Photorezeptoren (Stäbchen und Zapfen): Anatomie und Funktion

Was sind Photorezeptoren (Stäbchen und Zapfen)?

Fotorezeptoren (Ihre Stäbchen und Zapfen) sind spezialisierte Lichterkennungszellen auf der Netzhaut im hinteren Teil Ihrer Augen. Ihr Name stammt von zwei altgriechischen Wörtern, die zusammen „Lichtempfänger“ bedeuten. Sie nehmen Licht auf, das in Ihre Augen eindringt, und wandeln es in eine Form um, die Ihr Gehirn für Ihren Sehsinn nutzen kann.

Ihr Nervensystem basiert auf Zellen, sogenannten Neuronen, die elektrische und chemische Signale zum Senden und Weiterleiten von Informationen verwenden. Die Photorezeptoren in Ihrer Netzhaut sind eine sehr spezielle Art von Neuronen. Und aufgrund der Art und Weise, wie sich Ihre Netzhaut entwickelt, ist sie technisch gesehen ein Teil Ihres Zentralnervensystems (zusammen mit Ihrem Gehirn und Rückenmark).

Was machen Stäbchen und Zapfen?

Fotorezeptoren spielen eine wichtige Rolle dabei, wie Ihre Augen Licht wahrnehmen und es in eine Form umwandeln, die Ihr Gehirn nutzen kann. Wenn Sie an Ihre Augen denken, können Sie sie sich leicht wie Kameras vorstellen. Doch in Wirklichkeit handelt es sich bei Kameras – insbesondere bei modernen Digitalkameras – um eine Technologie, die auf der Funktionsweise des menschlichen Auges basiert.

Im Inneren einer modernen Digitalkamera befindet sich ein spezieller Sensor, der ähnlich wie die menschliche Netzhaut funktioniert. Es erkennt Licht und wandelt es in Computercode um. Ein winziger Computerchip in der Kamera verarbeitet diesen Code dann in ein Bild oder Video.

Das ist im Grunde derselbe Prozess, der abläuft, wenn Ihre Netzhaut und Ihr Gehirn zusammenarbeiten, damit Sie die Welt um sich herum sehen können. Ihre Netzhaut wandelt das, was sie erkennt, in kodierte Nervensignale um und sendet diese Signale dann über Ihren Sehnerv an Ihr Gehirn. Ihr Gehirn entschlüsselt die Signale und nutzt sie, um das zu „bauen“, was Sie sehen. Und die Zellen in Ihrer Netzhaut, die diesen Prozess in Gang setzen, sind die Fotorezeptoren.

Arten von Photorezeptoren

Das menschliche Auge verfügt über zwei Haupttypen von Photorezeptoren: Stäbchen und Zapfen, die ihren Namen von ihrer Form haben.

Stangen

Diese Photorezeptoren sind groß und haben eine zylindrische (röhrenartige) Form. Sie reagieren äußerst empfindlich auf selbst kleinste Lichtmengen. Ungefähr 95 % der Photorezeptoren in Ihren Augen (ungefähr 100 – 125 Millionen) sind Stäbchen. Sie helfen Ihnen zwar gut, an dunklen Orten zu sehen, aber sie sind nicht so gut bei feinen Details und können Farben überhaupt nicht erkennen.

Stäbchenphotorezeptoren sind hauptsächlich für das Sehen bei schwachem Licht und in der Nacht verantwortlich. Wenn sie Ihnen das Sehen bei schwachem Licht erleichtern, spricht man von skotopischem Sehen („sko-TOE-pick“).

Kegel

Zapfen sind Fotorezeptoren mit einer kegelförmigen Form, das heißt, sie sind unten kreisförmig und haben oben eine spitze Spitze. Sie benötigen zur Aktivierung mehr Licht als Stäbchen, können aber Farben erkennen, wenn sie aktiv sind. Die meisten Zapfen befinden sich an einer Stelle auf Ihrer Netzhaut, der Makula. Sie sind der Grund, warum die Mitte Ihres Gesichtsfeldes Farben und andere feine Details erkennen kann.

Wie funktioniert Farbsehen?

Ihre Augen verfügen über drei Arten von Zapfen, die beim Farbsehen zusammenarbeiten. Die Zapfen selbst sehen die Farben nicht. Stattdessen sehen sie Lichtwellenlängen und teilen sie Ihrem Gehirn mit. Ihr Gehirn verwandelt dies in Ihre Fähigkeit, Farben zu sehen.

