Dopamin und die Funktion der Basalganglien

Dopamin, ein wichtiger Botenstoff des zentralen Nervensystems, spielt eine entscheidende Rolle in den Basalganglien, einer Gruppe von subkortikalen Kernen im Gehirn. Diese Kerne sind essenziell für die Steuerung von Bewegungen, Motivation, Emotionen und kognitiven Prozessen. Störungen in der Funktion von Dopamin in den Basalganglien können zu verschiedenen neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen führen.

Was sind die Basalganglien?

Die Basalganglien sind eine Gruppe von Kernen grauer Substanz, die tief im Gehirn liegen. Zu den Hauptkomponenten der Basalganglien gehören:

• Striatum: Bestehend aus dem Nucleus caudatus und dem Putamen. Das Striatum ist das oberste Zentrum des extrapyramidalmotorischen Systems. Hier laufen die Impulse, die vom Thalamus kommen und jene, die von den vegetativen Zentren des Zwischenhirns kommen, zusammen und verbinden so die Reize, die aus der Umwelt kommen mit denen, die aus dem Körper stammen.
• Globus pallidus: Unterteilt in einen inneren (Globus pallidus internus, GPi) und einen äußeren Teil (Globus pallidus externus, GPe).
• Substantia nigra: Eine Struktur im Mittelhirn, die Dopamin produziert. Die Zellen bilden zusammen mit anderen Bereichen ein sogenanntes Schwarzes System.
• Nucleus subthalamicus: Ein kleiner Kern unterhalb des Thalamus.
• Nucleus accumbens: Der Nucleus accumbens stellt eine Verbindung zwischen Putamen und Nucleus caudatus her. Auch er besteht aus einer Kern- und einer Schalenregion.

Diese Komponenten sind kompliziert miteinander verschaltet und wirken so motorikfördernd oder -hemmend.

Funktion der Basalganglien

Die Basalganglien spielen eine zentrale Rolle bei verschiedenen Funktionen, darunter:

• Motorische Kontrolle: Die Basalganglien sind entscheidend für die Initiierung und Ausführung willkürlicher Bewegungen. Sie helfen, Bewegungen zu koordinieren, zu planen und zu steuern. Die Basalganglien leiten physiologische und kognitive Prozesse ein. Sie hemmen die spontane Aktivität des Organismus, indem sie auswählen, was für ihn von größter Bedeutung ist. Die wichtigen Prozesse werden enthemmt, unwichtige werden gehemmt. Die Basalganglien erhalten ihre Informationen aus allen Bereichen der Hirnrinde (Kortex) und geben Informationen weiter über den Thalamus zum prämotorischen und frontalen Kortex. Dieser Weg dient der schnellen und koordinierten Regulation von Abläufen unbewusster, automatisierter, feinmotorischer Bewegungen. Zellaktivitäten im Globus pallidus sind zuständig für den Kraftaufwand und die Richtung einer Bewegung.
• Belohnung und Motivation: Der Nucleus accumbens, ein Teil der Basalganglien, ist ein wesentlicher Bestandteil des Belohnungssystems des Gehirns und spielt eine wichtige Rolle bei der Motivation und dem Suchtverhalten. Hier befinden sich viele Dopaminrezeptoren, deren Stimulation durch stimulierende, entspannende oder schmerzlindernde Wirkung ein Glücksgefühl auslösen. Durch Drogen wie Opiate, Cannabis (THC), Kokain oder Aufputschmittel wie Amphetamine werden diese Rezeptoren erregt. Von dort werden Informationen an das limbische System und den Hypothalamus weitergegeben, wo sie verarbeitet werden und eine vegetative Reaktion hervorrufen.
• Kognitive Funktionen: Die Basalganglien sind auch an höheren kognitiven Prozessen wie Entscheidungsfindung, Planung und Arbeitsgedächtnis beteiligt. Verbindungen über den Nucleus caudatus zum Frontalhirn dienen einer abstrakten Planung, die nicht unmittelbar zu Bewegungen führt.
• Emotionale Verarbeitung: Die Basalganglien tragen zur Verarbeitung von Emotionen und zur Regulation des emotionalen Verhaltens bei.

