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.
Thermorezeptoren: 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!
Thermorezeptoren: 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-Kanal | Sensibler Bereich | Aktivierende Substanzen |
| TRPA1 | < 15 °C | Verschiedene Chemikalien aus Kräutern, Industrie oder Medikamenten |
| TRPM8 | 8 °C – 26 °C (Kaltrezeptor) | Menthol, Pfefferminz |
| TRPV3 | 31 °C – 38 °C | z. B. Campher |
| TRPV1 | > 42 °C | Capsaicin, 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.
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.
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