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Reflexbogen - Was ist ein Reflexbogen und wie funktioniert er?

Reflexbogen - Was ist ein Reflexbogen und wie funktioniert er?

Was ist ein Reflexbogen und wie funktioniert er?

Ein Reflex beschreibt Verhaltensweisen oder Muster in der Biologie, welche direkt auf einen Reiz - entweder von außen oder aus dem Körperinneren - erfolgen. Damit diese Verschaltungsmuster ablaufen können, wird keine besondere Bereitschaft erfordert. 

Reflexe ermöglichen extrem schnelle Reaktionen auf einen Reiz, da sie aus wenigen Verschaltungen zwischen Nerven- und Effektororganen bestehen. So können Informationen schnell verarbeitet und eine standardisierte Antwort auf den Reiz schnell abgerufen werden.  

Unter einem Reflex versteht man eine in immer gleicher Weise erfolgende Reaktion auf einen bestimmten Reiz hin.

Quelle: Biologie - Lexikon (Link)

Vor allem, um Gefahren abzuwehren, sind Reflexe lebenswichtig. Nähert sich zum Beispiel ein Fremdkörper dem Auge, wird durch einen Reflexbogen, den Lidschlussreflex, das Lid des Auges extrem schnell - reflexartig - geschlossen. So wird das Auge möglichst effektiv gegen Verletzungen geschützt. 

Der Lidschlussreflex läuft dabei nach einem festgelegten genetisch programmierten Muster ab - ein Bewegungsmuster, das immer gleich abläuft. 

Alle Organismen, die Nervensysteme besitzen, verfügen über Reflexe. Die Dauer und die Stärke des eintreffenden Reizes bestimmen, ob ein Reflex ausgelöst wird und wie das programmierte Muster abläuft. Dadurch entsteht ein direkter Reiz-Reaktions-Zusammenhang.

Reflexe schützen nicht nur den Organismus - sie haben auch noch weitere wichtige Aufgaben. 

Dazu zählen unter anderem:

  • Reflexe, die komplexe, grundlegende Bewegungsabläufe ermöglichen - dadurch muss nicht bewusst über Bewegungen nachgedacht werden. Außerdem sind die Reaktionsabläufe bei den Bewegungsmustern schnell abrufbar.
  • Reflexe, um bei Bewegungen die richtige Körperhaltung einzunehmen.
  • der Saugreflex und andere frühkindliche Reflexe bei Babys. Diese werden im Laufe des Heranwachsens unter normalen Bedingungen wieder "verlernt".


Der Reflexbogen

Mit Hilfe des Reflexbogens, auch als Rückkopplungsschleife bezeichnet, wird der Vorgang der Reiz-Registrierung bis zur ausgeführten Reaktion, häufig in Form von Bewegungen, dargestellt.

Als Reflexbogen wird in der Physiologie die kürzeste Verbindung zwischen Rezeptor und Effektor über die Nervenzellen eines bestimmten neuronalen Erregungskreises bezeichnet.

Quelle: Wikipedia

Dies geschieht, indem ein Reiz von speziellen Rezeptoren wahrgenommen wird. Anschließend wird durch den Rezeptor Erregung auslöst. Diese ausgelöste Erregung wird über sensorische Nerven bis zum Zentralnervensystem, in der Regel bis zum Rückenmark weitergeleitet. 

Hier wird diese Erregung auf efferente Nervenzellen verschaltet. Unter efferenten Nervenzellen versteht man Nervenzellen, die vom Zentralnervensystem bzw. dem Rückenmark in die Peripherie zum Effektor-Organ laufen. Im Falle von Bewegungen als Reflex-Antwort wird auf motorische Nervenzellen verschaltet. 

Dadurch wird der Reiz zu dem Organ, welches der Effektor ist, geführt und kann die Reaktion auslösen.

Durch diese unterschiedliche komplexe Verschaltung kommt es zu verschiedenen Reaktionszeiten. Je mehr Verschaltungen zwischen Nervenzellen für einen Reflex notwendig sind, desto länger dauert es, bis die Reaktion ausgelöst wird. 

