Acetylcholin und Atropin: Ein detaillierter Vergleich ihrer Wirkungen und Anwendungen

Acetylcholin und Atropin sind zwei Substanzen, die eine wichtige Rolle im menschlichen Körper spielen, jedoch mit gegensätzlichen Wirkungen. Acetylcholin ist ein Neurotransmitter, der für die Übertragung von Nervenimpulsen verantwortlich ist, während Atropin als Antagonist wirkt, der die Wirkung von Acetylcholin blockiert. Dieser Artikel beleuchtet die Unterschiede zwischen diesen beiden Substanzen, ihre Wirkmechanismen, Anwendungen und potenziellen Nebenwirkungen.

Einführung in Acetylcholin und seine Funktion

Acetylcholin (ACh) ist ein essenzieller Neurotransmitter im zentralen und peripheren Nervensystem. Es spielt eine entscheidende Rolle bei verschiedenen physiologischen Prozessen, einschließlich Muskelkontraktion, Gedächtnisbildung und der Regulation des Herzschlags. ACh wirkt, indem es an spezifische Rezeptoren auf den Zielzellen bindet, was zu einer Kaskade von Ereignissen führt, die letztendlich die Funktion dieser Zellen beeinflussen.

Acetylcholinrezeptoren: Nikotinisch vs. Muskarinisch

Es gibt zwei Haupttypen von Acetylcholinrezeptoren: nikotinische und muskarinische Rezeptoren.

• Nikotinische Acetylcholinrezeptoren (nAChR) sind ionotrop, was bedeutet, dass sie selbst Ionenkanäle sind. Ihre Aktivierung führt in der Regel zu einer erregenden (exzitatorischen) Wirkung. Agonisten an nAChR sind beispielsweise Nikotin oder Physostigmin. Antagonistisch wirken Atracurium und Vecuronium. Verschiedene Subtypen sind bekannt, die aus fünf von 17 Untereinheiten aufgebaut sind.
• Muskarinische Acetylcholinrezeptoren (mAChR) sind metabotrop. Sie können durch Muskarin (ein Alkaloid aus dem Fliegenpilz) aktiviert werden und werden daher auch als m-Acetylcholinrezeptoren bezeichnet. Bekannte Agonisten sind Muskarin und Pilocarpin, während Atropin als Antagonist wirkt. Muskarinische AChR finden sich vor allem im ZNS, Herz, Magen-Darm- und Urogenitaltrakt sowie in den Atemwegen. Es gibt die Subtypen M1 bis M5, an denen beispielsweise Pirenzepin (M1), Scopolamin (M2, 4, 5) und Darifenacin (M3) antagonistisch wirken.

Die Wirkungsweise von Acetylcholin hängt stark vom jeweiligen Rezeptortyp und dem Zelltyp ab. Beispielsweise führt ACh in der Skelettmuskulatur immer zu einer Aktivierung, während es am Herzmuskel die Öffnung von Kaliumkanälen bewirkt, was die Ausbildung von Aktionspotentialen erschwert.

Abbau von Acetylcholin

Nachdem Acetylcholin seine Funktion erfüllt hat, wird es im synaptischen Spalt durch das Enzym Acetylcholinesterase (AChE) abgebaut. Dieser Abbau ist entscheidend, um eine kontinuierliche Stimulation der Rezeptoren zu verhindern und die Signalübertragung präzise zu steuern.

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Atropin: Ein Antagonist des Acetylcholins

Atropin ist ein natürlich vorkommendes Tropan-Alkaloid, das in Nachtschattengewächsen wie der Tollkirsche (Atropa belladonna) vorkommt. Es wirkt als kompetitiver, unselektiver Muskarinrezeptor-Antagonist, indem es die Wirkung von Acetylcholin blockiert. Dies führt zu einer Hemmung des parasympathischen Nervensystems. Der Name "belladonna" bedeutet übersetzt "Schöne Frau" und verweist auf die frühere Verwendung von Tollkirsche zur Pupillenerweiterung.

