Reiz

Das Licht der Lampe (1.) wirkt wie eine wahrnehmbare Veränderung in der Umgebung der Pflanze. Infolgedessen zeigt die Pflanze eine phototrope Reaktion, d. h. sie wächst in Richtung des Lichtreizes (2.). ⓘ

In der Physiologie ist ein Reiz eine wahrnehmbare Veränderung in der physikalischen oder chemischen Struktur der inneren oder äußeren Umgebung eines Organismus. Die Fähigkeit eines Organismus oder Organs, äußere Reize zu erkennen, so dass eine angemessene Reaktion erfolgen kann, wird als Empfindlichkeit (Erregbarkeit) bezeichnet. Sinnesrezeptoren können Informationen von außerhalb des Körpers empfangen, wie z. B. Berührungsrezeptoren in der Haut oder Lichtrezeptoren im Auge, aber auch von innerhalb des Körpers, wie z. B. Chemorezeptoren und Mechanorezeptoren. Wenn ein Reiz von einem Sinnesrezeptor erfasst wird, kann er über die Reizweiterleitung einen Reflex auslösen. Ein interner Reiz ist oft die erste Komponente eines homöostatischen Kontrollsystems. Externe Reize sind in der Lage, systemische Reaktionen im gesamten Körper hervorzurufen, wie z. B. bei der Kampf-oder-Flucht-Reaktion. Damit ein Reiz mit hoher Wahrscheinlichkeit erkannt wird, muss seine Stärke den absoluten Schwellenwert überschreiten. Erreicht ein Signal den Schwellenwert, wird die Information an das zentrale Nervensystem (ZNS) weitergeleitet, wo sie integriert wird und eine Entscheidung über die Reaktion getroffen wird. Obwohl Reize im Allgemeinen den Körper zu einer Reaktion veranlassen, ist es das ZNS, das letztendlich entscheidet, ob ein Signal eine Reaktion hervorruft oder nicht. ⓘ

Ein Reiz oder Stimulus (Mehrzahl: Stimuli) in der Physiologie ist eine physikalische Größe oder eine chemische Größe der inneren Umgebung oder der äußeren Umwelt eines lebenden Systems, die durch veränderten Energiebetrag auf dieses lebende System einwirkt. ⓘ

Im Sinne der Neurobiologie ist ein Reiz somit die Einwirkung auf eine Sinneszelle, mit der eine Veränderung des Membranpotentials ihrer Zellmembran hervorgerufen wird (Rezeptorpotential) und zu einer Hyperpolarisation oder Depolarisation führt. Bei einer zugeordneten Nervenzelle löst ein überschwelliger Reiz ein Aktionspotential aus. Die Aktionspotenziale sorgen dann für die Erregungsleitung. ⓘ

Arten

Intern

Homöostatische Ungleichgewichte

Homöostatische Ungleichgewichte sind die Hauptantriebskraft für Veränderungen im Körper. Diese Reize werden von Rezeptoren und Sensoren in verschiedenen Teilen des Körpers genau überwacht. Bei diesen Sensoren handelt es sich um Mechanorezeptoren, Chemorezeptoren und Thermorezeptoren, die jeweils auf Druck oder Dehnung, chemische Veränderungen oder Temperaturänderungen reagieren. Beispiele für Mechanorezeptoren sind Barorezeptoren, die Veränderungen des Blutdrucks feststellen, Merkelsche Scheiben, die anhaltende Berührungen und Druck wahrnehmen können, und Haarzellen, die Schallreize wahrnehmen. Zu den homöostatischen Ungleichgewichten, die als interne Reize dienen können, gehören der Nährstoff- und Ionengehalt im Blut, der Sauerstoffgehalt und der Wassergehalt. Abweichungen vom homöostatischen Ideal können eine homöostatische Emotion wie Schmerz, Durst oder Müdigkeit auslösen, die zu einem Verhalten motiviert, das den Körper wieder ins Gleichgewicht bringt (z. B. Rückzug, Trinken oder Ausruhen). ⓘ

Blutdruck

Blutdruck, Herzfrequenz und Herzleistung werden durch Dehnungsrezeptoren in den Karotisarterien gemessen. In diese Rezeptoren sind Nerven eingebettet, die, wenn sie eine Dehnung feststellen, stimuliert werden und Aktionspotenziale an das zentrale Nervensystem abgeben. Diese Impulse hemmen die Verengung der Blutgefäße und senken die Herzfrequenz. Wenn diese Nerven keine Dehnung erkennen, nimmt der Körper einen niedrigen Blutdruck als gefährlichen Reiz wahr, und es werden keine Signale gesendet, wodurch die Hemmung der ZNS-Aktion verhindert wird; die Blutgefäße verengen sich und die Herzfrequenz steigt, was einen Anstieg des Blutdrucks im Körper verursacht. ⓘ