Wenn Sie einen Regenbogen betrachten, suchen Sie nach einer hilfreichen Möglichkeit, das sichtbare Lichtspektrum zu verstehen. Rotes Licht hat die längste Wellenlänge und bildet daher den äußersten – und längsten – Teil des Regenbogenbogens. Violett hat die kürzeste Wellenlänge und bildet daher den inneren – und kürzesten – Teil des Lichtbogens.

Die meisten Menschen haben drei Arten von Zapfen-Photorezeptoren. Das Vorhandensein dieser drei Zapfen-Subtypen wird als „Trichromie“ bezeichnet.

Die drei Untertypen sind:

• Kurz (blau).
• Mittel (grün).
• Lang (rot).

Während sich die drei Zapfentypen jeweils auf eine bestimmte Farbe spezialisieren, gibt es zwischen den drei Typen viele Überschneidungen in der Empfindlichkeit. Ihr Gehirn kann die Unterschiede in den Signalen aller drei Zapfentypen vergleichen, um Farben zu bestimmen. Deshalb kann das durchschnittliche gesunde menschliche Auge bis zu 1 Million Farben unterscheiden.

Tetrachromie: Vier Zapfen statt drei

Es gibt eine seltene genetische Mutation, die nur bei Frauen auftreten kann und dazu führt, dass sie vier Zapfen-Subtypen haben. Das nennt man „Tetrachromie“ (Tetra kommt vom altgriechischen Wort für die Zahl Vier). Wenn Tetrachromie auftritt, kann sie entweder schwach oder stark sein.

Eine schwache Tetrachromie bedeutet, dass das Gehirn den Input vom vierten Zapfen nicht vollständig verarbeiten kann. Starke Tetrachromie bedeutet, dass das Gehirn den Input des vierten Kegels verarbeitet. Dieser vierte Kegel ermöglicht es jemandem mit Tetrachromie, 100 Millionen Farben zu unterscheiden. Aber auch starke Tetrachromie ist sehr selten, was es für Experten schwierig macht, zu sagen, wie oft sie auftritt, oder weitere Untersuchungen dazu durchzuführen.

Was sind die häufigsten Erkrankungen und Störungen, die die Photorezeptoren beeinträchtigen?

Verschiedene Bedingungen können sich auf Ihre Stäbchen und Zapfen auswirken. Einige davon sind allgemeinerer Natur und betreffen auch andere Teile der Netzhaut oder das umgebende Augengewebe. Einige Erkrankungen können sich jedoch ganz gezielt auf Ihre Photorezeptoren auswirken.

Zu den Erkrankungen, die Ihre Photorezeptoren beeinträchtigen können, gehören:

• Farbenblindheit, die teilweise und vollständige Formen (Achromatopsie) aufweist.
• Zapfen-Stäbchen-Dystrophie.
• Makuladegeneration.
• Refsum-Krankheit.
• Retinitis pigmentosa.
• Solare Retinopathie.
• Usher-Syndrom.

Was sind einige häufige Anzeichen oder Symptome von Photorezeptorerkrankungen?

Wenn Sie an einer Erkrankung leiden, die Ihre Photorezeptoren beeinträchtigt, ist Sehverlust das Hauptsymptom. Dieser Sehverlust kann jedoch je nach betroffenen Photorezeptoren unterschiedliche Formen annehmen.

• Rutenbedingte Erkrankungen. Zu den Symptomen stäbchenbedingter Erkrankungen gehört in der Regel schon früh eine Art Nachtblindheit (Nyktalopie). Einige dieser Erkrankungen, wie z. B. Retinitis pigmentosa, können sich verschlimmern und schließlich auch die Photorezeptoren der Zapfen beeinträchtigen.
• Kegelbedingte Bedingungen. Dabei handelt es sich in der Regel um Farbenblindheit oder einen Verlust des Farbsehens im Laufe der Zeit. Sie wirken sich auch darauf aus, wie gut Sie feine Details erkennen können, was bedeutet, dass Ihre Sicht trübe oder verschwommen wird. Einige von ihnen können sich auch verschlimmern und später auch Stäbchensymptome verursachen.

