Einführung
Das menschliche Nervensystem ist ein komplexes Netzwerk, das den Körper steuert und koordiniert. Es lässt sich in zwei Hauptteile unterteilen: das zentrale Nervensystem (ZNS), bestehend aus Gehirn und Rückenmark, und das periphere Nervensystem (PNS), das alle Nerven umfasst, die außerhalb des ZNS liegen. Innerhalb dieses Rahmens existieren zwei funktionell unterschiedliche Systeme: das willkürliche (somatische) und das vegetative (autonome) Nervensystem. Während das somatische Nervensystem willentliche Bewegungen steuert, reguliert das vegetative Nervensystem (VNS) unwillkürliche Prozesse wie Herzfrequenz, Atmung und Verdauung. Eine wichtige Struktur im Gehirn, die an der Steuerung von Bewegungen und anderen Funktionen beteiligt ist, sind die Basalganglien. Dieser Artikel beleuchtet die Funktionen der Basalganglien und ihre Interaktion mit dem vegetativen Nervensystem.
Überblick über das Nervensystem
Das Nervensystem dient der Aufnahme von Reizen, deren Weiterleitung ans Gehirn und der entsprechenden Reaktion. Diese Reaktionen können willkürlich oder unwillkürlich sein. Das Nervensystem besteht aus Nervenzellen und Nervenfasern. Nervenfasern bestehen aus gebündelten Nervenzellfortsätzen.
Willkürliches und vegetatives Nervensystem
Das Nervensystem wird in ein willkürliches (somatisches, animalisches) und ein vegetatives (autonomes) Nervensystem unterteilt. Während das willkürliche Nervensystem der direkten willentlichen Kontrolle unterliegt und insbesondere Bewegungen steuert, ist das vegetative Nervensystem der direkten willentlichen Kontrolle weitgehend entzogen. Das vegetative Nervensystem wird weiter in den Sympathikus und den Parasympathikus unterteilt, die gegenteilige Wirkungen haben.
Sympathikus und Parasympathikus
Das vegetative Nervensystem (VNS) besteht aus zwei Teilen, dem (eher aktivierenden) Sympathikus und dem (eher hemmenden) Parasympathikus. Die meisten Erfüllungsorgane sind mit Sympathikus und Parasympathikus über direkte Nerven verbunden. Die Steuerung erfolgt präganglionär über Acetylcholin und postganglionär über Noradrenalin. In Stresssituationen reagiert das sympathische Nervensystem, indem es Organe aktiviert und die Herzfrequenz, Atmung und den Blutdruck erhöht.
Die Basalganglien: Struktur und Bestandteile
Die Basalganglien sind eine Gruppe von Kerngebieten, die tief im Inneren des Gehirns liegen. Sie sind an einer Vielzahl von Funktionen beteiligt, darunter die Steuerung von Bewegungen, das Lernen, die Gewohnheitsbildung und die Belohnungsverarbeitung.
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Bestandteile der Basalganglien
Zu den Hauptbestandteilen der Basalganglien gehören:
- Striatum: Das Striatum ist der größte Eingangskern der Basalganglien und empfängt Informationen aus der Großhirnrinde. Es besteht aus zwei Teilen: dem Nucleus caudatus und dem Putamen.
- Globus pallidus: Der Globus pallidus ist ein Kern, der Informationen vom Striatum empfängt und an den Thalamus weiterleitet. Er besteht aus zwei Segmenten: dem Globus pallidus internus (GPi) und dem Globus pallidus externus (GPe).
- Substantia nigra: Die Substantia nigra ist ein Kern im Mittelhirn, der Dopamin produziert und an das Striatum sendet. Sie besteht aus zwei Teilen: der Substantia nigra pars compacta (SNpc) und der Substantia nigra pars reticulata (SNpr).
- Nucleus subthalamicus: Der Nucleus subthalamicus ist ein Kern, der Informationen vom GPe empfängt und an den GPi und die SNpr weiterleitet.
Verbindungen innerhalb der Basalganglien
Die verschiedenen Kerne der Basalganglien sind durch komplexe neuronale Schaltkreise miteinander verbunden. Diese Schaltkreise ermöglichen es den Basalganglien, Informationen aus verschiedenen Teilen des Gehirns zu integrieren und Bewegungen und andere Funktionen zu steuern.
Funktionen der Basalganglien
Die Basalganglien spielen eine entscheidende Rolle bei der Steuerung von Bewegungen, dem Erlernen von Gewohnheiten und der Belohnungsverarbeitung.
Bewegungssteuerung
Die Basalganglien sind an der Planung, Initiierung und Ausführung von Bewegungen beteiligt. Sie helfen dabei, unerwünschte Bewegungen zu unterdrücken und zielgerichtete Bewegungen zu ermöglichen. Die Basalganglien beeinflussen die Bewegungsprogramme bezüglich ihrer Geschwindigkeit, ihres Bewegungsausmaßes, der Kraft und Bewegungsrichtung.
Lernen und Gewohnheitsbildung
Die Basalganglien spielen eine wichtige Rolle beim Erlernen neuer motorischer Fähigkeiten und der Bildung von Gewohnheiten. Durch die Verstärkung bestimmter neuronaler Verbindungen ermöglichen sie es dem Gehirn, effiziente Bewegungsmuster zu entwickeln und zu automatisieren. Die BG sind Teil des prozeduralen Gedächtnisses.
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Belohnungsverarbeitung
Die Basalganglien sind auch an der Belohnungsverarbeitung beteiligt. Sie reagieren auf belohnende Reize und tragen dazu bei, Verhalten zu verstärken, das zu Belohnungen führt. Der Nucleus accumbens ist ein wesentlicher Teil des Belohnungssystems des Gehirns und damit wichtig für die Entstehung von Sucht.