Externe

Berührung und Schmerz

Sinneseindrücke, insbesondere Schmerzen, sind Reize, die eine große Reaktion hervorrufen und neurologische Veränderungen im Körper bewirken können. Schmerz verursacht auch eine Verhaltensänderung im Körper, die proportional zur Intensität des Schmerzes ist. Die Empfindung wird von den Sinnesrezeptoren auf der Haut aufgenommen und wandert zum Zentralnervensystem, wo sie integriert wird und eine Entscheidung darüber getroffen wird, wie zu reagieren ist; wenn entschieden wird, dass eine Reaktion erfolgen muss, wird ein Signal zurück zu einem Muskel gesendet, der sich entsprechend dem Reiz verhält. Im Gyrus postcentralis befindet sich das primäre somatosensorische Areal, das wichtigste sensorische Rezeptionsgebiet für den Tastsinn. ⓘ

Schmerzrezeptoren werden als Nozizeptoren bezeichnet. Es gibt zwei Haupttypen von Nozizeptoren: A-Faser-Nozizeptoren und C-Faser-Nozizeptoren. A-Faser-Rezeptoren sind myelinisiert und leiten Ströme schnell. Sie leiten vor allem schnelle und scharfe Schmerzarten. Im Gegensatz dazu sind C-Faser-Rezeptoren nicht myelinisiert und leiten langsam. Diese Rezeptoren leiten langsame, brennende, diffuse Schmerzen. ⓘ

Die absolute Schwelle für Berührungen ist die Mindestmenge an Empfindungen, die erforderlich ist, um eine Reaktion der Berührungsrezeptoren hervorzurufen. Diese Empfindungsstärke hat einen definierbaren Wert und wird häufig mit der Kraft gleichgesetzt, die ein Bienenflügel aus einem Abstand von einem Zentimeter auf die Wange eines Menschen ausübt. Dieser Wert ändert sich je nach dem Körperteil, der berührt wird. ⓘ

Sehen

Das Sehen bietet dem Gehirn die Möglichkeit, Veränderungen in der Umgebung des Körpers wahrzunehmen und darauf zu reagieren. Informationen oder Reize in Form von Licht treten in die Netzhaut ein, wo sie eine spezielle Art von Neuronen, die so genannten Photorezeptorzellen, erregen. Ein lokales abgestuftes Potenzial beginnt im Photorezeptor, wo es die Zelle so weit erregt, dass der Impuls über eine Reihe von Neuronen an das zentrale Nervensystem weitergeleitet werden kann. Auf dem Weg von den Photorezeptoren zu den größeren Neuronen müssen Aktionspotentiale erzeugt werden, damit das Signal stark genug ist, um das ZNS zu erreichen. Wenn der Reiz nicht stark genug ist, um eine Reaktion hervorzurufen, wird gesagt, dass er die absolute Schwelle nicht erreicht, und der Körper reagiert nicht. Ist der Reiz jedoch stark genug, um ein Aktionspotenzial in Neuronen außerhalb des Photorezeptors zu erzeugen, integriert der Körper die Informationen und reagiert entsprechend. Visuelle Informationen werden im Okzipitallappen des ZNS, insbesondere im primären visuellen Kortex, verarbeitet. ⓘ

Die absolute Schwelle für das Sehen ist die Mindestmenge an Empfindungen, die erforderlich ist, um eine Reaktion der Photorezeptoren im Auge hervorzurufen. Diese Empfindungsmenge hat einen definierbaren Wert und wird oft als die Lichtmenge angesehen, die von jemandem ausgeht, der in 30 Meilen Entfernung eine einzelne Kerze hochhält, wenn die Augen auf die Dunkelheit eingestellt sind. ⓘ

