Periphere Chemorezeptoren

Periphere Chemorezeptoren sind spezialisierte Sinnesorgane im arteriellen Kreislauf – hauptsächlich die Glomera carotica (Karotiskörperchen), mit einem kleineren Beitrag der Glomera aortica (Aortenkörperchen) –, die Veränderungen des arteriellen Sauerstoffs, Kohlendioxids und pH-Werts detektieren. Sie sind die primären Sensoren des Körpers für arterielle Hypoxämie und stellen den schnell reagierenden Teil des Chemoreflexes dar.

Definition

Periphere Chemorezeptoren sind arterielle sensorische Strukturen, hauptsächlich die Glomera carotica, deren Glomuszellen Abfälle des arteriellen Sauerstoffs und Veränderungen des CO2/pH-Werts detektieren und reflektorische Erhöhungen der Ventilation und des sympathischen Ausstroms auslösen.

Scope

Dieser Eintrag behandelt die Lokalisation und Struktur der Glomera carotica und aortica, die von ihnen wahrgenommenen Stimuli, den zellulären Mechanismus der Sauerstoffwahrnehmung in Glomuszellen sowie die resultierenden ventilatorischen und autonomen Reflexe. Die CO2-/pH-Wahrnehmung innerhalb des Gehirns wird unter zentraler Chemorezeption behandelt.

Core questions

• Wo befinden sich die peripheren Chemorezeptoren und wie werden sie innerviert?
• Auf welche Stimuli reagieren sie und wie schnell?
• Wie wandeln Glomuszellen niedrigen Sauerstoff in ein neurales Signal um?
• Welche Reflexantworten folgen ihrer Aktivierung?

Key concepts

• Glomus caroticum (Karotiskörperchen)
• Glomera aortica (Aortenkörperchen)
• Glomuszellen (Typ-I-Zellen)
• Sinusnerv
• Hypoxische ventilatorische Reaktion
• Sauerstoffempfindliche Kaliumkanäle
• Schneller Chemoreflex-Ast

Key theories

Sauerstoffwahrnehmung und sekretorische Transduktion der Glomuszellen

Typ-I-Zellen (Glomuszellen) des Glomus caroticum detektieren niedrigen arteriellen Sauerstoff, depolarisieren durch Hemmung sauerstoffempfindlicher Kaliumkanäle, setzen Neurotransmitter frei und erregen afferente Fasern des Sinusnervs, wodurch ein chemisches Signal in einen reflektorischen respiratorischen und autonomen Antrieb umgewandelt wird.

Mechanisms

Die Glomera carotica befinden sich an der Bifurkation der Arteriae carotides communes und sind reichlich perfundiert. Ihre Typ-I-Zellen (Glomuszellen) detektieren Reduktionen des arteriellen Sauerstoffpartialdrucks und reagieren auch auf erhöhtes CO2 und erniedrigten pH-Wert. Hypoxie hemmt sauerstoffempfindliche Kaliumkanäle, depolarisiert Glomuszellen und löst einen Kalziumeinstrom sowie die Freisetzung von Neurotransmittern wie ATP und Acetylcholin an den afferenten Endigungen des Sinusnervs aus. Signale wandern über den Nervus glossopharyngeus zum Nucleus tractus solitarii und führen zu einer raschen Zunahme der Ventilation und der sympathischen Aktivität. Aufgrund ihrer Lage und des hohen Blutflusses reagieren periphere Chemorezeptoren innerhalb von Sekunden, ergänzen die langsamere zentrale Reaktion auf CO2 und liefern im Wesentlichen den gesamten ventilatorischen Antrieb, wenn der arterielle Sauerstoff gefährlich niedrig ist.

Clinical relevance

Die Funktion peripherer Chemorezeptoren liegt der ventilatorischen Reaktion auf große Höhen und hypoxämische Erkrankungen zugrunde, und eine veränderte Aktivität des Glomus caroticum wurde mit Zuständen erhöhten sympathischen Antriebs in Verbindung gebracht. Dieser Eintrag ist deskriptive Physiologie und bietet keine diagnostischen oder Behandlungsrichtlinien.

Evidence & guidelines

Die Mechanismen sind durch zelluläre Elektrophysiologie, Studien an isolierten Organen und menschliche Hypoxieexperimente etabliert und in umfassenden Übersichtsartikeln zusammengefasst. Diese stellen mechanistische Evidenz und keine klinischen Leitlinien dar.

History

Corneille Heymans zeigte in den 1920er und 1930er Jahren, dass die Karotis- und Aortenregionen die Atmung reflexartig als Reaktion auf die Blutchemie steuern, eine Arbeit, die 1938 mit dem Nobelpreis gewürdigt wurde. Nachfolgende Forschungen identifizierten die Glomuszellen als die sensorischen Elemente und klärten schrittweise die molekulare Basis der Sauerstoffwahrnehmung.

Debates

Die Identität des primären Sauerstoffsensors

Der genaue molekulare Sauerstoffsensor in Glomuszellen – und die relativen Rollen der mitochondrialen Signalgebung, reaktiver Sauerstoffspezies und spezifischer Kaliumkanäle – wurde in verschiedenen Laboratorien diskutiert.

Key figures

• José López-Barneo
• Nanduri R. Prabhakar
• Prem Kumar
• Corneille Heymans

Seminal works

• kumar-prabhakar-2012
• guyenet-2014

Frequently asked questions

Was nehmen periphere Chemorezeptoren hauptsächlich wahr?

Sie sind die Hauptsensoren des Körpers für niedrigen arteriellen Sauerstoff und reagieren auch auf erhöhtes CO2 und erniedrigten pH-Wert, was eine schnelle reflektorische Zunahme der Atmung bewirkt.

Warum sind sie in großen Höhen wichtig?

In der Höhe stimuliert der sinkende arterielle Sauerstoff die Glomera carotica, die die Zunahme der Ventilation antreiben, welche zur Aufrechterhaltung der Sauerstoffversorgung beiträgt.