SINNESPHYSIOLOGIE: SOMOTOSENSORIK/ VESTIBULÄRER ...

PHYSIOLOGISCHES INSTITUT DER UNIVERSITÄT KIEL
KURSUS DER PHYSIOLOGIE für Pharmazeuten
SINNESPHYSIOLOGIE: Somatosensorik und vestibulärer Nystagmus
Wir nehmen unseren Körper, die Stellung seiner Teile zueinander sowie seine Beziehung zum
umgebenden Raum hauptsächlich über unsere s o m a t o v i s c e r a l e n (Körper und Eingeweide)
sensorischen (Sinnes)-Systeme wahr. Sie umfassen die Haut (Oberflächen-)sensibilität,
die tiefe somatische Sensibilität (Bewegungssystem) und die Sensibilität der Eingeweide.
Alle drei Körpersysteme sind im Zentralnervensystems (ZNS) topisch abgebildet, wobei der Körperoberfläche
ein besonders großer
Raum zukommt. Ein hohes Auflösungsvermögen
finden wir im Gesicht und an
den Händen, ein sehr viel geringeres auf
dem Rücken ("sensibler Homunculus",
rechts). Die sensorischen, zum ZNS führenden
Afferenzen kodieren mit der Frequenz
ihrer Aktionspotentiale entweder
physikalisch/chemische Reize, die von
speziellen rezeptiven Endigungen und
Sensoren aufgenommen werden, oder
schmerzhafte Noxen, die meist von freien
Nervenendigungen erfaßt werden. In diesem
Praktikum soll die Leistungsfähigkeit
der H a u t - S e n s i b i l i t ä t
untersucht werden. Sie besteht aus einer
Gruppe von Sensibilitäten (Schmerz,
Temperatur, Berührung, Druck), die mit
relativ einfachen Mitteln quantitativ getestet
werden können.
Schmerzempfinden
Die Sinnesmodalität S c h m e r z läßt
sich in eine Reihe von Qualitäten aufteilen,
zunächst in den somatischen und Gehirnquerschnitt (Höhe Gyrus postcentralis)
visceralen Schmerz. Liegt der somatische
Schmerz in der Haut, bezeichnet man ihn als O b e r f l ä c h e n s c h m e r z, stammt er hingegen
aus Muskeln, Gelenken, Knochen oder Bindegewebsstrukturen, nennen wir ihn T i e f e
n s c h m e r z. Der Oberflächenschmerz umfaßt hinsichtlich seines Empfindungscharakters 2
unterschiedliche Komponenten: Ein Nadelstich in der Haut löst Empfindungen mit hellem, stechenden
Charakter aus, der relativ genau lokalisiert ist und nach Beendigung der Reizwirkung
rasch verstummen (Aδ-Fasern).
An diesen ersten Schmerz kann sich z. B. bei Infektionen mit der Ausbreitung bakterieller Toxine
ein eher dumpfer Schmerz anschließen (C-Fasern), der sich nur schwer lokalisieren läßt und
häufig lange nachwirkt. T i e f e n s c h m e r z und v i s c e r a l e r Schmerz sind gleichermaßen
von dumpfem Charakter. Sie sind meist schlecht zu orten und haben die Tendenz, in die
Umgebung auszustrahlen. Nicht selten kommt es dabei zu vegetativen Reaktionen ( z.B. Übelkeit,
Schweißausbruch, Blutdruckschwankungen). Im Gegensatz zum Oberflächenschmerz, der
in erster Linie als Auslöser für Flucht und Abwehrreflexe dient, werden der Tiefenschmerz und
viscerale Schmerz eher von affektiven (gefühlsmäßigen) Reaktionen begleitet (Mattigkeit, Unlust,
Krankheitsgefühl)..

SCHMERZ
somatisch
visceral
Oberflächenschmerz
Tiefenschmerz
Eingeweideschmerz
1. Schmerz
2. Schmerz
Haut
Nadelstich, Quetschen
Bindegewebe
Muskeln
Knochen, Gelenke
Muskelkrampf, Kopfschmerz
Eingeweide
Gallenkolik, Magengeschwür
1. Berührung
a) Bestimmung der Berührungsschwellen in verschiedenen Hautgebieten
Die Untersuchung mit VON FREY'schen Tasthaaren oder sog. Monofilamenten wird verwendet,
um Störungen der Oberflächensensibilität (z. B. Hypästhesie, Allodynie) genauer zu beschreiben.
