Hautsinne: Rezeptoren, Tastsinn & Wahrnehmung

• Die Haut ist ein Sinnesorgan, das Informationen über Temperatur, Gewicht und Material liefert
• Im Gegensatz zum Sehen ist die Haut sensibler für feine Texturen
• Hautsinne haben eine protektive Funktion, die vor schädlichen Reizen schützt
• Die Hautsinne und die Propriozeption sind wichtig für die Bewegungssteuerung
• Die Hautsinne haben eine sozio-emotionale Bedeutung beim Streicheln und in der Sexualität

Rezeptoren

• Rezeptoren nehmen verschiedene Informationen wahr
• Der Tastsinn dient der Wahrnehmung von Druck, Berührung und Vibration auf der Haut (Mechanorezeption)
• Der Temperatursinn nimmt Wärme und Kälte wahr (Thermorezeption)
• Der Schmerzsinn (Nozizeption) nimmt Schmerz und Juckreiz wahr
• Die Propriozeption bezeichnet den Sinn für die Bewegung und Stellung der Gliedmaßen durch Muskelspindelrezeptoren und Golgi-Organe
• Die Haptik bezeichnet die aktive Wahrnehmung, bei der Bewegung, Hautsinne und Propriozeption zusammenarbeiten

Tastsinn

• Unter der Haut befinden sich verschiedene Rezeptoren, die empfindlich für unterschiedliche Arten von Reizen sind
• Rezeptoren ermöglichen die Wahrnehmung mechanischer Reize wie Druck, Berührung und Vibration
• Mechanorezeptoren sind in allen drei Schichten der unbehaarten menschlichen Haut zu finden: Epidermis, Kutis und Subkutis
• Merkel-Zellen befinden sich in Ausstülpungen der Epidermis
• Meissner-Körperchen liegen direkt unter der Epidermis in der Kutis
• Ruffini-Körperchen befinden sich auch in der Kutis
• Pacini-Körperchen befinden sich tiefer in der Subkutis
• Mit Ausnahme der Merkelzellen sind Mechanorezeptoren primäre Sinneszellen
• Freie Nervenendigungen wirken selbst als Rezeptor
• Nervenfasern enden in besonderen Körperchen
• Mechanische Energie wird in elektrische Energie umgewandelt
• Nur die Merkelzellen liegen nur an den Nervenendigungen an, die Reize weiterleiten, und sind damit sekundäre Sinneszellen

Mechanorezeptoren

• Mechanorezeptoren unterscheiden sich in ihrer Lage und Struktur
• Die dichtesten unter der Hautoberfläche liegenden Meissner-Körperchen bestehen aus Epithel und sind mit Flüssigkeit gefüllt
• In die Meissner-Körperchen ragen freie Nervenendigungen hinein
• Die ähnlich nah an der Hautoberfläche liegenden Merkelzellen sind rund, semi-rigide und ebenfalls mit Flüssigkeit gefüllt
• Die tiefer im Corium liegenden Ruffini-Körperchen sind spindelförmig gerichtet
• Pacini-Körperchen sind in der Subkutis zwiebelförmig in Schichten aufgebaut
• In der behaarten Haut haben wir Tastscheiben, vergleichbar mit Merkelzellen, und Haarfollikelsensoren statt Meissnerkörperchen
• Vier Mechanorezeptoren können anhand ihres Adaptationsverhaltens eingeteilt werden
• Adaptierend ist eine zunächst zunehmende und dann konstante Hautdeformation in langsam (SA), schnell (RA) und sehr schnell (Pacini)
• Es gibt Unterschiede zwischen un- und behaarten Hauttypen
• In der behaarten Haut gibt es Tastscheiben und Haarfollikelsensoren anstelle von Meissner-Körperchen
• Die Rezeptoren unterscheiden sich in Adaptationsverhalten und in der Größe ihres rezeptiven Feldes
• Langsam adaptierende (SA), mittelschnell und schnell (FA) adaptierende Mechanorezeptoren
• Das Entladungsmuster der verschiedenen Zellen zeigt die funktionellen Unterschiede
• Merkelzellen und Ruffini-Körperchen feuern von Beginn der Druckausübung an und ihre Reaktion verändert sich kaum
• Schnell adaptierende Pacini-Zellen reagieren einmal zu Beginn und einmal zum Schluss des Drückens
• Merkelzellen/Meißnerkörperchen haben kleine rezeptive Felder, während Ruffini-/Pacinikörperchen große Felder haben
• Ein rezeptives Feld ist das Areal auf der Haut, bei dessen Reizung ein spezifischer Rezeptor reagiert
• Innervationsdichte gibt an, wie hoch die Versorgung der Haut mit Nervenfasern ist
• Pacini- und Ruffini-Zellen zeigen das umgekerhrte Muster
• Ruffini-Zellen haben eine hohe Innervationsdichte über die gesamte Hand, aber etwas weniger in den Fingerspitzen