Geruch

Der Geruchssinn ermöglicht es dem Körper, chemische Moleküle in der Luft durch Einatmen zu erkennen. Die Riechorgane, die sich auf beiden Seiten der Nasenscheidewand befinden, bestehen aus Riechepithel und Lamina propria. Das Riechepithel, das Geruchsrezeptorzellen enthält, bedeckt die untere Fläche der cribiformen Platte, den oberen Teil der senkrechten Platte und die obere Nasenmuschel. Nur etwa zwei Prozent der eingeatmeten Luftbestandteile werden als kleine Probe der eingeatmeten Luft zu den Riechorganen transportiert. Die Geruchsrezeptoren reichen über die Epitheloberfläche hinaus und bilden eine Basis für viele Zilien, die im umgebenden Schleim liegen. Geruchsstoff-bindende Proteine interagieren mit diesen Flimmerhärchen und stimulieren die Rezeptoren. Geruchsstoffe sind im Allgemeinen kleine organische Moleküle. Eine höhere Wasser- und Lipidlöslichkeit steht in direktem Zusammenhang mit stärker riechenden Geruchsstoffen. Die Bindung des Geruchsstoffs an G-Protein-gekoppelte Rezeptoren aktiviert die Adenylatzyklase, die ATP in cAMP umwandelt. cAMP wiederum fördert die Öffnung von Natriumkanälen, was zu einem lokalisierten Potenzial führt. ⓘ

Die absolute Geruchsschwelle ist die Mindestmenge an Empfindungen, die erforderlich ist, um eine Reaktion der Rezeptoren in der Nase auszulösen. Diese Empfindungsstärke hat einen definierbaren Wert und wird oft als ein einziger Tropfen Parfüm in einem Haus mit sechs Zimmern angesehen. Dieser Wert ändert sich je nachdem, welche Substanz gerochen wird. ⓘ

Geschmack

Der Geschmack erfasst die Aromen von Lebensmitteln und anderen Stoffen, die über die Zunge und durch den Mund gelangen. Die Geschmackszellen befinden sich auf der Oberfläche der Zunge und den angrenzenden Teilen des Rachens und des Kehlkopfs. Sie bilden sich aus Geschmacksknospen, spezialisierten Epithelzellen, und werden im Allgemeinen alle zehn Tage ausgetauscht. Aus jeder Zelle ragen Mikrovilli, auch Geschmackshärchen genannt, durch die Geschmackspore in die Mundhöhle. Gelöste Chemikalien interagieren mit diesen Rezeptorzellen; verschiedene Geschmacksrichtungen binden sich an spezifische Rezeptoren. Salz- und Säurerezeptoren sind chemisch gesteuerte Ionenkanäle, die eine Depolarisation der Zelle bewirken. Süß-, Bitter- und Umami-Rezeptoren werden als Gustducine bezeichnet, spezialisierte G-Protein-gekoppelte Rezeptoren. Beide Abteilungen der Rezeptorzellen geben Neurotransmitter an afferente Fasern ab, die ein Aktionspotential auslösen. ⓘ

Die absolute Geschmacksschwelle ist die Mindestmenge an Empfindung, die erforderlich ist, um eine Reaktion der Rezeptoren im Mund auszulösen. Diese Empfindungsmenge hat einen definierbaren Wert und wird oft als ein einziger Tropfen Chininsulfat in 250 Litern Wasser angesehen. ⓘ

Schall

Die durch den Schall verursachten Druckänderungen, die das äußere Ohr erreichen, schwingen im Trommelfell mit, das mit den Gehörknöchelchen, den Knochen des Mittelohrs, verbunden ist. Diese winzigen Knochen vervielfachen diese Druckschwankungen, wenn sie die Störung an die Cochlea weiterleiten, eine spiralförmige Knochenstruktur im Innenohr. Die Haarzellen im Cochlea-Gang, insbesondere im Corti-Organ, werden abgelenkt, wenn sich Wellen von Flüssigkeits- und Membranbewegungen durch die Kammern der Cochlea bewegen. Bipolare sensorische Neuronen, die sich im Zentrum der Cochlea befinden, überwachen die Informationen von diesen Rezeptorzellen und leiten sie über den Cochleaast des Hirnnervs VIII an den Hirnstamm weiter. Die Verarbeitung der Schallinformationen erfolgt im Schläfenlappen des ZNS, insbesondere im primären auditorischen Kortex. ⓘ

Die absolute Schwelle für Schall ist die Mindestmenge an Empfindungen, die erforderlich ist, um eine Reaktion der Rezeptoren in den Ohren hervorzurufen. Diese Empfindungsstärke hat einen definierbaren Wert und wird oft als das Ticken einer Uhr in einer ansonsten geräuschlosen Umgebung in 6 m Entfernung angesehen. ⓘ