Interaktion der Basalganglien mit dem vegetativen Nervensystem
Obwohl die Basalganglien hauptsächlich für die Steuerung von Bewegungen bekannt sind, gibt es zunehmend Hinweise darauf, dass sie auch mit dem vegetativen Nervensystem interagieren. Diese Interaktion könnte Auswirkungen auf verschiedene physiologische Prozesse haben, darunter die Herzfrequenz, der Blutdruck und die Atmung.
Anatomische Verbindungen
Es gibt anatomische Verbindungen zwischen den Basalganglien und Hirnstammstrukturen, die an der Steuerung des vegetativen Nervensystems beteiligt sind. Beispielsweise projizieren Neurone aus der Substantia nigra zu vegetativen Kernen im Hirnstamm.
Funktionelle Zusammenhänge
Studien haben gezeigt, dass die Aktivität in den Basalganglien mit Veränderungen der Herzfrequenzvariabilität (HRV) korreliert, einem Maß für die Aktivität des vegetativen Nervensystems. Dies deutet darauf hin, dass die Basalganglien die Herzfrequenzregulation beeinflussen können.
Auswirkungen auf die Gesundheit
Eine gestörte Interaktion zwischen den Basalganglien und dem vegetativen Nervensystem könnte zu verschiedenen Gesundheitsproblemen beitragen. Beispielsweise wurde eine beeinträchtigte HRV bei Patienten mit Parkinson-Krankheit festgestellt, einer neurodegenerativen Erkrankung, die die Basalganglien betrifft.
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Erkrankungen der Basalganglien
Erkrankungen oder Schädigungen der Basalganglien rufen in erster Linie Bewegungsstörungen hervor - im Sinne einer Dystonie oder Hyperkinese. Eine Dystonie äußert sich durch eine unwillkürliche Kontraktion von Muskeln, was zu „verrenkten“ Haltungen und Fehlstellungen einzelner Körperteile führt. Ein Ausfall der Impulse, die vom Striatum kommen, führt zu einer Erstarrung der Mimik und einer allgemeinen Bewegungsarmut durch den Ausfall von automatisierten Bewegungen.
Morbus Parkinson
Morbus Parkinson ist eine degenerative Erkrankung der Substantia nigra mit Untergang der Dopamin-produzierenden Zellen. Die Folge sind Muskelstarre, Bewegungslosigkeit und Muskelzittern.
Chorea Huntington
Eine Zerstörung des Striatum führt zu Chorea Huntington. Diese erbliche chronischen Erkrankung beginnt mit einer krankhaft gesteigerten Bewegungsaktivität (Hyperkinese), Grimassieren und verwaschener Sprache.
Dystonie
Eine Dystonie äußert sich durch eine unwillkürliche Kontraktion von Muskeln, was zu „verrenkten“ Haltungen und Fehlstellungen einzelner Körperteile führt.
Das enterische Nervensystem
Das enterische Nervensystem (ENS), oft als "zweites Gehirn" oder "Bauchhirn" bezeichnet, ist ein komplexes Netzwerk von Neuronen, das den Verdauungstrakt auskleidet. Es kann autonom funktionieren, wird aber auch vom vegetativen Nervensystem beeinflusst.
Aufbau und Funktion
Das ENS besteht aus etwa 100 Millionen Neuronen, die in zwei Hauptplexus organisiert sind: den Plexus myentericus (Auerbach-Plexus) und den Plexus submucosus (Meissner-Plexus). Diese Plexus steuern die Muskelkontraktionen des Darms, die Sekretion von Verdauungssäften und die Durchblutung des Verdauungstrakts.
Verbindung zum vegetativen Nervensystem
Das ENS ist über den Vagusnerv (Parasympathikus) und den Grenzstrang (Sympathikus) mit dem zentralen Nervensystem verbunden. Der Parasympathikus fördert die Verdauung, während der Sympathikus sie hemmt.
Einfluss auf die Basalganglien
Es gibt Hinweise darauf, dass das ENS auch die Basalganglien beeinflussen kann. Studien haben gezeigt, dass Veränderungen in der Darmflora die Funktion der Basalganglien beeinflussen und zu Bewegungsstörungen beitragen können.
Pharmakologische Beeinflussung des vegetativen Nervensystems
Viele Arzneien greifen an den vegetativen Rezeptoren an. Blutdrucktherapeutika, Medikamente gegen Herz-Rhythmus-Störungen oder Pharmaka zur Therapie der Koronaren Herzkrankheit (KHK) zählen dazu. Auch Substanzen zur Behandlung von Asthma bronchiale, Koliken oder Migräne wirken hier. Sympathomimetika aktivieren den Sympathikus, Sympatholytika haben einen blockierenden Einfluss. Entsprechend gibt es Parasympathomimetika und Parasympatholytika.
Sympathomimetika und Sympatholytika
Sympathomimetika stimulieren den Sympathikus und führen zu einem Anstieg des Blutdrucks und der Herzfrequenz, einer Erweiterung der Atemwege und einer Leistungssteigerung. Sympatholytika wirken einer Aktivierung des Sympathikus entgegen, indem sie die Rezeptoren für die Botenstoffe Adrenalin und Noradrenalin besetzen.
Parasympathomimetika und Parasympatholytika
Parasympathomimetika unterstützen die Wirkung des Parasympathikus und haben pupillen- sowie bronchienverengende, sekretions- und krampffördernde Effekte und reduzieren die Herzfrequenz. Parasympatholytika blockieren die Erregungsübertragung im Parasympathikus und haben Folgen wie Bronchien- und Pupillenerweiterung, Mundtrockenheit oder Obstipation.
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