Wirkmechanismus von Atropin

Atropin hat eine ähnliche Struktur wie Acetylcholin und wirkt daher als kompetitiver Hemmstoff. Die Moleküle setzen sich in die Rezeptoren der Natrium-Kanäle der postsynaptischen Membran. Sie verdrängt den körpereigenen Botenstoff Acetylcholin von diesen Rezeptoren, ohne selbst eine Wirkung auszulösen. Dadurch werden die Effekte des Parasympathikus blockiert. Die Folgen sind vielfältig und betreffen verschiedene Organe und Systeme:

• Herz: Anstieg der Herzfrequenz (Tachykardie)
• Auge: Erweiterung der Pupille (Mydriasis) und Lähmung der Akkommodation (Zykloplegie)
• Drüsen: Reduktion der Sekretion von Speichel, Schweiß, Bronchialschleim und Magensäure
• Glatte Muskulatur: Erschlaffung der Muskulatur in Bronchien, Magen-Darm-Trakt und Harnwegen

Anwendungen von Atropin in der Medizin

Atropin wird in der Medizin seit Jahrhunderten verwendet, und seine Anwendungsgebiete sind breit gestreut. Zu den Hauptanwendungsgebieten gehören:

Notfallmedizin / Kardiologie

• Symptomatische Bradykardie: Atropin ist das Mittel der ersten Wahl zur Behandlung eines hämodynamisch instabilen, verlangsamten Herzschlags (z.B. bei AV-Blockierungen). Es erhöht die Herzfrequenz durch Blockade der vagalen (parasympathischen) Einflüsse auf den Sinus- und AV-Knoten.

Toxikologie (als Antidot)

• Vergiftungen mit Organophosphaten: Dies ist eine lebensrettende Indikation. Atropin wirkt als Gegengift bei Vergiftungen mit Insektiziden (z.B. E605) oder Nervenkampfstoffen (z.B. Sarin, Nowitschok). Es blockiert die massiv überstimulierten Muskarinrezeptoren und bekämpft so Symptome wie Bronchospasmus, massive Sekretion und Bradykardie. Hier werden oft sehr hohe Dosen benötigt.
• Vergiftungen mit anderen Parasympathomimetika: z.B. bei Pilzvergiftungen mit muskarinerger Wirkung (z.B. durch den Ziegelroten Risspilz).

Anästhesie

• Intraoperative Anwendung: Nicht mehr zur routinemäßigen Prämedikation (um Speichelfluss zu hemmen), sondern zur akuten Behandlung einer intraoperativ auftretenden Bradykardie, die durch chirurgische Manipulationen (z.B. am Auge oder Hals) oder durch andere Medikamente ausgelöst werden kann.
• Reduktion von Sekreten: In seltenen Fällen bei bestimmten Eingriffen (z.B. in der Mundhöhle), um die Atemwege freizuhalten.

Ophthalmologie

• Therapeutische Mydriasis und Zykloplegie: Zur Ruhigstellung der Iris und des Ziliarmuskels bei Entzündungen wie Keratitis (Hornhautentzündung) oder Uveitis (Entzündung der mittleren Augenhaut), um Schmerzen zu lindern und Verklebungen (Synechien) zu verhindern.
• Penalisationstherapie: Zur Behandlung der Amblyopie (Schwachsichtigkeit) bei Kindern. Das gesunde Auge wird mit Atropin "bestraft" (verschwommenes Sehen), um das schwächere Auge zum Sehen zu zwingen.
• Diagnostische Mydriasis: Für diagnostische Pupillenerweiterungen zur Netzhautuntersuchung wird Atropin aufgrund seiner sehr langen Wirkdauer (bis zu 2 Wochen) heute nur noch selten verwendet. Man bevorzugt kürzer wirksame Substanzen wie Tropicamid oder Cyclopentolat.

