Vom Reiz zur Reaktion - Vorgänge und Reflexe

Zusatzinfos für höhere Klassen

Wenn Du Einflüsse aus der Umwelt, wie helles Licht eins Autos oder die Temperatur einer heissen Kochplatte als einen Reiz vermerkst, löst das bei Dir bestimmt eine schnelle Reaktion aus.

Wenn Licht (Reiz) auf die spezialisierten Lichtsinneszellen im Auge trifft, löst dieser Reiz elektrische Erregungen aus und legt damit einen Schalter in der Sinneszelle um. Je stärker der Reiz ist, desto stärker ist auch die elektrische Erregung. Falls ein Reiz zu einer zu schwachen Erregung führt, kann es auch passieren, dass diese gar nicht weitergeleitet wird. Somit ist die Stärke des Reizes ausschlaggebend dafür, ob es eine Weiterleitung gibt oder nicht, es existiert also eine Reizschwelle. Das Reiz-Reaktions-Schema läuft in folgenden Schritten ab:

Ein Reiz, wie beispielsweise helles Licht, wirkt auf eine Sinneszelle (hier Lichtsinneszelle) ein und führt zu einer elektrischen Erregung.
Wenn ein Reiz eine elektrische Erregung auslöst, heisst das Transduktion. Dann wird eine Folgereaktion ausgelöst, die zu einer elektrischen Erregung der Sinneszelle führt.
Wenn elektrische Erregungen weitergeleitet werden, erfolgt dies über spezialisierte Nervenzellen. Ein Nerv ist ein Bündel vieler Nervenzellen mit langen Fortsätzen. Die meisten Sinnesorgane haben sensorische Nerven, die elektrische Erregungen von den Sinnesorganen zum Gehirn führen. Die Weiterleitung erfolgt also immer nur in eine Richtung.
Das Gehirn kann die unterschiedlichen elektrischen Erregungen unterscheiden. Um diese elektrischen Erregungen als Reaktionen in der Form von Bewegungen umzusetzen, werden die Erregungen über motorische Nerven zu den Muskeln gesendet.

Das Zentralnervensystem

Das Zentralnervensystem (ZNS) besteht aus dem Gehirn und dem Rückenmark. Es ist die Verarbeitungszentrale für elektrische Erregungen, die von den verschiedenen Sinneszellen und Sinnesorganen kommen. Im Gehirn werden die Erregungen auf viele weitere Nervenzellen übertragen und bilden so ein Erregungsmuster. Dieses Erregungsmuster wird ausgewertet und ermöglicht so die menschliche Wahrnehmung.

Der Rest des Nervensystems heisst peripheres Nervensystem. Nervenzellen besitzen Zellkörper und sind über zahlreiche Synapsen miteinander verbunden. Nerven setzen sich aus Bündeln von Axonen zusammen und bilden somit die Verbindung zwischen dem ZNS und dem Rest des Körpers und den Organen.

Sensorische (afferente) Nervenzellen: leiten elektrische Erregungen vom Sinnesorgan zum ZNS.
Motorische (efferente) Nervenzellen: leiten elektrische Erregungen vom ZNS zu den Muskeln.

Sinneszellen wandeln Signale um

Ereignisse in Deiner Umwelt können nur als Reiz vermerkt werden, wenn der Reiz in dem Sinnesorgan die passende Sinneszelle trifft und somit ein adäquater Reiz entsteht. Jedes Sinnesorgan hat spezialisierte Sinneszellen, die auf unterschiedliche Reize reagieren können. Manchmal können auch andere Reize, wenn sie sehr stark sind, eine elektrische Erregung auslösen. Bei einem heftigen Schlag auf das Auge kannst Du trotz des geschlossenen Auges manchmal helle Lichtflecken wahrnehmen.

Die Lichtsinneszellen im Auge reagieren zum Beispiel auf Lichtreize, aber nicht auf Duftstoffe. Wenn Menschen keine spezialisierten Sinneszellen für einen Einfluss aus der Umwelt haben, kann er auch nicht wahrgenommen werden. Menschen können zum Beispiel keine UV-Strahlung wahrnehmen und riskieren dadurch einen Sonnenbrand.

