Einführung
Alkaloide sind eine vielfältige Gruppe natürlich vorkommender, stickstoffhaltiger organischer Verbindungen. Viele Alkaloide üben eine starke Wirkung auf den menschlichen Körper aus, insbesondere auf das zentrale Nervensystem (ZNS). Dieser Artikel beleuchtet die Wirkungsweisen verschiedener Alkaloide auf das ZNS und gibt eine Liste wichtiger Vertreter.
Opioide und ihre Wirkung auf das ZNS
Opioide sind eine chemisch heterogene Gruppe von natürlichen und synthetischen Substanzen, die morphinartige Eigenschaften aufweisen und an Opioidrezeptoren wirksam sind. Der Begriff "Opioid" leitet sich von griechisch ὄπιον (opion, „Opium“) und εἶδος (eidos, „ähnlich“) ab.
Opioidrezeptoren und ihre Verteilung
Die Opioidrezeptoren kommen am häufigsten im Gehirn am Boden des 4. Ventrikels (Hirnventrikel), in anderen Gehirnregionen und im Rückenmark vor. Sie sind zudem in der Peripherie, unter anderem im Darm zu finden. Die körpereigenen Liganden der Opioidrezeptoren sind endogene Peptide (Enkephaline und Endorphine), die in der Stressantwort von Bedeutung sind.
Wirkungsweise von Opioiden
Opioide binden gruppenspezifisch unterschiedlich stark an die verschiedenen Rezeptoren, wobei sie aktivierend (Agonisten) oder hemmend (Antagonisten) wirken können, wodurch ein komplexes Wirkmuster entsteht (multiple receptor theory).
- Reine Agonisten: Haben eine ausschließlich aktivierende Wirkung mit einer hohen Affinität (Bindungsstärke) und hohen intrinsische Aktivität (Wirkstärke) zu μ-Rezeptoren sowie geringeren Affinität zu κ-Rezeptoren. Die Wirkung dieser Stoffe lässt sich durch Antagonisten komplett aufheben.
- Gemischte Agonisten-Antagonisten: Bieten ein komplexes Wirkmuster. An μ-Rezeptoren sind sie Liganden mit einer hohen Affinität, jedoch sehr schwachen intrinsischen Aktivität, so dass eine antagonistische Wirkung resultiert. An κ-Rezeptoren hingegen sind Affinität und intrinsische Aktivität hoch (κ-Agonisten). Auch an σ-Rezeptoren wirken sie agonistisch. Im Gegensatz zu den reinen Agonisten erfolgt mit steigender Dosierung keine weitere Zunahme der Wirkungen (Ceiling-Effekt).
- Reine Antagonisten: Wirken an allen Rezeptortypen als kompetitive Antagonisten, jedoch mit unterschiedlicher Affinität. Sie werden meist zur Aufhebung (Antagonisierung) von agonistischen Opioid-Wirkungen (Narkosebeendigung, Gegengift bei Intoxikation, Entwöhnungsbehandlung) eingesetzt.
Wichtige Wirkungen von Opioiden
Die wichtigste Wirkung ist eine starke Schmerzlinderung (Analgesie), was Opioide zu unverzichtbaren und vielgenutzte Arzneimitteln in der Schmerztherapie, Anästhesie und anderen Einsatzbereichen macht. Weitere Wirkungen umfassen:
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- Atemdepression: Wird durch eine verminderte CO2-Empfindlichkeit des Atemzentrums (in der Formatio reticularis) über μ2-Rezeptoren ausgelöst.
- Sedierung: Wird über κ-Rezeptoren bewirkt.
- Euphorie und Angstlösung: Diese Effekte können zur psychischen Komponente einer Opioid-Abhängigkeit beitragen.
- Emetische Wirkung: Durch die Stimulation Dopamin-abhängiger Rezeptoren in der Triggerzone der Area postrema am Boden des IV. Ventrikel wird das Brechzentrum in der Formatio reticularis stimuliert und so Übelkeit und Erbrechen ausgelöst.
- Antitussive Wirkung: Durch die Dämpfung des Hustenzentrums kommt es zu einer hustenmildernden Wirkung.
- Kreislaufwirkungen: Opioide bewirken eine zentrale Sympathikolyse (Aktivitätsminderung des sympathischen Nervensystem). Durch diese sowie eine Erhöhung der Aktivität des Nervus vagus sowie einer direkten Vasodilatation kommt es zu einem Abfall der Herzfrequenz (Bradykardie), des Blutdruckes (Hypotonie) sowie des Herzzeitvolumens.