Obsolete / Historische Anwendungen

• Asthma bronchiale / Bronchospasmen: Hier wurden Atropin und seine Derivate vollständig durch modernere, selektivere und nebenwirkungsärmere Substanzen (wie Ipratropiumbromid oder Tiotropiumbromid) ersetzt.
• Magen-Darm-Krämpfe: Auch hier werden heute spezifischere Spasmolytika eingesetzt.

Pharmakokinetik von Atropin

Atropin wird in Form von Augentropfen, als intramuskuläre Injektion oder nach oraler Gabe gut und schnell resorbiert. Der maximale Effekt am Auge, gemessen an der Mydriasis, setzt innerhalb von 30 bis 40 Minuten ein, der maximale Plasmaspiegel ist hingegen bereits nach wenigen Minuten erreicht. Die Plasmahalbwertszeit beträgt etwa drei Stunden. Die Wirkung von Atropin hält allerdings länger an, als die Plasmahalbwertszeit vermuten ließe, und lässt erst nach 12,5 bis 38 Stunden, teilweise sogar 7 bis 10 Tagen nach. Ungefähr die Hälfte des Atropins wird renal unverändert ausgeschieden, die andere Hälfte wird in der Leber metabolisiert und glukuronidiert und anschließend über die Nieren ausgeschieden.

Dosierung von Atropin

Die Dosierung ist streng von der Indikation abhängig und wird durch einen Arzt festgelegt. Sie unterscheidet sich dementsprechend je nach Indikation stark:

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• Symptomatische Bradykardie (Erwachsene): Initial 0,5 mg bis 1,0 mg intravenös, wiederholbar bis zu einer Maximaldosis von 3 mg.
• Antidot bei Organophosphat-Vergiftung: Initial 2-5 mg intravenös, Dosis wird alle 5-10 Minuten verdoppelt, bis die Bronchialsekretion sistiert ("atropinisieren"). Gesamtdosen von hunderten Milligramm über 24 Stunden sind möglich.
• Augentropfen (0,5% oder 1%): In der Regel 1-2 mal täglich ein Tropfen in den Bindehautsack.

Nebenwirkungen von Atropin

Die Nebenwirkungen sind direkte Folgen der parasympatholytischen Wirkung ("anticholinerges Syndrom"):

• Systemisch: Mundtrockenheit, Hautrötung und -trockenheit, Tachykardie, Sehstörungen (Akkommodationsstörungen, Blendempfindlichkeit), Schwierigkeiten beim Wasserlassen (Harnverhalt), Verstopfung, bei hohen Dosen auch Unruhe, Verwirrtheit, Halluzinationen und Koma.
• Lokal am Auge: Blendempfindlichkeit (durch Mydriasis), verschwommenes Sehen, Augeninnendrucksteigerung. Die lange Wirkdauer von bis zu 14 Tagen ist zu beachten.

Wechselwirkungen von Atropin

Sympathomimetika können die Effekte von Atropin verstärken. Ebenso können folgende Medikamente die anticholinerge Wirkung erhöhen:

• Amantadin
• Antiarrhythmika wie Chinidin, Procainamid und Disopyramid
• Dopaminantagonisten wie Metoclopramid
• Antihistaminika
• tri- und tetrazyklische Antidepressiva
• bestimmte Antiparkinsonmittel, ausgenommen Dopaminrezeptor-Agonisten
• Neuroleptika

Pilocarpin- und physostigminhaltige Arzneimittel schwächen die Wirkung von Atropin ab oder heben sie auf. Umgekehrt hemmt Atropin die Wirkung dieser Medikamente.

Synapsengifte und ihre Auswirkungen

Synapsengifte sind Giftstoffe, die die Erregungsübertragung zwischen Nervenzellen stören. Sie können an verschiedenen Stellen der Synapse wirken und unterschiedliche Effekte hervorrufen.