Zur Bestimmung der Berührungsschwellen werden Haare verschiedener Stärke benutzt.
Wenn Sie das an einem Griff befestigte Haar senkrecht auf die Haut aufsetzen und bis zu
einer Durchbiegung von 1-2 mm belasten, so gibt die auf dem Griff angegebene Zahl die Kraft
in mN (1 mN ≈ 100 mg) an, mit der das Haar auf die Unterlage drückt.
Zur Bestimmung der Berührungsschwellen setzen Sie die Haare in willkürlicher Folge auf die in
Tabelle 1 aufgeführten Hautgebiete auf. Wiederholen sie den Test pro Hautgebiet und Haar
fünfmal. Die Ergebnisse jedes Berührungsreizes ("-" für keine Empfindung, "+" für Tastempfindung)
sind in Tabelle 1 einzutragen, d.h. 5 Eintragungen pro Kästchen. Gehen Sie mit dem
käuflichen Testset 4 sehr vorsichtig um, denn die Filamente (Glasfasern) können insbesondere
bei unvorsichtigem Abziehen und Aufsetzen der Kappen leicht abbrechen !
Praktische Hinweise: Der Proband darf natürlich nicht auf das Hautgebiet schauen. Ferner sollen
die Berührungen in unregelmäßigen Abständen und ohne Ankündigung erfolgen, um realistische
Ergebnisse zu erzielen.
Zeigefingerbeere
Lippe
Rücken
Tabelle 1 Auflagekraft in mN
Schwelle
in
mN
b) S i m u l t a n e Raumschwelle des Tastsinnes (Zweipunktschwelle)
Mit Hilfe eines Tastzirkels, dessen Spitzen auf unterschiedliche Abstände eingestellt werden,
wird das räumliche Auflösungsvermögen für zwei gleichzeitig dargebotene Reize in verschiedenen
Hautgebieten getestet (siehe Tabelle 2). Beide Spitzen des Zirkels sind g l e i c h z e i t i g
unter leichtem Druck für etwa 2 s auf die Haut aufzusetzen. Die Versuchsergebnisse sind in

Tabelle 2 einzutragen ("+" wenn die Versuchsperson beide Reize räumlich getrennt wahrnimmt,
"-" wenn sie nur einen Reiz wahrnimmt). Zwischendurch müssen Kontrollen (Aufsetzen nur einer
Zirkelspitze) durchgeführt werden. Überlegen Sie sich sinnvolle Abstände der Zirkelspitzen.
Diese sind in willkürlicher Folge einzustellen und jeweils mehrfach zu prüfen.
Tabelle 2 Abstand der Zirkelspitzen (mm)
Zweipunktschwelle
in
mm
Fingerbeere
Rücken
2. VIBRATION
Vibrationsempfindungen werden vorwiegend durch Reizung von Pacini-Körperchen ausgelöst,
bei niedrigen Frequenzen auch von Meißner-Körperchen. Die schnell adaptierenden Mechanosensoren
werden auch durch gleitendes Betasten von Gegenständen aktiviert; sie sind an der
taktilen Erkennung von Oberflächenstrukturen beteiligt.
a) Prüfung mit der Stimmgabel
Die Prüfung der Vibrationsempfindung (Pallästhesie) ist zur Erkennung von Störungen der peripheren
Nerven (z.B. bei Polyneuropathie) und der Hinterstränge des Rückenmarks geeignet. In
der klinischen Routine wird eine auf 64 Hz gedämpfte Stimmgabel (nach RYDEL-SEIFFER)
benutzt. Das Dreieck auf der Achtel-Skala ist bei grober Schwingung unscharf zu sehen. Je
geringer die Schwingung wird, desto höher wandert die sichtbare Spitze des Dreiecks. Testen
Sie sich g e g e n s e i t i g; beim Selbstversuch spürt man stets die Schwingungen der Stimmgabel
an den haltenden Fingern (Fehlerquelle !). Prüfen Sie also das Vibrationsempfinden bei
geschlossenen Augen der Versuchsperson durch Aufsetzen der Stimmgabel an verschiedenen
Knochenpunkten und notieren Sie die Werte, bei denen die Empfindung der Vibration verschwindet
(Angabe in Achteln; 1/8 = unempfindlich, 8/8 = sehr empfindlich).:
Fingergrundgelenk (MCP 2 ) ......./8 Zehengrundgelenk (MTP 1) ................/8
Proc. styloideus radii ................../8 Malleollus medialis ............................../8
Olecranon ................................../8 Tuberositas tibiae .............................../8
b) Bestimmung der Frequenzgrenzen des Vibrationssinnes
Die für die folgenden Versuche benutzte Anordnung besteht aus einem Frequenzgenerator,
dessen Schwingungsfrequenz und Amplitude unabhängig voneinander regelbar sind, sowie
einer Lautsprechermembran. Zur Ausschaltung störender Höreindrücke müssen Schutzkopfhörer
aufgesetzt werden. An dem Wechselstromgenerator werden eine mittlere Frequenz von etwa
200 Hz und eine deutlich überschwellige Amplitude eingestellt. Die Versuchsperson stellt mit
den Fingerspitzen eine intensive Vibrationsempfindung fest. Die Frequenz wird nun bis zum
Verschwinden der Vibrationsempfindung vermindert und dann wieder bis zum Auftauchen erhöht.
