Thermorezeption

Als Thermorezeption oder Thermozeption wird der Temperatursinn von Lebewesen bezeichnet. Dabei wird entsprechend der Reizqualität zwischen Wärmesinn und Kältesinn unterschieden. Beide dienen einerseits der Thermoregulation, also der Aufrechterhaltung der Körpertemperatur und damit dem Schutz vor Überhitzung oder Unterkühlung, andererseits dem Schutz des Körpers vor zu hohen lokalen Temperatureinwirkungen (Verbrennung, Erfrierung).

Wie die Schmerzwahrnehmung gehört der Temperatursinn zur Oberflächensensibilität. Für eine Übersicht siehe Sensibilität (Medizin).

Kalt- und Wärmesensoren

Thermorezeptoren dienen zur Wahrnehmung von Temperaturen beziehungsweise von Temperaturänderungen bei Organismen und sind an der Entstehung des Wärme- oder Kältegefühls beteiligt. Thermorezeptoren befinden sich vor allem in der Haut und den Schleimhäuten, wo sie die Umgebungstemperatur registrieren. Im Zentralnervensystem (Hypothalamus) befinden sich Thermorezeptoren zur Messung der Bluttemperatur (Körpertemperatur). Als Thermorezeptoren dienen freie Nervenendigungen. Dabei sind die Rezeptoren spezialisiert, es gibt also Kälte- und Wärmesensoren (Kalt- und Warmrezeptor). Kältesensoren kommen in der Haut etwa 10 mal so häufig vor wie Wärmesensoren und arbeiten deutlich schneller. Zusätzlich unterscheidet sich die Dichte der Sensoren je nach Körperregion. Die rezeptiven Felder von Kalt- und Warmrezeptoren überlappen nicht.

Merkmal Kältesensor Wärmesensor
Lage oberflächlich tief
Nervenfaser markhaltig marklos
Messbereich 5-43 °C 30-48 °C
Schmerzschwelle
(Hauttemperatur)
<17 °C >44 °C

Arbeitsweise der Rezeptoren

Der Mechanismus zur Aktivierung der Rezeptoren als Antwort auf einen Temperaturwechsel ist noch nicht vollständig aufgeklärt. Es scheint jedoch gesichert, dass Proteine der TRP-Kanäle (Transient Receptor Potential), sowie einige spezielle Kaliumkanäle beteiligt sind.

Thermorezeptoren können in Warm-, Kalt- und Hitzerezeptoren unterschieden werden. Es handelt sich bei den ersten beiden um freie Nervenendigungen, die Änderungen von einigen 1/10 Kelvin erfassen können. In den Handflächen, von Menschen, gibt es 1 bis 5 Kaltpunkte pro cm², aber nur 0,4 Warmpunkte.

Warmrezeptoren sind im Bereich von 30 bis 45 °C aktiv und reagieren bei Erwärmung der Haut mit einer Frequenzzunahme (Spikefrequenz) bis zum Sättigungswert. Die hitzeempfindlichen Rezeptoren feuern ab einer Temperatur von 45 °C. Hier erhöht sich die Spikefrequenz parallel zur Zunahme des Schmerzempfindens.[1]

Kaltrezeptoren

Kaltrezeptoren sind am empfindlichsten bei normaler Hauttemperatur um 30 °C. Empfindlichkeit und Spontanaktivität nehmen zu höheren und tieferen Temperaturen hin ab. Einige Kaltrezeptoren können jedoch bei rascher Erwärmung der Haut auf über 45 °C erneut aktiv werden. Dieses Phänomen ist wahrscheinlich für die paradoxe Kälteempfindung verantwortlich.

Körperregion Kaltpunkte pro cm² Warmpunkte pro cm²
Stirn 6,75 0,62
Nase 10,5 1
Brust 9 0,3
Oberarm (Beugefläche) 5,7 0,3
Unterarm (Innenseite) 6 0,4
Handrücken 7,4 0,54
Oberschenkel 4,85 0,39

Zentrale Adaptation

Die Empfindung für eine bestimmte Temperatur nimmt allmählich ab, selbst wenn sie objektiv konstant bleibt (Sensorische Adaptation). Obwohl die Rezeptoren weiterhin die „aktuelle Temperatur“ übermitteln, findet im Zentralnervensystem eine Anpassung an den Reiz statt.

Im mittleren Temperaturbereich (zwischen 20 und 40 °C) führt eine Abkühlung oder Erwärmung nur vorübergehend zu einer Warm- bzw. Kaltempfindung, danach ist die Empfindung neutral (vollständige Adaptation). Dies lässt sich anhand eines warmen Bades leicht überprüfen.

Thermorezeption bei Tieren

Viele Tiere haben andere und teilweise weit bessere Thermosensoren als der Mensch. So verfügen die australischen Großfußhühner über sehr gute Thermosensoren. Das Thermometerhuhn (Leipoa ocellata) misst mit den Thermosensoren seines Schnabels die Brutwärme für seine Eier. Der Vogel bebrütet seine Eier nicht selbst, sondern nutzt die Gärungsprozesse in einem Haufen aus organischen Material zum Brüten. Das Huhn versucht dabei die Temperatur genau bei 33 °C zu halten. Durch belüften, vergrößern und verkleinern des Hügels kann es die Temperatur regulieren.

Das Grubenorgan am Kopf der Grubenottern (Crotalinae), zu denen auch die Klapperschlange gehört, ist ein sehr genaues Temperatursinnesorgan, das nach dem Bolometerprinzip arbeitet. Es erlaubt der Schlange eine nächtliche Ortung von Beutetieren. Das Organ findet sich beidseits am Kopf der Schlange zwischen Auge und Nase.

Siehe auch

Literatur

  • Schmidt, Thews: Physiologie des Menschen 26. Auflage, 1995
  • Klinke, Silbernagl: Lehrbuch der Physiologie 2. Auflage, Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1997

Einzelnachweise

  1. Moyes, Christopher D.; Schulte (Hrsg.), Patricia M. (Hrsg.): Tierphysiologie, Pearson Studium, München 2008, ISBN 978-3-8273-7270-3, Seite 324.

Weblinks

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