Neurologische Steuerung

Neurotransmitter

Neurotransmittermoleküle

Neurotransmitter  können grob in zwei Gruppen unterteilt werden: Die "klassischen" Neurotransmitter mit kleinen Molekülen und die relativ großen Neuropeptide. Innerhalb der Kategorie der kleinmolekularen Neurotransmitter werden die biogenen Amine (Dopamin, Noradrenalin, Serotonin und Histamin) auf Grund ihrer ähnlichen chemischen Eigenschaften oft als eigenständige Untergruppe betrachtet.

Serotonin

Zwar befinden sich nicht einmal 2 % des gesamten Serotonins, das im menschlichen Körper vorhanden ist, im ZNS, doch Serotonin spielt eine sehr wichtige Rolle für eine Reihe von Gehirnfunktionen. Es wird aus der Aminosäure Tryptophan synthetisiert.

Im Gehirn ist Serotonin vor allem in den Nervenbahnen aus den Raphekernen heraus zu finden, einer Gruppe Nuclei im Zentrum der Retikularformation in
Mesencephalon , Pons  und Medulla. Diese serotonergen Bahnen sind überall in Hirnstamm , Cortex cerebri  und Rückenmark  verbreitet. Serotonin wurde neben der Stimmungskontrolle auch mit verschiedenen anderen Funktionen in Verbindung gebracht, zum Beispiel mit der Regulierung von Schlaf, Schmerzwahrnehmung, Körpertemperatur, Blutdruck und hormonellen Aktivitäten.

Außerhalb des Gehirns übt Serotonin eine Reihe von wichtigen Wirkungen aus, vor allem im gastrointestinalen und kardiovaskulären System.

Noradrenalin

Noradrenalin ist ein Monoamin-Neurotransmitter; noradrenerge Neuronen  kommen in Locus caeruleus , Pons und Retikularformation im Gehirn vor. Diese Neuronen haben Fortsätze zu Cortex, Hippocampus , Thalamus  und Mesencephalon. Durch die Ausschüttung von Noradrenalin wird der Grad der exzitatorischen Aktivität im Gehirn eher gesteigert und noradrenerge Bahnen spielen wohl vor allem bei der Steuerung von Funktionen wie Aufmerksamkeit und Wachheit eine Rolle.

Außerhalb des Gehirns hat Noradrenalin eine wichtige Aufgabe im sympathischen Nervensystem – dem System, das die "Kampf oder Flucht"-Reaktion koordiniert. Veränderungen der noradrenergen Aktivität können daher systemisch gesehen Veränderungen bei einer Reihe von Funktionen hervorrufen, zu denen Herzfrequenz, Blutdruck und gastrointestinale Aktivität gehören. Dies erklärt auch das breite Nebenwirkungsprofil von Medikamenten, die Monoamin-Neurotransmitter beeinflussen, wie zum Beispiel trizyklische Antidepressiva (TZA).

Hier erfahren Sie mehr über Noradrenalin und Serotonin

Dopamin

Dopamin gehört ebenfalls zu den Monoamin-Neurotransmittern und ist konzentriert in sehr spezifischen Neuronengruppen vorhanden, die zusammen als Basalganglien bezeichnet werden. Dopaminerge Neuronen sind im Gehirn in drei wichtigen Dopaminsystemen (-bahnen) weit verbreitet: in der nigrostriatalen, der mesokortikolimbischen und der tuberohypophysären Bahn. Ein niedriger Dopaminspiegel im Gehirn trägt zu Morbus Parkinson  bei, während eine erhöhte Dopaminkonzentration eine Rolle bei der Entwicklung einer Schizophrenie spielt.

Acetylcholin

Acetylcholin wirkt bzw. wird übertragen über cholinerge Bahnen, die vor allem in bestimmten Regionen des Hirnstamms vorliegen und vermutlich an den kognitiven Funktionen, vor allem dem Gedächtnis, beteiligt sind. Schwere Schäden an diesen Bahnen sind die wahrscheinliche Ursache der Alzheimer-Krankheit.

Außerhalb des Gehirns ist Acetylcholin der wichtigste Neurotransmitter im parasympathischen Nervensystem – dem System, das Funktionen wie Herzfrequenz, Verdauung, Speichelsekretion und Blasenfunktion steuert. Medikamente, die die cholinerge Aktivität beeinflussen, verändern diese Körperfunktionen. Einige Antidepressiva wirken durch die Blockierung von cholinergen Rezeptoren. Diese anticholinerge Aktivität ist eine wichtige Ursache für Nebenwirkungen wie Mundtrockenheit.