Gleichgewicht

Die halbkreisförmigen Kanäle, die direkt mit der Hörschnecke verbunden sind, können Informationen über das Gleichgewicht auf ähnliche Weise wie beim Hören interpretieren und an das Gehirn weiterleiten. Die Haarzellen in diesen Teilen des Ohrs stoßen Kinozilien und Stereozilien in ein gallertartiges Material, das die Kanäle dieses Kanals auskleidet. In Teilen dieser halbkreisförmigen Kanäle, insbesondere in den Makulae, ruhen Kalziumkarbonatkristalle, so genannte Statoconia, auf der Oberfläche dieses gallertartigen Materials. Wenn der Kopf geneigt wird oder der Körper eine lineare Beschleunigung erfährt, bewegen sich diese Kristalle und stören die Flimmerhärchen der Haarzellen, was die Freisetzung von Neurotransmittern beeinflusst, die von den umliegenden sensorischen Nerven aufgenommen werden. In anderen Bereichen des halbkreisförmigen Kanals, insbesondere in der Ampulle, stört eine Struktur, die als Cupula bezeichnet wird und dem gallertartigen Material in der Makula ähnelt, die Haarzellen in ähnlicher Weise, wenn das flüssige Medium, das sie umgibt, die Cupula selbst in Bewegung versetzt. Die Ampulle übermittelt dem Gehirn Informationen über die horizontale Drehung des Kopfes. Neuronen der benachbarten Vestibularganglien überwachen die Haarzellen in diesen Gängen. Diese sensorischen Fasern bilden den vestibulären Ast des Hirnnervs VIII. ⓘ

Zelluläre Reaktion

Im Allgemeinen wird die zelluläre Reaktion auf Reize als eine Veränderung des Zustands oder der Aktivität einer Zelle in Form von Bewegung, Sekretion, Enzymproduktion oder Genexpression definiert. Rezeptoren auf der Zelloberfläche sind sensorische Komponenten, die Reize überwachen und auf Veränderungen in der Umgebung reagieren, indem sie das Signal zur weiteren Verarbeitung und Reaktion an ein Kontrollzentrum weiterleiten. Reize werden immer durch Transduktion in elektrische Signale umgewandelt. Dieses elektrische Signal oder Rezeptorpotenzial nimmt einen bestimmten Weg durch das Nervensystem, um eine systematische Reaktion auszulösen. Jeder Rezeptortyp ist so spezialisiert, dass er bevorzugt auf eine bestimmte Art von Stimulusenergie reagiert, die als adäquater Stimulus bezeichnet wird. Die Sinnesrezeptoren haben eine genau definierte Bandbreite von Reizen, auf die sie reagieren, und jeder ist auf die besonderen Bedürfnisse des Organismus abgestimmt. Reize werden je nach Art des Reizes durch Mechanotransduktion oder Chemotransduktion im ganzen Körper weitergeleitet. ⓘ

Mechanische

Als zelluläre Kraftsensoren, die auf einen mechanischen Reiz reagieren, werden extrazelluläre Matrixmoleküle, das Zytoskelett, Transmembranproteine, Proteine an der Membran-Phospholipid-Grenzfläche, Elemente der Kernmatrix, Chromatin und die Lipiddoppelschicht vorgeschlagen. Die extrazelluläre Matrix beispielsweise ist ein Leiter für mechanische Kräfte, aber ihre Struktur und Zusammensetzung wird auch durch die zellulären Reaktionen auf dieselben angewandten oder endogen erzeugten Kräfte beeinflusst. Mechanosensitive Ionenkanäle sind in vielen Zelltypen zu finden, und es hat sich gezeigt, dass die Permeabilität dieser Kanäle für Kationen durch Dehnungsrezeptoren und mechanische Reize beeinflusst wird. Diese Durchlässigkeit der Ionenkanäle ist die Grundlage für die Umwandlung des mechanischen Reizes in ein elektrisches Signal... ⓘ

Chemische

Chemische Reize, wie z. B. Geruchsstoffe, werden von zellulären Rezeptoren aufgenommen, die häufig an Ionenkanäle gekoppelt sind, die für die Chemotransduktion verantwortlich sind. Dies ist bei Riechzellen der Fall. Die Depolarisation in diesen Zellen resultiert aus der Öffnung nicht-selektiver Kationenkanäle bei Bindung des Geruchsstoffs an den spezifischen Rezeptor. G-Protein-gekoppelte Rezeptoren in der Plasmamembran dieser Zellen können Second-Messenger-Wege initiieren, die die Öffnung von Kationenkanälen bewirken. ⓘ