Dopamin als Neurotransmitter in den Basalganglien

Dopamin ist ein wichtiger Neurotransmitter in den Basalganglien und spielt eine entscheidende Rolle bei der Übertragung von Signalen zwischen den Nervenzellen. Es steuert sowohl emotionale und geistige wie auch motorische Reaktionen. Die wichtigsten Dopaminsysteme sind:

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• Mesolimbisches System: Dieser Weg ist stark an dem bekanntesten Funktionsprinzip von Dopamin beteiligt: ​​Vergnügen und Belohnung. Dieses System beginnt im ventralen tegmentalen Bereich (VTA). Das VTA bedeckt einen Teil des Mittelhirns und projiziert dopaminerge Aktionspotentiale auf einen anderen Bereich des Gehirns, der als Nucleus Accumbens (NAc) bezeichnet wird. Hier im NAc vermittelt Dopamin in erster Linie Gefühle der Freude und Belohnung. Die Stimulation des NAc ist wichtig für die Aufrechterhaltung unserer täglichen Aktivität. Eine Überstimulation kann jedoch zu einem intensiven Verlangen, auch „Craving“, nach dem Zustand führen, das den NAc stimuliert.
• Mesokortikales System: Wie im mesolimbischen System stammen dopaminerge Projektionen innerhalb des mesokortikalen Systems aus dem VTA. Vom VTA aus wandern Aktionspotentiale in Gebiete des präfrontalen Kortex (PFC). Der PFC ist stark an der Wahrnehmung, dem Arbeitsgedächtnis und der Entscheidungsfindung beteiligt.
• Nigrostriatales System: Die Dopaminprojektionen beginnen in der Substantia nigra und gehen zum Caudate und Putamen, Teilen der Basalganglien. Dopaminerge Neuronen im Nigrostriatalsystem stimulieren eine gezielte Bewegung.
• Tuberoinfundibuläres System: Die Dopamin-Neuronen in diesem System haben ihren Ursprung in den bogenförmigen und periventrikulären Kernen des Hypothalamus und projizieren in die infundibuläre Region des Hypothalamus, insbesondere in die mittlere Eminenz. In diesem System wird Dopamin in den Portalkreislauf freigesetzt, der diese Region mit der Hypophyse verbindet.

Die normale Funktion des Basalgangliensystems erfordert die Freisetzung von Dopamin in den Eingangskernen. Eine Fehlfunktion dieses Neurotransmitters führt zu verschiedenen Bewegungsstörungen der Basalganglien.

Erkrankungen im Zusammenhang mit Dopamin und den Basalganglien

Störungen in der Dopaminfunktion und den Basalganglien können zu einer Vielzahl von neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen führen:

• Morbus Parkinson: Diese neurodegenerative Erkrankung ist durch den Verlust von Dopamin produzierenden Zellen in der Substantia nigra gekennzeichnet. Dies führt zu einem Dopaminmangel im Striatum, was zu motorischen Symptomen wie Muskelstarre (Rigor), Zittern (Tremor), verlangsamten Bewegungen (Bradykinese) und Haltungsinstabilität führt.
• Chorea Huntington: Diese erbliche Erkrankung führt zu einer Degeneration von Neuronen im Striatum, was zu unwillkürlichen, choreatischen Bewegungen, kognitiven Beeinträchtigungen und psychiatrischen Symptomen führt. Eine Zerstörung des Striatum führt zu Chorea Huntington. Diese erbliche chronischen Erkrankung beginnt mit einer krankhaft gesteigerten Bewegungsaktivität (Hyperkinese), Grimassieren und verwaschener Sprache. Kau- und Schluckbewegungen fallen den Betroffenen mit der Zeit immer schwerer.
• Schizophrenie: Eine Überaktivität des Dopaminsystems im mesolimbischen Pfad wird mit den Positivsymptomen der Schizophrenie in Verbindung gebracht, wie z. B. Halluzinationen und Wahnvorstellungen.
• ADHS (Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung): Dysfunktionen im Dopaminsystem werden mit den Symptomen von ADHS in Verbindung gebracht, wie z. B. Unaufmerksamkeit, Hyperaktivität und Impulsivität. Nur das ADHS-Symptom der mangelnden Inhibition der exekutiven Funktionen wird dopaminerg durch die Basalganglien (Striatum, Putamen) verursacht, während die mangelnde Inhibition der Emotionsregulierung noradrenerg durch den Hippocampus verursacht wird. Daher dürfte ersteres einer dopaminergen Behandlung besser zugänglich sein, während Emotionsregulierung und Affektkontrolle besser noradrenerg zu behandeln sein dürften.
• Sucht: Dopamin spielt eine zentrale Rolle im Belohnungssystem des Gehirns und ist an der Entwicklung und Aufrechterhaltung von Suchtverhalten beteiligt. Substanzen wie Alkohol, Nikotin, (Meth)Amphetamin, Kokain, Heroin usw. verursachen einen Dopaminschub in dem mesolimbischen System, der einen euphorischen Effekt hervorruft. Wenn der Konsum chronifiziert, gleicht das Gehirn diese Dopaminschwankungen aus, indem es die Anzahl der verfügbaren Dopaminrezeptoren verringert, sodass ein Süchtiger immer mehr einer Substanz benötigt, um dasselbe Gefühl zu erzeugen.
• Dystonie: Pathologische, unwillkürliche Muskelkontraktionen, die Haltungsstörungen verursachen. Dystonie kann generalisiert, einseitig oder fokal sein. Eine Dystonie äußert sich durch eine unwillkürliche Kontraktion von Muskeln, was zu „verrenkten“ Haltungen und Fehlstellungen einzelner Körperteile führt. Dazu gehören zum Beispiel ein spastischer Schiefhals (Torticollis spasticus) - eine nach seitwärts gewendete, fixierte Fehlhaltung des Kopfes.

