Zapfen

Medizinische Expertise: Dr. med. Nonnenmacher
Qualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer nat. Frank Meyer

Letzte Aktualisierung am: 16. November 2021

Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.

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Die Zapfen sind spezialisierte Nervenzellen, die sich in der Netzhaut des menschlichen Auges befinden. Sie sind für das Sehen von Farben verantwortlich und treten in der Netzhaut seltener auf als die Stäbchenzellen. Visuelle Einschränkungen, die auf die Zapfen zurückgehen, sind meistens eine Folge genetischer Defekte.

Definition

Zapfen (obere Nervenzellen) ermöglichen das Sehen von Farben.

Bei den Zapfenzellen (Cellula optica coniformis) handelt es sich um ein bestimmte Art von Sehzellen, die sich in der Netzhaut befinden. Im gelben Fleck beträgt die Rezeptorendichte der Zapfen etwa 140.000 pro mm². Der gelbe Fleck ist der Ort des schärfsten Sehens; er befindet sich gegenüber der Linse, auf inneren Rückseite des Augapfels

Zur Peripherie hin nimmt die Dichte der Zapfen jedoch schlagartig ab; in der Peripherie der Netzhaut befinden sich lediglich ca. 5.000 Rezeptoren auf einem mm². Der Mensch besitzt drei verschiedene Zapfentypen.

Jeder Typ ist für ein einen anderen Bereich des Farbspektrums sensibel. Aus den drei Farben blau, grün und rot konstruiert das Gehirn mithilfe von Rechenprozessen das gesamte Farbspektrum. Der Mensch ist in der Lage, Licht mit einer Wellenlänge von 400 bis 750 Nanometern zu sehen.

Anatomie

Das Außenglied ragt in das Pigmentepithel hinein und besitzt eine kegelförmige Erscheinung, welcher der Zapfen seinen Namen verdankt. Mit dem Außenglied verbunden ist das Innenglied. Dieses beheimatet den Zellkern und die Organellen des Zapfens, zu denen zahlreiche Mitochondrien gehören.

Weiterhin besteht das Innenglied aus dem Axon. Beim Axon handelt es sich um einen länglichen, fadenähnlichen Fortsatz der Sinneszelle, der sich zum Ende hin zu den Endknöpfchen auffächert.

Die Endknöpfchen enthalten in Vehikeln Botenstoffe. Diese Neurotransmitter transformieren das elektrische Signal der Zelle in ein chemisches Signal und leitet dadurch die Information an die nächste Zelle weiter, in diesem Fall an die bipolare Schaltzelle. Eine Müller-Stützzelle umgibt das Innenglied der Zapfenzelle und verleiht ihr dadurch eine stabile Lage in der Retina.

Funktion

Die Zapfen arbeiten besonders gut bei heller Beleuchtung und ermöglichen unter solch guten Bedingungen das Sehen von Farben und Einzelheiten. Sie besitzen eine höhere Reizschwelle als die Stäbchenzellen, reagieren jedoch deutlich schneller auf Lichtreize. Beim Zapfensehen oder fototopischen Sehen handelt es sich um eine Form der visuellen Wahrnehmung.

Ab einer Belichtungsstärke von etwa 0,02 bis 0,05 Lux ist die Farberkennung möglich. Jeder Zapfentyp ist für einen bestimmten Bereich des Lichts sensibel, da ihre Disks unterschiedliche Sehfarbstoffe enthalten. Jeder Sehfarbstoff reagiert auf eine andere Wellenlänge des Lichts. Trifft ein Photon, also ein Lichtteilchen, auf den Sehfarbstoff Rhodopsin, setzt es eine chemische Reaktion in Gang.

Rhodopsin besteht aus Opsin und Retinal. Das Photon verändert die dreidimensionale Struktur des Retinals, das dadurch zu einem aktiven Enzym wird und in einer Kettenreaktion die Spaltung von Stoffen bewirkt, welche die Natriumkanäle der Zelle offen halten. Dadurch schließen sich die Ionenkanäle und die Zelle hyperpolarisiert. Sie sendet nun kein hemmendes Signal an die nachfolgende bipolare Schaltzelle: Ein Nervensignal gelangt über die Netzhaut zum Sehnerv und weiter zum Gehirn.

Aus den drei Mischfarben kann das Gehirn sämtliche Farben errechnen, die im Bereich der menschlichen Wahrnehmung liegen. Wegen der Anzahl der unterschiedlichen Zapfentypen spricht die Biologie beim Menschen von trichromatischem Farbensehen. Fische, Reptilien und Vögel hingegen sehen tetrachromatisch, also mit vier Zapfentypen, während andere Tiere mit nur zwei Zapfentypen dichromatisch sehen.

Erkrankungen

• Sehschwäche

• Rot-Grün-Schwäche

• Zapfen-Stäbchen-Dystrophie

Nicht jeder Mensch sieht Farben auf gleiche Art und Weise. Eine leichte Abweichung im Sehfarbstoff Rhodopsin kann bereits zu Unterschieden in der Wahrnehmung führen: Das Rhodopsin reagiert dann auf einen etwas anderen Bereich der Wellenlänge. Daraus ergibt sich für das Gehirn ein anderes Reizmuster.

In vielen Fällen sind die Farbstoffe eines Zapfentypus schwächer ausgeprägt, als in den anderen beiden Zapfentypen. Betroffene erfahren diesen Zustand, indem sie bestimmte Farben schwächer wahrnehmen. Bei stärkeren Ausprägungen spricht die Medizin von einer Sehschwäche.

Abgesehen von den Einschränkung beim Farbensehen liegen jedoch nicht zwingend andere Beschwerden vor und die Betroffenen nehmen andere Farben nach wie vor wahr. In extremen Fällen kann ein Zapfenpigment auch vollständig fehlen.

Eine ernstere Erkrankung der Zapfen ist die Zapfen-Stäbchen-Dystrophie. Auch ihre Ursachen sind genetisch; sie führt langfristig zur Degeneration der Sehzellen und damit zur Erblindung.

Quellen

Dieser Artikel wurde unter Maßgabe der aktuellen medizinischen Fachliteratur und fundierter wissenschaftlicher Quellen verfasst.
Qualitätssicherung durch: Dr. med. Nonnenmacher
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