Der Mittelwert beider Messungen gibt die untere Frequenzgrenze des Vibrationssinnes
an; bei der Bestimmung der oberen Frequenzgrenze wird entsprechend verfahren.

Tabelle 3 Ermittlung/Berechnung Mittelwert
untere Frequenzgrenze Hz Hz
obere Frequenzgrenze Hz Hz
c) Bestimmung der Frequenzabhängigkeit der Intensitätsschwellen
Analog zur Hörschwellenkurve kann für den Vibrationssinn eine Intensitätsschwellenkurve in
Abhängigkeit von der Frequenz aufgenommen werden. Im Bereich von 30 bis 900 Hz sollen die
Werte der Intensitätsschwellen in festgelegten Schritten bestimmt werden (siehe Tabelle 4).
Erhöhen Sie jeweils die Intensität bis zum Auftauchen der Empfindung (Vers. 1) und vermindern
sie sie bis zu deren Verschwinden (Vers. 2). Die Intensitätswerte werden auf der Ordinate (y-
Achse), die Frequenzwerte auf der Abszisse (x-Achse) des doppelt-logarithmischen Koordinatensystems
abgetragen. Überlegen Sie sich eine sinnvolle Einteilung der Achsen

3. TEMPERATURSINN
Thermosensoren haben Proportional-Differential (PD) Eigenschaften. Eine Temperaturänderung
führt also vorübergehend zu einer deutlichen Erhöhung (bzw. Abnahme) der Aktionspotentialfrequenz,
die danach wieder zurückgeht (Adaptation). Warmsensoren bilden Aktionspotentiale
im Bereich von 30–45°C und werden vorwiegend von marklosen Nervenfasern der Gruppe C
versorgt. Kaltsensoren (Bereich 10–35°C) werden teils von C-Fasern, teils schwach myelinisierten
Aδ-Fasern versorgt.
Dynamisches Temperaturempfinden und thermische Schmerzschwellen
Das benutzte Gerät „Thermal Sensory Analyzer“ TSA 2001 (Firma medoc®) wird auch in der
klinischen Diagnostik (Neurologie) benutzt. Eine wassergekühlte Thermode wird von Peltier-
Elementen (siehe Physik-Lehrbücher) computergesteuert erwärmt bzw. gekühlt und die Temperatur
wird fortlaufend gemessen. Die Versuchsperson nimmt auf dem Stuhl Platz, legt den rechten
Unterarm bequem in die Schiene und den rechten Daumenballen auf die Thermode auf. Die
linke Hand hält den Schalter mit dem blauen Antwortknopf („Y“). Zur Vermeidung störender Ablenkung
sollen während des Versuchs Lärmschutzkappen getragen und die Augen geschlossen
gehalten werden.
a) Test 1: Wahrnehmung von Temperaturänderungen (Programm „Limits 2“)
Ausgehend von einer Indifferenztemperatur von 32°C wird die Thermode um 1°C pro Sekunde
erwärmt. Die Versuchsperson drückt den Knopf, sobald sie die Erwärmung zu spüren beginnt.
Der Test wird fünfmal wiederholt. Dann wird die Thermode unter 32°C abgekühlt (-1°C / s).