- Miosis: Eine Verengung der Pupille wird durch die Stimulation des parasympathischen Edinger-Westphal-Kern im Mittelhirn und die dadurch verursachte Kontraktion des Musculus sphincter pupillae ausgelöst.
Toleranz und Abhängigkeit
Die Toleranzentwicklung (Gewöhnung) bei Opioiden bezeichnet die Wirkungsabschwächung und Verkürzung der Wirkdauer bei wiederholter Zufuhr, die durch eine Dosiserhöhung ausgeglichen wird. Bei unterbrochener Opioidzufuhr kommt es zur Entzugssymptomatik, die auf einer vermehrter Freisetzung von Noradrenalin beruht.
Beispiele für Opioide
- Morphin: Analgetische Potenz von 1, Wirkdauer 2-4 Stunden, Agonist, BTM (Betäubungsmittel).
- Fentanyl: Analgetische Potenz von 120, Wirkdauer 30 Minuten, Agonist, BTM.
- Remifentanil: Analgetische Potenz von 100-200, Wirkdauer 8-10 Minuten, Agonist, BTM. Sehr kurze Halbwertszeit, deshalb sehr gut steuerbar.
- Sufentanil: Analgetische Potenz von ~1000, Wirkdauer 30 Minuten, Agonist, BTM.
- Buprenorphin: Analgetische Potenz von ~30, Wirkdauer 6-8 Stunden, partieller Agonist, BTM.
Opioid-Intoxikation und Therapie
Die typische Symptomen-Trias der Opioid-Intoxikation besteht aus Atemdepression, nicht erweckbarem Koma und Miosis mit stecknadelkopfgroßen Pupillen. Die Therapie einer Opioid-Vergiftung ist primär symptomatisch und besteht in der Sicherung der Vitalfunktionen. Als spezifisches Antidot wird Naloxon eingesetzt, das als Antagonist an allen Opioid-Rezeptoren wirkt.
Pflanzliche Alkaloide und ihre Wirkung auf das ZNS
Neben den synthetischen und halbsynthetischen Opioiden gibt es auch zahlreiche pflanzliche Alkaloide, die eine Wirkung auf das ZNS haben können.
Alkaloide aus Nachtschattengewächsen
Einige Gattungen der Nachtschattengewächse zählen zu den Giftpflanzen, da deren Konsum zu Vergiftungserscheinungen führt. Wegen der berauschenden, halluzinogenen Wirkung werden diese Pflanzen auch Biodrogen, biogene Drogen oder Naturdrogen genannt. Zu den häufig konsumierten Biodrogen gehören Stechapfel (Datura stramonium), Engelstrompete (Datura suaveolens), Bilsenkraut (Hyoscamus niger), Tollkirsche (Atropa belladonna) und Alraune (Mandragora).
- Atropin und Hyoscyamin: Haben eine erregende Wirkung auf das zentrale Nervensystem (ZNS). Hyoscyamin wirkt allerdings wesentlich stärker als Atropin.
- Scopolamin: Hat hingegen eine dämpfende Wirkung auf das ZNS.
Der Konsum von berauschenden Nachtschattengewächsen ist sehr gefährlich, da die Spannbreite zwischen der wirksamen und der tödlichen Dosis sehr schmal ist. Schon 0,2 Gramm der Pflanzen können zu Vergiftungserscheinungen führen.
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Weitere pflanzliche Alkaloide
Es gibt eine Vielzahl weiterer pflanzlicher Alkaloide, die auf das ZNS wirken können, darunter:
- Coffein: Ein Stimulans, das in Kaffee, Tee und anderen Getränken vorkommt.
- Nikotin: Ein Stimulans, das in Tabak vorkommt.
- Kokain: Ein Stimulans, das aus der Coca-Pflanze gewonnen wird.
- Ergotamin: Ein Alkaloid, das aus Mutterkorn gewonnen wird und zur Behandlung von Migräne eingesetzt wird.
Pflanzliche Kontaminanten und ihre potenziellen Auswirkungen auf das ZNS
Pflanzliche Kontaminanten sind Substanzen, die weder natürlich in den Rohstoffen der Lebensmittelherstellung vorkommen noch während des regulären Produktionsprozesses hinzugefügt werden. Einige dieser Kontaminanten können Alkaloide sein, die unerwünschte Auswirkungen auf das ZNS haben.