Das Modell mit dem Reflexbogen

Für jeden Reiz ist bereits eine bestimmte Reaktion festgelegt. Dadurch wird viel Zeit gespart. Diese Zeitersparnis geschieht, weil keine Entscheidung zwischen den unterschiedlichen Möglichkeiten zur Reaktion getroffen werden muss. Aus diesem Grund ist es auch nicht erforderlich, den Reiz bis zum Gehirn weiterzuleiten. Dadurch werden weitere Verschaltungen gespart und die Reaktion auf den Reiz kann schneller ablaufen.

Durch den programmierten Ablauf eines Reflexes kann die Reaktion schnellstmöglich aufgeführt werden.
Dehnung kann sich auf den Reflexbogen und die Intensität der Reflexantwort auswirken.

Statische Dehnung kann sich negativ auf die Reaktivität der Muskelspindeln auswirken. Dies kann zu einer Abschwächung des Patellarsehnenreflex führen.

Reflexbogen: Monosynaptisch und polysynaptisch

Damit ein Reflexbogen effektiv abläuft, ist die Anzahl der Verschaltungen innerhalb des Reflexbogen außerordentlich wichtig. Je geringer die Anzahl der Verschaltungen, desto kürzer ist die Reaktionszeit. 

Aus diesem Grund laufen monosynaptische Reflexe deutlich schneller ab als polysynaptische Reflexe.

Synaptisch leitet sich vom Wort Synapse ab. Als Synapsen werden die Verbindungen zwischen zwei Nervenzellen bezeichnet. In diesen Verbindungen wird das Signal, welches elektrisch über die Nervenzelle weitergeleitet wird, in ein chemisches Signal umgewandelt. Diese Umwandlung sorgt für eine gewisse Zeitverzögerung. 

Je mehr Synapsen, desto mehr Verzögerungen.

Mono steht für eine synpatische Verbindung - poly beschreibt mehrere synaptische Verbindungen innerhalb des Reflexes.

Monosynaptische Reflexbögen laufen schnell und zeitsparend ab, da sie nur eine einzige Verschaltung besitzen. Der Reflexbogen besteht aus zwei Nervenzellen, die über eine einzelne Synapse im Rückenmark verschaltet sind.

Beispiel eines monosynaptischen Reflexes am Beispiel der Muskulatur

Monosynaptische Reflexe werden im Bereich der Muskulatur auch als Eigenreflex oder Muskeleigenreflex bezeichnet. Der Patellarsehnenreflex (auch Kniesehnenreflex genannt) ist ein solcher Muskeleigenreflex. Als Reaktion auf diesen Reflex wird der Quadrizeps-Muskel im Ober - Schenkel angespannt. Die Patellarsehne verbindet den Quadrizeps-Muskel mit dem Unterschenkel. Der Reflex wird ausgelöst, wenn mit gezieltes, sanftem Schlag direkt auf die Sehne gehauen wird. So wie es der Arzt bei der Untersuchung mit dem Reflexhämmerchen macht. Durch den leichten Schlag wird Spannung auf die Sehne gebracht und der Quadrizeps-Muskel wird ruckartig gedehnt. Dadurch werden Rezeptoren im Muskel aktiviert - die Muskelspindelrezeptoren. Durch die Aktivierung wird Erregung zum Rückenmark weitergeleitet und dort auf das Motoneuron des Quadrizeps-Muskel verschaltet. In der Folge wird der Muskel angespannt. Diese Kontraktion löst eine Streckung im Kniegelenk aus.

Video: Patellarsehnenreflex

Eine polysynaptische Rückkoppelungsschleife überträgt das Signal des Sensors auf mehrere Nervenzellen. Ein Beispiel für einen polysynaptischen Reflex ist das ruckartige unwillkürliche Anziehen des Beines, wenn man barfuß auf einen spitzen Gegenstand tritt. Dabei wird die Information über den spitzen Gegenstand durch Rezeptoren der Haut wahrgenommen. Diese Information wird ans Rückenmark weitergeleitet und dort auf mehrere motorische Nervenzellen verschaltet. Einerseits werden die Beugemuskeln des betroffenen Beines durch den Reiz aktiviert - gleichzeitig die Streckmuskeln des Beins aber auch gehemmt. So kann das Bein schnellstmöglich hochgezogen werden und der Fuß vom spitzen Gegenstand gelöst werden.