Jetzt erfolgt der Knopfdruck beim ersten Empfinden der Abkühlung, wiederum mit fünffacher
Wiederholung. Notieren Sie die Ergebnisse (mittlere Schwellen „A v g“ und Änderung „D“):
Dynamisches Temperaturempfinden; Ausgangstemperatur 32°C am rechten Thenar:
Wahrnehmungsschwelle Erwärmung
Avg = .......... °C
Änderung D = +..........°C
Normbereich 20-30jährige: 32,4 - 34,9 °C (Mittelwert 33,6°C)
Wahrnehmungsschwelle Abkühlung
Avg = ........ °C,
Änderung D = −.......°C
Normbereich 20-30jährige: 28,7 – 31,9 °C (Mittelwert 30,4°C)
b) Test 1: Hitze- und Kälteschmerz (Programm „Limits 3“)
Ausgehend von 32°C wird die Thermode um 1,5 °C pro Sekunde erwärmt. Die Versuchsperson
drückt den Knopf erst dann, wenn sie beginnt, Hitzeschmerz am rechten Daumenballen zu spüren.
Diese Empfindung wird vor allem durch C-Fasern, aber auch durch Aδ-Fasern vermittelt.
Hitzeempfindliche und polymodale Nozisensoren (Schmerzrezeptoren) reagieren ab einer Erwärmung
der Haut über etwa 45 °C. Nach Knopfdruck sinkt die Temperatur sofort rasch. Ein
Erwärmen der Thermode über 53 °C ist aus Sicherheitsgründen unmöglich. Der Versuch wird
vom Programm fünfmal wiederholt. Bestimmen Sie den mittleren (Avg) Temperaturwert der
Schmerzschwelle. Schätzen Sie als Proband/in Ihre durchschnittlich empfundene Schmerzstärke
mit dem Lineal ein (rot-gelbe Schmerzskala) und lesen Sie den Wert auf der Rückseite ab
(Bereich 0-100, notieren !).

In gleicher Weise erfolgt die Bestimmung der Kälteschmerz-Schwelle. Hier soll die Versuchsperson
durch Knopfdruck angeben, wann die Kälteempfindung beginnt, schmerzhaft zu werden.
Notieren Sie die Ergebnisse (Mittelwerte „Avg“). Beurteilen Sie auch hier wieder die verspürte
Schmerzhaftigkeit mit der Schmerzskala.
H i t z e s c h m e r z bei ........ °C (Avg),
dabei verspürte Schmerzstärke: ............ [0 - 100]
K ä l t e s c h m e r z bei ......... °C (Avg),
dabei verspürte Schmerzstärke: ............ [0 - 100]
4. GLEICHGEWICHTSSINN (Vestibularapparat)
Das Vestibularorgan besteht aus den Maculaorganen (Macula utriculi, macula sacculi) und
den drei Bogengangsorganen. Die Bogengangsorgane messen Drehbeschleunigungen bei
zentrischen und exzentrischen Drehungen des Kopfes. Die Maculaorgane messen Linearbeschleunigungen
(z.B. die Gravitation). Durch Verrechnung dieser Erregungen gewinnt das ZNS
Informationen über die Stellung des Körpers im dreidimensionalen Raum und kann dementsprechend
die B l i c k m o t o r i k und die S t ü t z m o t o r i k steuern. K i n e t o s e n Bewegungskrankheiten)
treten nach besonders starken oder ungewöhnlichen Reizen auf, das
bekannteste Beispiel ist die Seekrankheit und die (Welt-)Raumkrankheit mit Schwindelanfällen
und Brechgefühl. .
Aufgaben zum vestibulären Nystagmus
Eine Versuchsperson wird im Drehstuhl um die vertikale Achse gedreht. Um einen rein horizontalen
Nystagmus zu erreichen und die Reizung vertikaler Bogengänge zu vermeiden, muß die
Versuchsperson im Drehstuhl den Kopf um etwa 30° nach vorn neigen.
Die Auslösung des o p t o k i n e t i s c h e n Nystagmus durch Verschieben des Gesichtsfeldes
wird durch Aufsetzen einer “Frenzel’schen” Brille mit Konvexlinsen von 15 - 20 dpt und Innenbeleuchtung
verhindert. Bei Rechtsdrehung tritt ein rechtsgerichteter horizontaler Nystagmus
auf, der bei gleichmäßiger Fortdauer der Bewegung erlischt. Nach plötzlicher Beendigung
der Drehbewegungen tritt erneut ein horizontaler Nystagmus auf, der jetzt aber nach links gerichtet
ist.
Es werden abschließend verschiedene Formen der Beeinträchtigung von postrotatorischen Zeige-
und Gehversuchen demonstriert (z.B. Nasenzeigeversuch, Gehversuch, Aufstehen nach
Reizung des vertikalen Bogengangsystems).
SomSensGro07