Pyrrolizidinalkaloide (PA)
1,2-ungesättigte Pyrrolizidinalkaloide (PA) sind sekundäre Pflanzenstoffe, die in über 6000 Pflanzenspezies vorkommen. Sie können durch Verunreinigungen mit PA-bildenden Wildkräutern in den Anbauflächen von Nutzpflanzen in Lebensmittel gelangen. PA können hepatotoxische, karzinogene und mutagene Wirkungen haben.
Tropanalkaloide (TA)
Tropanalkaloide (TA) sind in verschiedenen Pflanzenfamilien verbreitet und bilden die Grundlage für das toxische Prinzip der Samen des Stechapfels (Datura stramonium), der Beeren der Tollkirsche (Atropa belladonna) sowie der Samen des Bilsenkrautes (Hyoscyamus niger), die als Kontaminanten von Lebensmitteln bekannt sind. TA können anticholinerge Wirkungen haben und zu Vergiftungserscheinungen führen.
Opiumalkaloide in Mohnsamen
Der Anbau von Schlafmohn (Papaver somniferum) dient der Samen- und Ölgewinnung für die Verwendung in Lebensmitteln sowie der Alkaloid- und Opiumherstellung. Opium enthält ca. 20-25 % Alkaloide, von denen insbesondere Morphin, Codein, Thebain, Noscapin und Papaverin toxikologisch relevant sind. Durch Verunreinigungen von Mohnsamen mit alkaloidhaltigen Kapselbruchstücken und Latex können Opiumalkaloide in Lebensmittel gelangen.
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Alkaloide und Migräne
Einige Alkaloide, wie Ergotamin und Triptane, werden zur Behandlung von Migräne eingesetzt.
Triptane
Triptane sind eine Klasse von Medikamenten, die spezifisch zur Behandlung von Migräne entwickelt wurden. Sie wirken als Serotonin-Rezeptor-Agonisten, insbesondere an den 5-HT1B- und 5-HT1D-Rezeptoren, die in den Blutgefäßen des Gehirns und in den Nervenendigungen des Trigeminusnervs vorkommen. Durch die Aktivierung dieser Rezeptoren bewirken Triptane eine Verengung der erweiterten Blutgefäße im Gehirn und hemmen die Freisetzung von Entzündungsmediatoren, was zur Linderung von Migränekopfschmerzen beiträgt.
Mutterkornalkaloide
Mutterkornalkaloide, wie Ergotamin, sind eine ältere Klasse von Medikamenten zur Behandlung von Migräne. Sie wirken ebenfalls als Vasokonstriktoren, indem sie die Blutgefäße im Gehirn verengen. Aufgrund ihres breiteren Wirkungsspektrums und des Risikos von Nebenwirkungen, insbesondere Vasospasmen, werden Mutterkornalkaloide heute weniger häufig eingesetzt als Triptane.
Liste relevanter Alkaloide mit Wirkung auf das ZNS
| Alkaloid | Quelle | Wirkung auf das ZNS |
|---|---|---|
| Morphin | Opium | Schmerzlinderung (Analgesie), Atemdepression, Euphorie, Sedierung |
| Codein | Opium | Schmerzlinderung, Hustenstillung |
| Thebain | Opium | Kann in andere Opioide umgewandelt werden |
| Noscapin | Opium | Hustenstillung |
| Papaverin | Opium | Muskelrelaxans |
| Atropin | Nachtschattengewächse (z.B. Tollkirsche) | Erregung des ZNS, Erhöhung der Herzfrequenz, Erweiterung der Pupillen |
| Hyoscyamin | Nachtschattengewächse (z.B. Tollkirsche) | Stärkere erregende Wirkung als Atropin |
| Scopolamin | Nachtschattengewächse (z.B. Bilsenkraut) | Dämpfung des ZNS, Übelkeit, Reisekrankheit |
| Coffein | Kaffee, Tee | Stimulans, Erhöhung der Aufmerksamkeit, Leistungssteigerung |
| Nikotin | Tabak | Stimulans, Suchtpotential |
| Kokain | Coca-Pflanze | Stimulans, Euphorie, Suchtpotential |
| Ergotamin | Mutterkorn | Vasokonstriktion (Verengung der Blutgefäße), Migränebehandlung |
| Sumatriptan | Synthetisch | Selektiver Serotonin-Rezeptor-Agonist, Vasokonstriktion, Migränebehandlung |
| Lysergidsäure | Mutterkorn | Halluzinogen, Veränderung der Wahrnehmung |
| Pilocarpin | Jaborandi | Parasympathomimetikum, Erhöhung der Speichel- und Schweißsekretion, Pupillenverengung |