Als Reaktion auf Reize leitet der sensorische Rezeptor die sensorische Transduktion ein, indem er abgestufte Potenziale oder Aktionspotenziale in derselben Zelle oder in einer benachbarten Zelle erzeugt. Die Empfindlichkeit gegenüber Reizen wird durch chemische Verstärkung über Second-Messenger-Wege erreicht, bei denen enzymatische Kaskaden eine große Anzahl von Zwischenprodukten erzeugen, die die Wirkung eines einzelnen Rezeptormoleküls verstärken. ⓘ

Systematische Reaktion

Reaktion des Nervensystems

Obwohl die Rezeptoren und Reize vielfältig sind, erzeugen die meisten äußeren Reize zunächst lokalisierte, abgestufte Potenziale in den Neuronen, die mit dem spezifischen Sinnesorgan oder Gewebe verbunden sind. Im Nervensystem können interne und externe Reize zwei verschiedene Kategorien von Reaktionen hervorrufen: eine erregende Reaktion, normalerweise in Form eines Aktionspotenzials, und eine hemmende Reaktion. Wenn ein Neuron durch einen erregenden Impuls stimuliert wird, werden die neuronalen Dendriten durch Neurotransmitter gebunden, die bewirken, dass die Zelle für eine bestimmte Art von Ionen durchlässig wird; die Art des Neurotransmitters bestimmt, für welches Ion der Neurotransmitter durchlässig wird. Bei exzitatorischen postsynaptischen Potenzialen wird eine exzitatorische Reaktion erzeugt. Diese wird dadurch verursacht, dass ein erregender Neurotransmitter, normalerweise Glutamat, an die Dendriten eines Neurons bindet und einen Einstrom von Natriumionen durch Kanäle in der Nähe der Bindungsstelle verursacht. ⓘ

Diese Änderung der Membrandurchlässigkeit in den Dendriten wird als lokales abgestuftes Potenzial bezeichnet und führt dazu, dass sich die Membranspannung von einem negativen Ruhepotenzial zu einer positiveren Spannung ändert, ein Vorgang, der als Depolarisation bezeichnet wird. Die Öffnung von Natriumkanälen ermöglicht die Öffnung von Natriumkanälen in der Nähe, so dass sich die Veränderung der Permeabilität von den Dendriten auf den Zellkörper ausbreiten kann. Ist ein abgestuftes Potenzial stark genug oder treten mehrere abgestufte Potenziale in einer ausreichend schnellen Frequenz auf, kann sich die Depolarisation über den Zellkörper bis zum Axonhügel ausbreiten. Vom Axonhügel aus kann ein Aktionspotenzial erzeugt werden, das sich im Axon des Neurons ausbreitet und dazu führt, dass sich Natriumionenkanäle im Axon öffnen, während sich der Impuls ausbreitet. Sobald das Signal beginnt, das Axon abwärts zu wandern, hat das Membranpotenzial bereits die Schwelle überschritten, was bedeutet, dass es nicht mehr gestoppt werden kann. Dieses Phänomen wird als Alles-oder-Nichts-Reaktion bezeichnet. Gruppen von Natriumkanälen, die durch die Änderung des Membranpotenzials geöffnet werden, verstärken das Signal, während es sich vom Axonhügel wegbewegt, so dass es sich über die Länge des Axons bewegen kann. Wenn die Depolarisation das Ende des Axons, das sogenannte Axonterminal, erreicht, wird das Ende des Neurons durchlässig für Kalziumionen, die über Kalziumionenkanäle in die Zelle gelangen. Kalzium bewirkt die Freisetzung von Neurotransmittern, die in synaptischen Vesikeln gespeichert sind, die in die Synapse zwischen zwei Neuronen, dem präsynaptischen und dem postsynaptischen Neuron, eindringen; ist das Signal des präsynaptischen Neurons erregend, bewirkt es die Freisetzung eines erregenden Neurotransmitters, der eine ähnliche Reaktion im postsynaptischen Neuron hervorruft. Diese Neuronen können über ausgedehnte, komplexe dendritische Netze mit Tausenden von anderen Rezeptoren und Zielzellen kommunizieren. Die Kommunikation zwischen den Rezeptoren auf diese Weise ermöglicht die Unterscheidung und die genauere Interpretation externer Reize. Diese lokalisierten, abgestuften Potenziale lösen Aktionspotenziale aus, die in ihrer Frequenz entlang der Nervenachsen kommunizieren und schließlich in bestimmten Kortexen des Gehirns ankommen. In diesen ebenfalls hoch spezialisierten Teilen des Gehirns werden diese Signale mit anderen koordiniert, um möglicherweise eine neue Reaktion auszulösen. ⓘ

