

Frage

Welche Temperaturen können schon als schmerzhaft wahrgenommen werden?

Antwort anzeigen

Antwort

Temperaturen von unter 15°C und über 45°C 

Frage anzeigen

Frage

Was ist eine paradoxe Kälteempfindung?

Antwort anzeigen

Antwort

Ab einer Temperatur von etwa 43°C kommt es zur kurzzeitigen Mitaktivierung von Kaltrezeptoren. Das heißt, eigentlich heiße Temperaturen werden kurz als kalt empfunden.

Frage anzeigen

Frage

Welche Eigenschaft der Thermorezeptoren ist Voraussetzung für die Adaptation?

Antwort anzeigen

Antwort

Es handelt sich um Proportional-Differenzial-Rezeptoren: Sie reagieren hauptsächlich auf Veränderungen der Temperatur. Bleibt sie länger gleich, geht ihre Antwort zurück.

Frage anzeigen

Frage

Wo am Körper können wir auch die Lokalisation der Temperaturänderung genauer spüren?

Antwort anzeigen

Antwort

z.B. auf Zunge und Lippen

Frage anzeigen

Frage

Welche Rezeptoren liegen oberflächlicher in der Haut?

Antwort anzeigen

Antwort

Kaltrezeptoren

Frage anzeigen
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