Reiz	Sinneszelle
Licht	Lichtsinneszelle
Dufstoff	Riechsinneszelle
Druck	Tastsinneszelle

Reflexe

Schnelle Reaktionen des Körpers werden auch Reflexe genannt. Wenn Du Dich verschluckst, musst Du husten. Das sind unwillkürliche Reflexe des Körpers, die Du nur schwer unterdrücken kannst. Manche Reflexe, wie z.B. der Kniesehnenreflex sollten immer gleich ablaufen und nicht durch das Gehirn beeinflusst werden.

Reflexe werden eingeteilt in:

Eigenreflex: Reizwirkung und Reaktion findet im selben Organ statt.
Fremdreflex: unterschiedliche Organe sind beteiligt.

Biologie; Nerven und Sinne; 1. Sek / Bez / Real; Vom Reiz zur Reaktion - Vorgänge und Reflexe — 1. Rückenmark
2. Motorische (efferente) Nerven: leiten elektrische Erregungen vom ZNS zu den Muskeln.
3. Muskel
4. Sensorische (afferente) Nerven: leiten elektrische Erregungen vom Sinnesorgan zum ZNS.
5. Reiz löst Reflex aus.

Eigenreflex: Der Kniesehnenreflex

Durch einen Schlag auf die Sehne unterhalb der Kniescheibe wird Dein Unterschenkel direkt nach vorn bewegt. Im Oberschenkelmuskel befinden sich Dehnungsrezeptoren (Muskelspindeln), die konstant den Muskel überwachen. Der Oberschenkelmuskel wird durch den Schlag kurz gedehnt und dieser Dehnungsreiz wird von Sinneszellen im Muskel registriert und an das Rückenmark gesendet. Vom Rückenmark aus werden dann wieder elektrische Erregungen zum Oberschenkelmuskel zurückgesendet, was dazu führt, dass er sich zusammenzieht. Dieser Vorgang heisst monosynaptischer Reflex, weil nur eine Synapse zwischen dem sensorischen und motorischen Axon beteiligt ist.

Die Bedeutung dieses Reflexes liegt biologisch wahrscheinlich im Verhindern des Stolperns.

Biologie; Nerven und Sinne; 1. Sek / Bez / Real; Vom Reiz zur Reaktion - Vorgänge und Reflexe — A: Kniesehnenreflex: Ruhezustand
1.-2. Schlag unter die Kniescheibe, neben dem Strecker Muskel
3.-4. Rückenmark
B: Kniesehnenreflex: Bewegung
5. Fuss bewegt sich nach vorne

Fremdreflex: Gekreuzter Beuger-Strecken-Reflex

Wenn Du auf einen spitzen Gegenstand trittst, hebst Du Deinen Fuss wahrscheinlich an, bevor Du den Schmerz aktiv wahrnehmen kannst. Druckrezeptoren haben über sensorische Nervenfasern im Fuss die elektrische Erregung zum Rückenmark weitergeleitet und erregen weitere Nervenzellen. Dadurch, dass diese Verschaltung über wenige Nervenzellen im Rückenmark läuft, gibt es eine kurze Reaktionszeit. Der Reflex wird als polysynaptischer Reflex bezeichnet, weil zwischen der sensorischen und motorischen Nervenfaser zwei Synapsen liegen. Die Bedeutung dieses Reflexes liegt biologisch wahrscheinlich im Vermeiden von Verletzungen an den Fusssohlen.
Hier nochmals ein Überblick:

Reizung der Schmerzrezeptoren der Haut,
Afferente Erregungsleitung zum Rückenmark,
Informationsverarbeitung über zahlreiche Interneuronen,
Efferente Erregungsweiterleitung von Motoneuronen zu beiden Beinen,
Beim gereizten Bein erfolgt eine Erregung des Beugers und die Hemmung des Antagonisten (Strecker),
Beim anderen Bein erfolgt eine Erregung des Streckers und Hemmung Antagonisten (Beuger),
Somit wird das gereizte Bein zurückgezogen, während das andere Bein den Stand stabilisiert.