Lunge vs. Qualm
Husten als Schutzreflex
Ein kleiner Reiz kann genügen und schon setzt ein erstaunlich komplexer Schutzmechanismus ein: Wir husten. Was sich unangenehm anfühlt, erfüllt eine wichtige physiologische Funktion. Husten ist ein Schutzreflex, mit dem die Atemwege auf Fremdkörper, Schleim sowie physikalische und chemische Reize reagieren.
Doch wie erkennt unser Körper überhaupt, dass sich etwas Störendes in den Atemwegen befindet? Und wie wird aus einem solchen Reiz innerhalb kürzester Zeit der Hustenreflex ausgelöst? Dahinter steckt ein fein abgestimmtes Zusammenspiel aus sensorischen Nervenzellen, neuronaler Signalübertragung und Atemmuskulatur.
Vom Reiz zum Reflex
Der Hustenreflex beginnt mit der Wahrnehmung eines Reizes in den Atemwegen. Sensorische Nervenendigungen registrieren beispielsweise mechanische, thermische oder chemische Reize und wandeln sie in elektrische Signale um. Diese werden über afferente (‚hineinführende‘) Nervenfasern, vor allem des Nervus vagus, zum Hirnstamm weitergeleitet.
Dort werden die eingehenden Signale verarbeitet und die für das Husten erforderlichen Bewegungsabläufe koordiniert. Über efferente (‚hinausführende‘) Nervenbahnen werden schließlich Kehlkopf und Atemmuskulatur aktiviert. Nach einer tiefen Einatmung schließt sich die Stimmritze kurzzeitig, während die Ausatemmuskulatur Druck im Brustkorb aufbaut. Öffnet sich die Stimmritze wieder, wird die Luft mit hoher Geschwindigkeit ausgestoßen. So können Sekret, Fremdkörper und andere störende Substanzen aus den Atemwegen befördert werden.
Was Zigarettenrauch so reizend macht
Zigarettenrauch ist kein einzelner Stoff, sondern ein komplexes Gemisch aus Partikeln und gasförmigen Substanzen. Beim Verbrennen von Tabak entstehen zahlreiche chemische Verbindungen, von denen viele gesundheitsschädlich sind. Gelangen Bestandteile des Rauchs in die Atemwege, treffen sie dort auf Schleimhäute und sensible Nervenfasern und können Reiz- und Entzündungsreaktionen hervorrufen.
Zu den reaktiven Bestandteilen des Tabakrauchs gehört Acrolein. Das ungesättigte Aldehyd entsteht bei Verbrennungsprozessen und wirkt stark reizend auf Augen und Atemwege. In den Atemwegen kann Acrolein zudem mit Proteinen und anderen biologischen Strukturen reagieren. Gleichzeitig gehört die Verbindung zu der Gruppe der chemischen Reize, die von bestimmten sensorischen Nervenzellen wahrgenommen werden können.
Damit beginnt auf molekularer Ebene der Teil der Geschichte, der schließlich wieder beim Husten endet: Bei der Erkennung von Acrolein spielt der Ionenkanal TRPA1 eine wichtige Rolle.
Wenn der chemische Sensor reagiert
TRPA1 gehört zu einer Familie von Ionenkanälen, die an der Wahrnehmung verschiedener Umweltreize beteiligt sind. Der Kanal findet sich unter anderem in sensorischen Nervenzellen, deren Nervenfasern die Atemwege versorgen. Dort kann er durch unterschiedliche chemische Reizstoffe aktiviert werden. Zu ihnen zählt auch Acrolein.
Wird TRPA1 aktiviert, öffnet sich der Ionenkanal und positiv geladene Ionen strömen in die Nervenzelle ein. Dadurch verändert sich deren elektrische Erregbarkeit und es können Nervensignale entstehen, die über den Nervus vagus zum Hirnstamm weitergeleitet werden. Auf diese Weise kann die Wahrnehmung eines chemischen Reizes in die neuronalen Prozesse einfließen, die an der Auslösung des Hustenreflexes beteiligt sind.
TRPA1 bildet damit eine wichtige molekulare Schnittstelle zwischen bestimmten chemischen Reizen in den Atemwegen und ihrer Wahrnehmung durch das Nervensystem.
Vom Reiz zur wissenschaftlichen Erkenntnis
Was heute über die Rolle von TRPA1 bei der Wahrnehmung chemischer Reize bekannt ist, beruht auf dem Zusammenspiel unterschiedlicher experimenteller Ansätze. Forschende untersuchen beispielsweise, in welchen Zellen der Ionenkanal exprimiert wird, wie er auf bestimmte Substanzen reagiert und welche zellulären Prozesse nach seiner Aktivierung einsetzen.
Dafür kommen unter anderem molekularbiologische Verfahren zum Nachweis von RNA und Proteinen, Zellmodelle sowie funktionelle Untersuchungen der Ionenkanalaktivität zum Einsatz. Auch Veränderungen der intrazellulären Calciumkonzentration können Hinweise darauf geben, wie Zellen auf die Aktivierung eines Ionenkanals reagieren. Unterschiedliche Versuchsansätze ergänzen sich dabei und ermöglichen es, molekulare Vorgänge mit physiologischen Reaktionen in Verbindung zu bringen.
Gleichzeitig zeigt die Forschung, dass längst nicht alle Fragen beantwortet sind. Während die Funktion von TRPA1 in sensorischen Nervenzellen vergleichsweise gut untersucht ist, besteht beispielsweise bei seiner Bedeutung in nicht-neuronalen Geweben der Atemwege weiterhin Forschungsbedarf.
Supporting Science. Improving Lives.
Damit aus einzelnen Beobachtungen belastbare wissenschaftliche Erkenntnisse werden, braucht es präzise Analytik, reproduzierbare Versuchsbedingungen und zuverlässige Materialien. Carl ROTH unterstützt Forschende dabei mit hochwertigen Chemikalien, Reagenzien, Laborbedarf und Lösungen für unterschiedlichste experimentelle Anforderungen.
Denn ob grundlegende Mechanismen der Reizwahrnehmung untersucht oder neue Zusammenhänge in der Atemwegsforschung entschlüsselt werden: Wissenschaftlicher Fortschritt entsteht dort, wo präzise Forschung neue Antworten ermöglicht.
Entdecken Sie jetzt passende Produkte und Lösungen für Ihr Labor unter www.carlroth.com.
Quellen:
https://www.lungeninformationsdienst.de/aktuelles/schwerpunktthemen/husten
https://www.thieme-connect.de/products/ejournals/pdf/10.1055/a-0808-7409.pdf
https://edoc.ub.uni-muenchen.de/23095/1/Zehfuss_Franziska.pdf
https://www.dkfz.de/forschung/translationale-zentren/ncpc/stabsstelle-krebspraevention/downloads-1