Wenn ein Signal vom präsynaptischen Neuron hemmend ist, werden hemmende Neurotransmitter, normalerweise GABA, in die Synapse freigesetzt. Dieser Neurotransmitter bewirkt ein hemmendes postsynaptisches Potenzial im postsynaptischen Neuron. Diese Reaktion bewirkt, dass das postsynaptische Neuron für Chloridionen durchlässig wird, wodurch das Membranpotenzial der Zelle negativ wird; ein negatives Membranpotenzial erschwert es der Zelle, ein Aktionspotenzial auszulösen und verhindert, dass ein Signal durch das Neuron weitergeleitet wird. Je nach Art des Reizes kann ein Neuron entweder erregend oder hemmend wirken. ⓘ

Reaktion des Muskelsystems

Die Nerven des peripheren Nervensystems verteilen sich auf verschiedene Teile des Körpers, einschließlich der Muskelfasern. Eine Muskelfaser und das motorische Neuron, mit dem sie verbunden ist. Die Stelle, an der das motorische Neuron an der Muskelfaser ansetzt, wird als neuromuskuläre Verbindung bezeichnet. Wenn die Muskeln Informationen von inneren oder äußeren Reizen erhalten, werden die Muskelfasern von ihrem jeweiligen Motoneuron stimuliert. Die Impulse werden vom zentralen Nervensystem über die Neuronen weitergeleitet, bis sie das Motoneuron erreichen, das den Neurotransmitter Acetylcholin (ACh) an der neuromuskulären Verbindung freisetzt. ACh bindet an nikotinische Acetylcholinrezeptoren auf der Oberfläche der Muskelzelle und öffnet Ionenkanäle, so dass Natriumionen in die Zelle einströmen und Kaliumionen aus ihr herausströmen können; diese Ionenbewegung bewirkt eine Depolarisation, die die Freisetzung von Kalziumionen in der Zelle ermöglicht. Die Kalziumionen binden sich an Proteine innerhalb der Muskelzelle und ermöglichen so die Muskelkontraktion, die letztendliche Folge eines Reizes. ⓘ

Reaktion des endokrinen Systems

Vasopressin

Das endokrine System wird durch viele interne und externe Reize beeinflusst. Ein interner Stimulus, der eine Hormonausschüttung bewirkt, ist der Blutdruck. Hypotonie, also niedriger Blutdruck, ist eine wichtige Triebkraft für die Freisetzung von Vasopressin, einem Hormon, das die Wassereinlagerung in den Nieren bewirkt. Dieser Prozess steigert auch den Durst des Menschen. Wenn sich der Blutdruck einer Person wieder normalisiert, verlangsamt sich die Freisetzung von Vasopressin und es wird weniger Flüssigkeit in den Nieren zurückgehalten. Hypovolämie, also ein niedriger Flüssigkeitsgehalt im Körper, kann ebenfalls als Stimulus für diese Reaktion dienen. ⓘ

Epinephrin

Epinephrin, auch bekannt als Adrenalin, wird ebenfalls häufig als Reaktion auf innere und äußere Veränderungen eingesetzt. Eine häufige Ursache für die Freisetzung dieses Hormons ist die "Fight-or-flight"-Reaktion. Wenn der Körper auf einen potenziell gefährlichen äußeren Reiz stößt, wird Adrenalin aus den Nebennieren freigesetzt. Adrenalin bewirkt physiologische Veränderungen im Körper, wie z. B. die Verengung der Blutgefäße, die Erweiterung der Pupillen, die Erhöhung der Herz- und Atemfrequenz und die Verstoffwechselung von Glukose. Alle diese Reaktionen auf einen einzigen Reiz tragen zum Schutz des Menschen bei, unabhängig davon, ob die Entscheidung getroffen wird, zu bleiben und zu kämpfen oder wegzulaufen und die Gefahr zu vermeiden. ⓘ