Viele Photorezeptorerkrankungen betreffen gleichzeitig sowohl Zapfen als auch Stäbchen. Dies gilt insbesondere für Erkrankungen, bei denen das Netzhautgewebe geschädigt oder verschoben wird. Makuladegeneration ist ein wichtiges und häufiges Beispiel dafür.

Mit welchen Tests kann die Gesundheit meiner Stäbchen und Zapfen überprüft werden?

Eine normale Augenuntersuchung ist wie eine jährliche Untersuchung Ihres Auges. Es ermöglicht einem Augenarzt, den Augenhintergrund auf Veränderungen oder andere Anzeichen von Gewebeveränderungen in Ihrer Netzhaut zu untersuchen. Bestimmte Teile der Untersuchung, insbesondere die Augenerweiterung (Mydriasis) und die Spaltlampenuntersuchung, können Erkrankungen erkennen, die sonst unsichtbar sind und keine Symptome frühzeitig verursachen.

Andere, spezifischere Tests, die hilfreich sein könnten, umfassen die Elektroretinographie (die die elektrische Aktivität in Ihrer Netzhaut misst) und visuell evozierte Potenziale (VEP). VEP ist ein Gehirntest, aber er kann Ärzten mitteilen, ob Signale von Ihrer Netzhaut Ihr Gehirn erreichen.

Und es gibt einige bildgebende Untersuchungen, die Ihr Augenarzt möglicherweise auch empfehlen kann. Dabei geht es oft darum, die verschiedenen Schichten der Netzhaut zu betrachten oder die Blutgefäße in und um Ihre Netzhaut zu kartieren. Auf diese Weise kann Ihr Augenarzt das Wachstum neuer Blutgefäße oder andere Gewebeveränderungen erkennen, die zu Netzhautschäden oder Sehverlust führen können. Ihr Augenarzt kann Ihnen die von ihm empfohlenen zusätzlichen Testoptionen erläutern.

Wie kann ich die Stäbchen und Zapfen pflegen?

Ihre Fotorezeptoren sind Teil Ihrer Netzhaut, und die Pflege Ihrer Netzhaut- und Augengesundheit ist der Schlüssel zur Erhaltung Ihres Sehsinns. Einige Dinge, die Sie tun können, um sich um Ihre Netzhaut und die Gesundheit Ihrer Augen insgesamt zu kümmern, sind:

• Regelmäßige Augenuntersuchungen durchführen lassen. Dies sind Gesundheitschecks für Ihre Augen und können viele Augenerkrankungen erkennen, lange bevor Symptome auftreten. Jeder – nicht nur Menschen, die eine Brille oder Kontaktlinsen benötigen – sollte sich mindestens alle zwei Jahre einer Augenuntersuchung unterziehen (oder häufiger, wenn Sie unter Erkrankungen leiden, die einer genaueren Überwachung bedürfen).
• Regelmäßige körperliche Untersuchungen durchführen lassen. Ihre Augen sind besonders anfällig für eine Reihe chronischer Erkrankungen, insbesondere Bluthochdruck (Hypertonie) und Typ-2-Diabetes. Durch routinemäßige jährliche Untersuchungen können viele dieser Erkrankungen frühzeitig erkannt werden, lange bevor Symptome oder Augenschäden auftreten.
• Nikotinkonsum vermeiden. Rauchen, Dampfen und rauchloser Tabakkonsum können sich alle auf Ihr Kreislaufsystem auswirken. Die Blutgefäße, die Ihre Netzhaut versorgen, sind besonders anfällig für Veränderungen durch den Nikotinkonsum. Daher ist es wichtig, mit dem Nikotinkonsum aufzuhören oder gar nicht erst damit anzufangen.
• Die richtige Ernährung zur Priorität machen. Vitamin A spielt eine entscheidende Rolle bei der Art und Weise, wie Photorezeptoren Licht erkennen. Auch die Ernährung spielt eine Rolle für Ihre allgemeine Gesundheit, die sich auf Ihre Augen auswirkt.
• Erreichen und Halten eines für Sie gesunden Gewichts. Ihr Arzt kann Ihnen dabei behilflich sein.

Wie reagieren Photorezeptoren auf Licht?

Wenn Licht auf Ihre Stäbchen und Zapfen trifft, aktiviert es chemische und elektrische Prozesse in diesen Rezeptoren und den damit verbundenen Netzhautzellen. Durch diese Prozesse wandeln die Photorezeptor- und Netzhautzellen Licht in Signale um, die Ihr Gehirn nutzen kann.