Neurotransmitter-Rezeptoren

Neurotransmitter üben ihre Wirkung aus, indem sie sich an spezifische Rezeptoren auf der postsynaptischen Neuronenmembran binden. Ein Neurotransmitter kann ein benachbartes Neuron entweder "erregen" und so die Aktivität des Neurons steigern oder "hemmen" und damit dessen Aktivität unterdrücken. Im Allgemeinen ist die Aktivität eines Neurons von dem Verhältnis mehrerer auf das Neuron einwirkender, unter Umständen zeitgleich ablaufender Erregungs- und Hemmprozesse abhängig. Die meisten Rezeptoren für Neurotransmitter können in zwei Gruppen unterteilt werden: ligandengesteuerte Rezeptoren und G-Protein-gesteuerte Rezeptoren.
Durch die Stimulation eines ligandengesteuerten Rezeptors wird ein Kanal im Rezeptormolekül geöffnet, woraufhin Chlorid- und Kaliumionen in die Zelle strömen. Diese positiven bzw. negativen Ladungen in der Zelle verursachen eine Erregung oder Hemmung des Neurons. Zu den Liganden dieser Rezeptoren gehören exzitatorische Neurotransmitter wie Glutamat und in einem gewissen Umfang auch Aspartat. Die Bindung dieser Liganden an den Rezeptor  generiert ein exzitatorisches postsynaptisches Potenzial (EPSP). Dagegen generiert die Bindung von inhibitorischen Neurotransmitter-Liganden wie GABA und Glycin ein inhibitorisches postsynaptisches Potenzial (IPSP). Diese ligandengesteuerten Rezeptoren werden auch als ionotrope oder schnelle Rezeptoren bezeichnet.
Die an G-Proteine gekoppelten Rezeptoren sind indirekt über ein so genanntes Zweitboten-System (Second-Messenger-System) mit G-Proteinen und Adenylatcyclase an Ionenkanäle gekoppelt. Diese Rezeptoren können nicht als eindeutig exzitatorisch oder inhibitorisch bezeichnet werden. Sie modulieren die Wirkung klassischer exzitatorischer oder inhibitorischer Neurotransmitter wie Glutamat und Glycin. Wenn ein solcher Rezeptor an ein Gi-Protein der Zellmembran gekoppelt ist, hat er mit hoher Wahrscheinlichkeit eine inhibitorische Wirkung, ist er an ein Gs-Protein gekoppelt, ist die Wirkung eher exzitatorisch. An G-Proteine gekoppelte Rezeptoren werden auch als metabotrope oder langsame Rezeptoren bezeichnet. Zu ihnen gehören GABA-B-, Glutamat-, Dopamin- (D1 und D2), 5-HT1A-, 5-HT1B-, 5-HT1D-, 5-HT2A- und
5-HT2C-Rezeptoren.

Serotonin-Rezeptoren

Noradrenalin-Rezeptoren

Dopamin-Rezeptoren

Acetylcholin-Rezeptoren

Co-Transmission

An einer einzigen Nervenendigung können verschiedene Neurotransmitter, einschließlich Neuropeptide und kleinmolekulare Neurotransmitter, ausgeschüttet werden. Neuropeptide sind nicht nur eigenständige Neurotransmitter, sie können auch als Co-Transmitter fungieren.
In ihrer Eigenschaft als Co-Transmitter können sie prä- oder postsynaptische Rezeptoren aktivieren und auf diese Weise die Empfänglichkeit der Neuronenmembran für die "klassischen" Neurotransmitter, wie Noradrenalin und Serotonin, verändern.

Serotonin, Noradrenalin und Dopamin sind entweder alleine oder durch Interaktion (siehe nachstehendes Diagramm) an der Steuerung zahlreicher Prozesse im Gehirn beteiligt. Dies lässt vermuten, dass diese und andere Neurotransmitter einen zentralen Platz in der pathologischen Grundlage psychischer Krankheiten und Gehirnerkrankungen einnehmen. Ein Großteil dieser Vermutungen gründet sich darauf, dass die meisten wirksamen Antidepressiva wohl durch Veränderung des Serotonin- und/oder Noradrenalin-Stoffwechsels oder durch die Rezeptorsensitivität gegenüber diesen Neurotransmittern wirken.

Fundiertes Wissen über die zahlreichen Neurotransmitter, deren Rezeptoren, deren Wirkungsorte und deren Interaktionen ist eine grundlegende Voraussetzung bei der Forschung hinsichtlich neuer Medikamente gegen psychische Krankheiten. Dieses Wissen hat inzwischen zur Entwicklung erfolgreicher Produkte für zahlreiche Gehirnerkrankungen einschließlich Epilepsie, Schizophrenie, Morbus Parkinson, Depression, Angststörungen und Migräne  geführt.

Monoamin-Wiederaufnahme und -Abbau

Nach ihrer Ausschüttung aus der präsynaptischen Membran werden Serotonin und Noradrenalin über einen Vorgang, der als Wiederaufnahme bezeichnet wird, wieder aus der Synapse entfernt. Damit endet die Wirkung des Neurotransmitters. Außerdem werden "gebrauchte" Monoamine in der Synapse von Enzymen wie der Monoaminoxidase abgebaut.