Merkelzelle (SA 1)

• Merkelzellen sind langsam adaptierend und antworten mit einer anhaltenden Reizantwort auf anhaltende Reize
• Rezeptive Felder sind vergleichsweise klein
• Rezeptordichte: Hohe Anzahl von 100 Merkelzellen pro Quadratzentimeter im Fingerballen
• Hohe räumliche Auflösung von 0,5 mm im Fingerballen
• Können Eindellungen bis zu 1,5 mm gut diskriminieren
• Die Umfeldsuppression macht Merkelzellen empfindlich für Punkte, Muster und Kanten
• Sie sind sensitiv für die Textur von grobem Schleifpapier oder das Erfühlen von Kratzern im Lack
• Merkelzellen geben das Muster im Vergleich zu anderen Zelltypen sehr genau wieder

Meissner-Körperchen (FA 1)

• Reizantwort erfolgt auf Veränderungen, d. h. Deformationen, der Haut (nicht sensitiv für anhaltende Reize)
• Rezeptordichte: 150 pro Quadratzentimeter im Fingerballen (sehr hoch)
• Räumliche Auflösung: 3 mm im Fingerballen
• Zwei Reize müssen mindestens 3 mm weit voneinander entfernt sein, um als zwei verschiedene Reize erkannt zu werden
• Geeignet selbst kleinste Bewegungen auf der Haut oder einen Windhauch wahrzunehmen
• Wichtigste Funktion: Griffkontrolle und Slip Detektion

Pacini-Körperchen (FA 2)

• Zeigt Reizantwort bei Veränderung von Veränderungen in der Intensität des Reizes
• Sehr große rezeptive Felder, die sich über einen ganzen Finger oder die halbe Handfläche erstrecken
• Räumliche Auflösung ist sehr schlecht
• Extreme Sensitivität bei ständigen Veränderungen in der Reizintensität tritt bei Vibrationen auf
• Reagieren schon auf Intensitäten mit einer Amplitude von nur 0,01 μm
• Vermutlich für Wahrnehmung distaler Ereignisse beim Werkzeuggebrauch oder die Beschaffenheit der Straße sein
• Die Sensitivität der Zelle durch die Mechanik der zwiebelschalenartigen Struktur

Ruffini-Körperchen (SA 2)

• Reagieren mit einer anhaltenden Reizantwort auf anhaltende Reize
• Haben große rezeptive Felder, aber nur eine geringe Rezeptordichte
• Besonders sensitiv für seitliche Hautdehnungen
• Können so dazu beitragen die Bewegung und Stellung unserer Finger wahrzunehmen
• Genaue Funktion ist aber noch weitgehend unklar

Informationsverarbeitung zwischen Mechanorezeptoren

• Die Position im Gewebe, das Adaptationsverhalten und die Größe ihrer rezeptiven Felder führen zu unterschiedlichen Funktionen
• Funktionen sind vielfältig: Wahrnehmung von Form, Textur und Bewegung
• Die genannten Funktionen der Rezeptoren sind vermutlich aber nicht die einzigen Funktionen
• Die verschiedenen Rezeptorsysteme arbeiten zusammen und ergänzen sich

Hautsinn am gesamten Körper

• Die Wahrnehmung ist nicht überall gleich gut
• Die Informationen kommen schließlich im somatosensorischen Kortex an
• Empfindlichkeitsschwelle kann man mit Von-Frey-Haaren untersuchen (an einer Waage kalibrierte Fasern)
• Taktile Empfindungsschwelle, wie viel Kraft nötig um eine Berührug zu spüren, ist an unterschiedlichen Körperstellen sehr verschieden
• Für Einzelreize: 6 – 7 μm auf Fingerkuppen, 15 – 21 μm auf dem Handteller
• Mittels simultaner Raumschwelle (Zwei-Punkt-Schwelle): Haut in unterschiedlicher Entfernung voneinander berührt, man muss angeben ob eine oder zwei Berührungen wahrgenommen wurde.
• Bereiche mit die wir häufig nutze haben höchste räumliche Auflösung (Hände, Gesicht und Füße)