Da hier mehr als eine Synpase im Reflexbogen vorhanden sind, spricht man von einem polysynaptischen Reflex.

Polysynaptische Rückkoppelungsschleifen lösen meist noch zusätzliche Reaktionen, unabhängig des Reflexes, aus. Im Beispiel des polysynaptischen Reflexes beim Betreten eines spitzen Gegenstandes, werden die Informationen über den Spitzen Gegenstand auch an das Gehirn weitergeleitet. Dort wird eine Schmerzempfindung im Bereich der Fußsohle ausgelöst. 

Monosynaptische und polysynaptische Reflexe unterscheiden sich, aufgrund der Zahl Verschaltungsstellen deutlich in der Reaktionszeit. Diese beträgt bei monosynaptischen Reflexen in etwa dreißig Millisekunden. Polysynaptische Reflexbögen haben eine Reaktionszeit von bis zu 140 Millisekunden.

Eigene und fremde Reflexe

Eine weitere Unterscheidung bei Reflexen ist die Unterscheidung in Eigen- und Fremd-Reflexe. Bei dieser Unterscheidung ist räumliche Beziehung zwischen dem Rezeptor und der ausführenden Einheit von namensgebender Bedeutung. 

Bei einem Eigenreflex sitzen der Rezeptor und der Effektor im gleichen Organ. Die Reizaufnahme und die Reaktion finden im gleichen Organ statt. Geschieht dies in verschiedenen Organen, spricht man von einem Fremdreflex. 

Der weiter oben beschriebene Patellar-Sehnen-Reflex zählt zu den Eigenreflexen. Sowohl die Reizaufnahme, nämlich durch die Muskelspindel, als auch die Reaktion, nämlich die Muskelkontraktion des Quadrizeps-Muskel, findet im selben Organ - dem Quadrizeps-Muskel - statt.
Ein Hustenreiz hingegen ist ein Fremdreflex. Die Sinneszellen in der Schleimhaut der Luftröhre stellen die Rezeptoren dar und die Reaktion erfolgt an den Ausatem - Muskeln. Kontraktionen der Ausatem - Muskeln erzeugen in der Lunge einen höheren Druck. So werden Fremdkörper gezielt aus der Luftröhre ausgestoßen.

Merkmale der Eigen- und Fremdreflexe

Ein Merkmal eines Eigenreflexes ist, dass dieser Reflexbogen in der Regel monosynaptisch aufgebaut sind. In seltenen Fällen sind Eigenreflexe auch polysynaptisch aufgebaut. Die Verschaltung geschieht dabei im Rückenmark. Ist der Reiz stark genug, um den Reflex auszulösen, gibt es keine Möglichkeit mehr den Ablauf des Reflexes aufzuhalten. Weitere Merkmale eines monosynaptischen Reflexes sind die extrem kurze Reaktionszeit und, dass Eigenreflexe eine korrekte Körperhaltung unterstützen und unkorrekte Körperbewegungen ausbalancieren. 

Fremdreflexen hingegen kennzeichnet, dass der Reflexbogen polysynaptisch aufgebaut ist. Die Verschaltung erfolgt im Gehirn oder in Reflexzentren im Rückenmark. Der unwillkürliche Ablauf bei Fremdreflexen kann dabei, im Gegensatz zu monosynaptischen Reflexen, durch mehrere Verschaltungen von anderen Nervenzellen moduliert werden. Dadurch kann der Ablauf eines polysynaptischen Reflexbogens sich in der Ausprägung und Intensität je nach Kontext verändern.

Die Reaktionszeit bei Eigenreflexen liegt zwischen zwanzig und dreißig Millisekunden. Bei Fremdreflexbögen beträgt sie zwischen sechzig bis hin zu 200 Millisekunden. 


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