Reaktion des Verdauungssystems

Kefalsche Phase

Das Verdauungssystem kann auf äußere Reize wie den Anblick oder Geruch von Nahrung reagieren und physiologische Veränderungen hervorrufen, bevor die Nahrung überhaupt in den Körper gelangt. Dieser Reflex wird als kephale Phase der Verdauung bezeichnet. Der Anblick und der Geruch von Lebensmitteln sind stark genug, um Speichelfluss, die Sekretion von Magen- und Bauchspeicheldrüsenenzymen und die Ausschüttung von Hormonen zu bewirken, um sich auf die ankommenden Nährstoffe vorzubereiten; indem der Verdauungsprozess eingeleitet wird, bevor die Nahrung den Magen erreicht, kann der Körper die Nahrung effektiver und effizienter in die notwendigen Nährstoffe umwandeln. Sobald die Nahrung den Mund erreicht, tragen Geschmack und Informationen von Rezeptoren im Mund zur Verdauungsreaktion bei. Chemorezeptoren und Mechanorezeptoren, die durch Kauen und Schlucken aktiviert werden, erhöhen die Enzymfreisetzung in Magen und Darm weiter. ⓘ

Enterisches Nervensystem

Das Verdauungssystem ist auch in der Lage, auf innere Reize zu reagieren. Allein der Verdauungstrakt, das enterische Nervensystem, enthält Millionen von Neuronen. Diese Neuronen fungieren als Sinnesrezeptoren, die Veränderungen im Verdauungstrakt wahrnehmen können, z. B. wenn Nahrung in den Dünndarm gelangt. Je nachdem, was diese Sinnesrezeptoren wahrnehmen, können bestimmte Enzyme und Verdauungssäfte aus der Bauchspeicheldrüse und der Leber ausgeschüttet werden, um den Stoffwechsel und den Abbau der Nahrung zu unterstützen. ⓘ

Forschungsmethoden und -techniken

Klammertechniken

Intrazelluläre Messungen des elektrischen Potenzials an der Membran können mit Hilfe von Mikroelektrodenaufzeichnungen durchgeführt werden. Patch-Clamp-Techniken ermöglichen die Manipulation der intrazellulären oder extrazellulären Ionen- oder Lipidkonzentration bei gleichzeitiger Aufzeichnung des Potenzials. Auf diese Weise können die Auswirkungen verschiedener Bedingungen auf Schwellenwert und Ausbreitung bewertet werden. ⓘ

Nichtinvasives neuronales Scannen

Die Positronenemissionstomographie (PET) und die Magnetresonanztomographie (MRT) ermöglichen die nichtinvasive Visualisierung aktivierter Hirnregionen, während die Versuchsperson verschiedenen Reizen ausgesetzt ist. Die Aktivität wird im Verhältnis zum Blutfluss in einer bestimmten Hirnregion überwacht. ⓘ

Andere Methoden

Eine weitere Methode ist die Rückzugszeit der Hintergliedmaßen. Sorin Barac et al. haben in einer kürzlich im Journal of Reconstructive Microsurgery veröffentlichten Arbeit die Reaktion von Testratten auf Schmerzreize überwacht, indem sie einen akuten, externen Hitzereiz auslösten und die Rückzugszeit der Hintergliedmaßen (HLWT) maßen. ⓘ

Reizarten

Inadäquate Reize

Inadäquate Reize können ebenfalls eine Potentialänderung hervorrufen. Doch sind sie Reize, die der Sinneszelle nicht entsprechen und somit nur mit vergleichsweise hoher Energie zu einem Rezeptorpotential führen oder auch gar keine Erregung auslösen. Beispielsweise kann auch bei mechanischem Druck auf die Netzhaut (wie etwa dem Schlag einer Faust aufs Auge) ein visueller Eindruck entstehen (als weiße Flecken oder „Sternchen“). Ebenso sind durch von außen angelegte leichte elektrische Spannungen, z. B. an der Zunge, den Sinneszellen zugeordnete Empfindungen im Zentralnervensystem auslösbar (etwa ein „süß-saurer“ Eindruck). Doch wird helles Licht auch bei herausgestreckter Zunge nicht geschmeckt. ⓘ

Unterschwellige Reize

Auch bei adäquaten Reizen kann es vorkommen, dass die Energiemenge nicht hinreicht, die zugeordnete Nervenzelle zu erregen (Alles-oder-nichts-Prinzip). Treffen solche Reize allerdings in raschen zeitlichen Abfolgen oder geringen räumlichen Abständen ein, so können sie durch Summation zu einem überschwelligen Reiz werden und das afferente Neuron erregen. ⓘ

Überschwellige Reize

Hier reicht die Energiemenge eines Reizes aus, um mit den rezeptiven Strukturen der Zelle zu interagieren und eine zelluläre Signaltransduktion einzuleiten, die in ein Rezeptorpotential der Sinneszelle mündet, das in der zugeordneten Nervenzelle in Serien von Aktionspotentialen überführt wird – die beispielsweise über den Sehnerv geleitet werden. ⓘ