Therapieansätze

Die Behandlung von Erkrankungen, die mit Dopamin und den Basalganglien zusammenhängen, zielt darauf ab, den Dopaminspiegel zu regulieren oder die Auswirkungen von Dopaminmangel oder -überschuss auszugleichen. Zu den gängigen Therapieansätzen gehören:

• Medikamente:
  • L-Dopa: Eine Vorstufe von Dopamin, die im Gehirn in Dopamin umgewandelt wird und bei Morbus Parkinson eingesetzt wird, um den Dopaminmangel auszugleichen.
  • Dopaminagonisten: Medikamente, die Dopaminrezeptoren aktivieren und die Wirkung von Dopamin imitieren.
  • Antipsychotika: Medikamente, die Dopaminrezeptoren blockieren und bei Schizophrenie eingesetzt werden, um die Überaktivität des Dopaminsystems zu reduzieren.
  • Stimulanzien: Medikamente, die die Dopaminfreisetzung erhöhen und bei ADHS eingesetzt werden, um die Aufmerksamkeit und Konzentration zu verbessern.
• Tiefe Hirnstimulation (THS): Ein neurochirurgisches Verfahren, bei dem Elektroden in bestimmte Bereiche der Basalganglien implantiert werden, um die neuronale Aktivität zu modulieren. THS wird häufig bei fortgeschrittenem Morbus Parkinson eingesetzt, um motorische Symptome zu lindern.
• Gentherapie: Eine neuartige Gentherapie des Morbus Parkinson, die über drei Enzyme die Dopamin-Produktion in den Basalganglien steigern soll, hat sich in einer Phase I/II-Studie als sicher erwiesen und die motorischen Symptome verbessert. Die Behandlung besteht aus Injektionen eines gentechnisch modifizierten Virus in das Striatum auf beiden Seiten des Großhirns, die unter Vollnarkose erfolgen. Die Viren infizieren dort Nervenzellen und legen die genetische Information zur Bildung von drei Enzymen ab: Es handelt sich einmal um die Tyrosinhydroxylase, die das geschwindigkeitsbestimmende Enzym der Dopaminsynthese ist. Hinzu kommt die DGTP-Cyclohydrolase 1. Sie bildet Tetrahydrobiopterin, einen Cofaktor der Tyrosinhy­droxylase. Das dritte Enzym ist die Aromatische-L-Aminosäure-Decarboxylase für den letzten Syntheseschritt von Levodopa nach Dopamin.
• Verhaltenstherapie: Psychotherapie kann helfen, Suchtverhalten zu bewältigen und die Motivation für positive Aktivitäten zu steigern.

Weitere Aspekte

• Insulin und Dopamin: Studien zeigen, dass das Hormon Insulin im Gehirn auch auf den wichtigsten Botenstoff für das Belohnungssystem Dopamin wirkt. Insulin senkt den Dopamin-Spiegel in einer spezifischen Region des Gehirns (Striatum), die u.a. Belohnungsprozesse und kognitive Funktionen reguliert.
• Kleinhirn und Dopamin: Forscher haben eine Verbindung zwischen dem Kleinhirn und den Basalganglien entdeckt. Das Kleinhirn moduliert den Dopaminspiegel in den Basalganglien, der den Bewegungsbeginn, die Bewegungsstärke und die Belohnungsverarbeitung beeinflusst.
• Prolaktin und Dopamin: Dopaminmangel, z.B. durch blockierte Dopaminrezeptoren im tuberoinfundibulären System, erhöht die Prolaktin-Ausschüttung aus der Hypophyse, der großer Einfluss auf den Schlaf.

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