Das Gleichgewichtsorgan und seine Funktionsweise

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Der Vestibularapparat, Fachbegriff für das Gleichgewichtsorgan, ist im Innenohr lokalisiert. Die Annahme, dass dieser alleine für unser Gleichgewicht zuständig ist, ist jedoch falsch. Um eine gute Gleichgewichtslage zu finden und in allen Alltagssituationen zu erhalten, ist die Integration von drei Komponenten essentiell. Der Vestibularapparat bildet die Hauptkomponente, aber auch die Augen und die Propriozeption sind wichtig für das Gleichgewicht. Die visuelle Verarbeitung liegt auf der Hand, da sie uns Informationen über die Umgebung liefert. Die Propriozeption beschreibt die Wahrnehmung des eigenen Körpers und dessen Lage im Raum. Vor allem die Stellung vom Kopf zum Rumpf und die Stellung vom Rumpf im Raum sowie die Position der Gliedmassen sind entscheidende Beiträge der Propriozeption für das Gleichgewicht. Als einfaches Beispiel für propriozeptive Verarbeitung dient das Verschränken der Hände hinter dem Rücken. Sie können das nicht sehen, wissen jedoch zu jeder Zeit, wo die Hand wie positioniert ist, und könnten dies beispielsweise beschreiben oder zeichnen.

Die Gravitation (= Schwerkraft) ist die evolutionstechnisch konstanteste Bezugsgrösse für einen Körper, daher orientiert sich auch der Vestibularapparat danach. Der Vestibularapparat besteht aus drei Bogengängen, welche alle orthogonal (senkrecht) zueinander sind. Diese erfassen Winkelbeschleunigungen. Hinzu kommen zwei Statolithenorgane, die sogenannten Maculae, welche Linearbeschleunigungen erfassen. Die beiden Maculae heissen Utriculus und Sacculus. Der Utriculus ist für horizontale (z.B. Liegen) und der Sacculus für vertikale Beschleunigungswahrnehmungen zuständig.

Das Bild veranschaulicht die genannten Strukturen und zeigt die enge strukturelle Beziehung zur Hörschnecke (Cochlea). Die Hörschnecke und der Vestibularapparat funktionieren im Inneren zwar nach ähnlichen Prinzipien, haben funktionell jedoch nichts miteinander zu tun!

Vestibularapparat

Diese komplizierten Macula-Organe funktionieren über ein faszinierendes, hier etwas vereinfacht dargestelltes Prinzip. Im Inneren der Macula-Organe ist eine Flüssigkeit, die Endolymphe, lokalisiert. Das Organ ist ausgekleidet von einer Schicht von Stütz- und Sinneszellen. Die Sinneszellen sind Haarzellen, sie haben also haarähnliche Fortsätze, die zur Endolymphe hin ausgerichtet sind. Auf dieser Zellschicht ist eine sogenannte Statolithenmembran lokalisiert. Diese Membran besteht aus Zuckern und Calciumkarbonatkristallen. Wichtig für das Verständnis ist, dass diese Bestandteile eine sehr hohe Dichte verursachen. Die Dichte der Statolithenmembran ist mit 3g/cm3 etwa drei-mal höher als die Dichte von Wasser (und somit auch von der Endolymphe). Dieses Bild zeigt einen Querschnitt der Macula-Organe. Die Gallerte (braun) und die Otolithen bilden zusammen die Statolithenmembran.

Macula-Organe

Wenn nun eine Linearbeschleunigung erfolgt, verschiebt sich die Statolithenmembran aufgrund ihres im Vergleich zur Endolymphe höheren spezifischen Gewichts gegenüber den Haarzellen. Das verursacht eine Abscherung der Sinneshaare. Dieses mechanische Signal wird in den Haarzellen, welche Sinneszellen sind, in ein elektrisches Signal umgewandelt. Dieses wiederum kann über einen Nerv im Gehirn verarbeitet werden. Vereinfacht gesagt übermittelt also das Bewegen einer Flüssigkeit durch Beschleunigung eine Information zum Gleichgewicht. Dabei gibt es bei den Haaren noch ein wichtiges Detail: Jede Haarzelle hat ein randständiges längeres Haar. Wenn die Haare durch die Statolithenmembran in Richtung dieses längsten Haares gebogen werden, ist das die Stimulationsrichtung und es gibt eine höhere Feurrate von Aktionspotentialen. Das bedeutet, dass pro Zeiteinheit mehr Aktionspotentiale ausgelöst werden. Dadurch wird der Veränderung der Gleichgewichtsposition im Gehirn verstärkt Aufmerksamkeit gewidmet. Das Abscheren in Gegenrichtung von diesem längsten Haar hingegen bewirkt eine Inhibition.

Die Gleichgewichtswahrnehmungen der Bogengänge funktionieren im Prinzip gleich. Auch dort gibt es Sinneszellen mit Haaren. Das erste Bild zeigt, dass jeder Bogengang am Ende zu einer Ampulle erweitert ist. Die Sinneszellen der Bogengänge sind nur dort lokalisiert. Auch hier gibt es ein Analogon zur Statolithenmembran, die bei den Ampullen Cupula genannt wird. Die Cupula umgibt also die Sinneshaare und ist verantwortlich für deren Biegung und somit für die Umwandlung eines mechanischen in ein elektrisches Signal. Es gibt jedoch einen ganz entscheidenden Unterschied zwischen Cupula und Statolithenmembran: Bei den Ampullen möchten Drehbeschleunigungen erfasst werden, daher soll die Schwerkraft keine Wirkung haben. Aus diesem Grund hat die Cupula im Gegensatz zur Statolithenmembran das gleiche spezifische Gewicht (Dichte) wie die Endolymphe.

Es gibt Erkrankungen des Vestibularapparats, diese sind jedoch sehr selten. Was in der Bevölkerung deutlich häufiger vorkommt und einen Einfluss auf den Vestibularapparat hat, ist übermässiger Alkoholkonsum. Der Grund, weshalb man nach übermässigem Alkoholkonsum Gleichgewichtsstörungen hat und beispielsweise nicht mehr geradeaus laufen kann, liegt darin, dass Alkohol eine sehr tiefe Dichte hat (0.8g/cm3). Die Region um die Cupula ist sehr gut durchblutet, daher gelangt der Alkohol schnell in diese Umgebung. Dadurch reduziert sich die Dichte der Cupula gegenüber der Endolymphe und die Bogengänge reagieren nun auf die Schwerkraft, was sie unter normalen Bedingungen nicht machen, da Cupula und Endolymphe ja eigentlich dieselbe Dichte haben sollten. Wenn Cupula und Endolymphe die gleiche Dichte haben, wird nicht auf die Schwerkraft reagiert, die Verfälschung durch den Alkohol sorgt jedoch genau dafür.

Quellen

Bild 1 & Bild 2: Diatec. Der Vestibularapparat. https://www.diatec-diagnostics.ch/knowledge-base/category/balance (zuletzt am 22.04.2022 um 16:00)

Jil Toman

Jil Toman

Student Humanmedizin
Medizinischer Content-Provider (MED4LIFE)

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