Abhängig von den jeweiligen Bedingungen im weiterleitenden afferenten System (u. a. Kontrastierung und Adaptation) sowie vom aktuellen Wachheitsgrad (Vigilanzstatus) sind dann auch Empfindungen möglich, die als Sinneseindrücke bewusst wahrgenommen werden können. ⓘ

Reizverarbeitung

Diese Mottenlarve reagiert auf Kontakt mit einem Fraßfeind. ⓘ

Empfindungen und Sinneseindrücke entstehen erst im Zentralnervensystem und sind nicht mehr direkt messbar (Blackbox). Sie können nur mit psychologischen Methoden erfasst werden. Wahrnehmungen entstehen durch Verknüpfung der Sinneseindrücke mit Erfahrungen und der eigenen Person. ⓘ

Lebewesen reagieren sowohl auf äußere (aus der Umwelt stammende) als auch auf innere (im Organismus selbst hervorgebrachte) Reize. Auf einen Reiz kann eine Reaktion folgen; doch kann eine solche durch der Reizaufnahme nachfolgende Verarbeitungsschritte auch gehemmt werden (vgl. hierzu auch Reizfilterung). In einem Lebewesen werden aufgenommene Reize unterschieden (differenziert), auf einander bezogen (integriert) und auf mögliche Reaktionen hin bewertet – bezüglich der Koordination zwischen Teilsystemen eines Lebewesens wie hinsichtlich der Interaktion zwischen Lebewesen und Umwelt. Bei Tieren sind Sinneszellen über Synapsen mit dezentralen Nervenknoten oder auch mit einem zentralen Nervensystem verbunden, in dem durch Reize hervorgerufene Erregungen in Bezug auf Reaktionsmöglichkeiten verarbeitet werden. ⓘ

Reiz-Reaktionskette bei Tieren

Ein Reiz wirkt auf die Rezeptoren (Sinneszellen) oder Akzeptoren (Sinnesorgane) eines Organismus ein und wird afferent über sensible bzw. sensorische Nerven weiter zum Zentralnervensystem (Rückenmark und/oder Gehirn) geleitet und dort verarbeitet. Daraufhin kann efferent über motorische Nerven ein Impuls an einen Effektor (Erfolgsorgan) wie etwa einen Muskel oder eine Drüse übermittelt werden. Als Antwort oder Effekt kann beispielsweise eine Muskelkontraktion erfolgen, mit der das Verhältnis zur Umgebung reizbezogen verändert wird. ⓘ

Reizbarkeit bei Pflanzen

Bei Pflanzen erfolgt die Signalweiterleitung fast ausschließlich durch chemische Reaktionen, wobei vor allem Licht ein sehr wichtiger Reiz ist (vgl. Licht als Ökofaktor). Die Temperaturen, das Substrat des Bodens, andere chemische Stoffe, die Gravitation und andere Einflüsse können auch als Reize wirksam sein. Bei der Verarbeitung kann es zu einer Wechselwirkung (Synergie) verschiedener Reize kommen. ⓘ

Wahrnehmungsarten und ihre Reize

Die Wahrnehmung ist an Spektrum und Intensität der benötigten Reize angepasst (z. B. Hörschwelle). So kennt der Mensch folgende Außensinne und die dazugehörigen Reize:

• Tasten (Haut) – Druck/Berührung, Temperatur.
• Schmecken (Zunge) – salzig, sauer, süß, bitter, umami, fett.
• Riechen (Nase) – Duftmoleküle (hat auch Anteil am Geschmackssinn).
• Sehen (Augen) – Helligkeit (Licht) und Farbe.
• Hören (Ohren) – Schallwellen (Töne, Klänge).

Im Wirtschaftsleben – namentlich in der Konsumgüterwerbung und in der Handelspsychologie – wird das gesamte Reizspektrum eingesetzt, um Interesse an Waren zu wecken und darüber hinaus Kaufhandlungen auszulösen. ⓘ

Hinzu treten die Sinne, die der Eigenwahrnehmung dienen (für eine Übersicht siehe Sensibilität (Medizin)):

• Propriozeption
• Entero- oder Viszerozeption ⓘ

Allerdings existieren darüber hinaus noch unzählige andere Reizqualitäten wie z. B. Magnetismus und Ultraschall, die der Mensch nicht wahrnehmen kann. ⓘ