Angriffspunkte von Synapsengiften

• Präsynaptische Membran: Einige Gifte beeinflussen die Freisetzung von Neurotransmittern. Zum Beispiel führt das Gift der schwarzen Witwe (α-Latrotoxin) zu einer übermäßigen Freisetzung von Calciumionen, was eine unkontrollierte Entleerung der synaptischen Vesikel zur Folge hat. Botulinumtoxin (Botox) hingegen verhindert die Vesikelfusion und somit die Freisetzung von Acetylcholin.
• Synaptischer Spalt: Bestimmte Gifte hemmen die Enzyme, die Neurotransmitter abbauen. Das Insektizid E 605 hemmt die Acetylcholinesterase, was zu einer Anreicherung von Acetylcholin im synaptischen Spalt führt.
• Postsynaptische Membran: Einige Gifte blockieren oder aktivieren die Rezeptoren auf der postsynaptischen Membran. Curare blockiert die Acetylcholinrezeptoren und verhindert die Weiterleitung des Signals, während das Gift des Schrecklichen Pfeilgiftfroschs (Batrachotoxin) die Natriumkanäle dauerhaft öffnet.

Beispiele für Synapsengifte und ihre Wirkungen

• Curare: Blockiert Acetylcholinrezeptoren der motorischen Endplatten, was zu Atemlähmung führt.
• Nikotin: Wirkt wie Acetylcholin, kann aber von der Cholinesterase nicht abgebaut werden.
• Alkylphosphate: Hemmen die Cholinesterase, was ebenfalls zu Atemlähmung führt.
• Botulinumgift: Hemmt die Acetylcholinfreisetzung, was zu Atemlähmung führt.
• α-Latrotoxin: Bewirkt eine schlagartige Entleerung der synaptischen Bläschen, was zu Herzversagen führen kann.
• Muskarin: Wirkt wie Acetylcholin, kann aber von der Cholinesterase nicht abgebaut werden, was zu Atemlähmung führt.
• Atropin: Blockiert Acetylcholinrezeptoren in Synapsen des Herzens, der Eingeweide und des Irismuskel, was zu Herzstillstand führen kann.

Anticholinerge Nebenwirkungen und ihre klinische Bedeutung

Anticholinerge Nebenwirkungen sind unerwünschte Effekte, die durch die Blockade von Acetylcholinrezeptoren verursacht werden. Diese Effekte können sowohl peripher als auch zentral auftreten und sind besonders bei älteren Patienten von Bedeutung.

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Ursachen und Risikofaktoren

Anticholinerge Wirkungen können durch verschiedene Arzneistoffe ausgelöst werden, darunter Antipsychotika, Antidepressiva, Antihistaminika, Spasmolytika und Parkinsonmedikamente. Risikofaktoren für anticholinerge Nebenwirkungen sind höheres Alter, Polymedikation, psychiatrische Erkrankungen, Demenz und Morbus Parkinson.

Symptome und Komplikationen

Die Symptome anticholinerger Nebenwirkungen sind vielfältig und können umfassen:

• Mundtrockenheit
• Sehstörungen
• Obstipation
• Harnverhalt
• Verwirrtheit
• Kognitive Beeinträchtigungen
• Delirium

Diese Symptome können die Lebensqualität der Patienten erheblich beeinträchtigen und zu schwerwiegenden Komplikationen wie Stürzen, kognitivem Abbau und erhöhtem Mortalitätsrisiko führen.

Management und Prävention

Das Management anticholinerger Nebenwirkungen umfasst die Identifizierung und Reduktion von Risikofaktoren, die Überprüfung der Medikation auf anticholinerge Substanzen, die Anpassung der Dosierung und die Verwendung von risikoärmeren Alternativen. Bei Bedarf können symptomatische Behandlungen wie Speichelersatzmittel, Augentropfen und Laxanzien eingesetzt werden.

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