Somatosensorischer Kortex

• Der somatosensorische Kortex befindet sich im Parietallappen direkt hinter der Zentralfurche
• Die Größe korreliert mit der Innervationsdichte und der Zweipunktschwelle
• Je mehr Rezeptoren, desto besser Zweipunktschwelle, desto größer Areal
• Homunkulus: Körperteile proportional zur Größe ihrer Repräsentation
• Die Hände sind besonders groß, wie die Fovea der Retina scharfes Sehen ermöglicht

Somatotopie

• Repräsentation im somatosensorischen Kortex organisiert sich somatotop
• Am Körper benachbarte Hautareale werden im Kortex an benachbarten Orten verarbeitet. Das ist allerdings nicht exakt
• Gesicht wird neben Händen kodiert, die einzelnen Teile innerhalb des Gesichts liegen aber wieder nebeneinander
• Informationen gelangen über Thalamus in das Kortexareal

Plastizität

• Körperareale mit höherer räumlicher Auflösung haben einen größeren Bereich im somatosensorischen Kortex
• Der Kortex zeigt dabei die Fähigkeit zur Plastizität
• Repäsentationen werden können sich ändern in den Gehirnen
• Die Repräsentation der einzelnen Finger kann sich z.B. im Kortex von Klavierspielern vergrößern
• Plastizität ist Erklärung für Phantomgliedmaßen;
• Gesicht kann nach dem Verlust des Arms diesen Bereich im somatosensorischen Kortex übernehmen

Temperatursinn

• Es existieren zwei getrennte Systeme, eines für Wärme, eines für Kälte

Warm- und Kaltpunkte

• Bestimmte Punkte auf der Haut sind besonders empfindlich für Temperatur
• Kälteempfindliche Punkte sind andere als die wärmeempfindlichen Punkte
• An diesen Punkten befinden sich vermutlich freie Nervenendigungen
• Ungleichmäßige Verteilung; Mechanische Wahrnehmung ist eingeschränkt
• Leitungsgeschwindigkeit der Fasern für Kälte- ist höher

Temperaturempfindungen und Adaptation

• Statische Temperaturempfindung (bestimmte Temperaturen werden als kalt, warm oder neutral wahrgenommen)
• Dynamische Temperaturempfindung (besonders empfindlich für Veränderungen der Temperatur)
• Sind wir über längere Zeit der gleichen Temperatur war verändert sich die Empfindung
• Einfluss auf die Wahrnehmung der Temperatur ist auch die Wärmeleitfähigkeit des Objekts
• Adaptation findet statt (Erhöhung der Wassertemperatur von 25 Grad zu 29 Grad ergibt lauwarm, zu 31 Grad warm; bei 34 Grad konstant

Statische & dynamische Temperaturempfindung

• Bereiche, die wir statisch als kalt, neutral oder warm empfinden
• Temperaturen bis 31 °C erleben wir als kalt, Temperaturen ab 36°C als warm

Zusammenhang zur Hauttemperatur

• Je kälter es ist, umso empfindlicher für eine Verringerung der Temperatur
• Je wärmer es ist, umso empfindlicher für eine weitere Erhöhung
• Veränderung der Temperatur hängt von drei Faktoren hab
  • Ausgangstemperatur
  • Der Größe des Hautareals
  • Unterrschidliche Körperregion

Statische und dynamische Rezeptorantwort

• Neuronale Reaktionen der Wärme- und Kälterezeptoren stimmen gut mit Temperatur-Empfindungen überein
• Adaptatonsverhalten passt gut zur dynamischen Temperaturempfindung
• Warmsensoren reagieren erst ab 30 Grad
• Kal sensoren feuern bis zu 40 Grad, aber auch bei Temperaturen ab 50 Grad
• Ab 36 Grad reagieren Wärmesensoren stärker, hier beginnt warme Temperaturemfindung
• Die Empfindlichkeit der Rezeptoren entspricht ihrer tatsächlichen Temperaturempfindung

Die Haut ist ein Sinnesorgan für Temperatur, Gewicht und Material. Rezeptoren nehmen Druck, Berührung, Vibration, Wärme, Kälte, Schmerz und Juckreiz wahr. Haptik bezeichnet die aktive Wahrnehmung.