Die Neurobiologie zeigt uns, dass Nervengifte, die auch als Medikamente eingesetzt werden können, eine wichtige Rolle bei der Synapsenfunktion spielen. Ein bekanntes Beispiel ist Atropin in der Notfallmedizin. Überall dort, wo ein Rezeptor beteiligt ist, gibt es auch einen potenziellen Angriffspunkt für alternative Substanzen. Dies gilt auch für das Nervensystem mit seinen vielfältigen Rezeptoren und Schaltstellen. Diese alternativen Substanzen können je nach Wirkung, rechtlicher Einordnung und chemischer Struktur als Medikamente oder Drogen bezeichnet werden.
Medikamente und Drogen: Eine Frage der Dosis
„Sola dosis facit venenum“ - Nur die Dosis macht das Gift. Dieser Ausspruch von Paracelsus verdeutlicht, dass oft die Menge einer Substanz (die Dosis) darüber entscheidet, wie sie auf den Organismus wirkt und welche Folgen sie haben kann. Oft ist es ein schmaler Grat zwischen einem Medikament und einer Droge, und der Übergang von Medikamenteneinnahme zu Drogenkonsum kann schleichend erfolgen.
Generell wird heute der Begriff „Droge“ für eine bewusstseins- und wahrnehmungsverändernde Substanz verwendet. Im angelsächsischen Raum bezeichnet „drug“ sowohl ein Arzneimittel als auch eine Droge. Daher ist eine entsprechende Differenzierung immer wichtig.
Medikamente im Nervensystem
Am häufigsten werden Medikamente zur Behandlung von Volksleiden wie Bluthochdruck eingesetzt. In der Pharmakologie unterscheidet man eine Vielzahl von Medikamenten je nach Molekülstruktur, Einsatzgebiet oder Wirkungsort. Einige Beispiele sollen hier kurz vorgestellt werden.
Im Nervensystem unterscheidet man als Ansatzpunkt für Medikamente zwischen dem adrenergen und dem cholinergen System:
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- Adrenerges System: Vorkommen im ANS, Parasympathikus und Sympathikus. Neurotransmitter sind Noradrenalin und Adrenalin. Rezeptoren sind Alpha- und Beta-Rezeptoren.
- Cholinerges System: Vorkommen im ZNS und PNS. Neurotransmitter ist Acetylcholin. Rezeptoren sind ACh-Rezeptoren.
Wirkmechanismen und Ansatzpunkte für Medikamente:
- Rezeptoragonisten: Ähnliche Substanzen wirken genauso wie der Transmitter.
- Rezeptorantagonisten: Ähnliche Substanzen besetzen den Rezeptor und unterdrücken die Wirkung des eigentlichen Transmitters.
- Exocytose-Hemmung: Die Exocytose wird unterdrückt, wodurch die Weiterleitung des Signals verhindert wird.
- Enzymhemmung: Hemmung der Enzyme, die für das Recycling von Transmittern notwendig sind, z.B. Acetylcholinesterase-Hemmer.
- Entfernung von Substanzen: Entfernung von Substanzen, die für die Produktion der Neurotransmitter notwendig sind.
Beispiele:
- Beta-Blocker (z.B. Propanolol, Atenolol): Hemmung der Wirkung der Beta-Adrenorezeptoren -> kompetitive Inhibitoren -> Senkung der Kontraktion des Herzmuskels -> Blutdrucksenkung.
- Alpha-Agonisten: Eine Vielzahl von Medikamenten, Drogen und Giften entfalten ihre Wirkung an Synapsen.
Wie Drogen und Medikamente die Synapsen beeinflussen
Viele Medikamente, Drogen und Gifte wirken an den Synapsen. Sie binden meist an Rezeptoren der Prä- oder Postsynapse oder hemmen wichtige Enzyme und verändern so die Abläufe an der Synapse. Da Neuronen komplex miteinander verschaltet sind, führen psychotrope Substanzen meist zu Veränderungen im Neurotransmitterhaushalt und wirken auf verschiedene Organsysteme. Im Folgenden werden einzelne Wirkmechanismen verschiedener Substanzen sowie deren Wirkung kurz vorgestellt:
Nervengifte
- Botulinumtoxin (ugs. Botox): Dieses starke Nervengift wird vom Bakterium Clostridium botulinum gebildet und medizinisch bei Schönheitsoperationen eingesetzt. Es wirkt an den Synapsen der Muskelzellen, indem es Proteine spaltet, die an der Verschmelzung der Vesikel beteiligt sind. Ohne diese Proteine kann Acetylcholin nicht in den synaptischen Spalt freigesetzt werden, was zu einer Lähmung des Muskels führt.
- Parathion (E 605): Dieses Insektizid hemmt irreversibel die Acetylcholinesterase, wodurch der Transmitter Acetylcholin nicht mehr in Acetyl und Cholin gespalten und in die Präsynapse aufgenommen werden kann. Dies führt zu einer Überstimulation.
Drogen
- Amphetamine: Amphetamine bewirken eine Ausschüttung der Neurotransmitter Noradrenalin und Dopamin in den synaptischen Spalt. Zusätzlich hemmen sie die Wiederaufnahme der Transmitter in die Präsynapse. Beide Mechanismen führen zu einem Überangebot von Dopamin und Noradrenalin im synaptischen Spalt, was zu erhöhter Wachheit, Aufmerksamkeit, Herzfrequenz, Blutdruckanstieg, gesteigertem Selbstbewusstsein und Euphorie führt.
Medikamente
- Selektive Serotonin-Wiederaufnahmehemmer (SSRI): Diese Medikamente, wie Citalopram, werden bei Depressionen eingesetzt. Sie hemmen den Serotonin-Transporter, der Serotonin aus dem synaptischen Spalt in die Präsynapse transportiert. Dadurch liegt mehr Serotonin im synaptischen Spalt vor, was zu einer Verbesserung der Stimmung und des Antriebes führen kann.
- Benzodiazepine: Benzodiazepine binden an den GABA-A-Rezeptor und verstärken die Wirkung des Neurotransmitters GABA (γ-Aminobuttersäure). Dadurch wird der durch GABA induzierte Chlorid-Ionen-Einstrom in die Postsynapse verstärkt. Die Hyperpolarisation führt zu einer verstärkten Hemmung von Neuronen, was zu einer angstlösenden, beruhigenden, muskelentspannenden und schlaffördernden Wirkung führt.
Synapsengifte und ihre Wirkungsweisen
Synapsengifte sind Giftstoffe, die die Erregungsübertragung zwischen Nervenzellen stören. Sie wirken an unterschiedlichen Orten in der Synapse:
- Präsynaptische Membran:
- Das Gift der schwarzen Witwe (α-Latrotoxin) führt zu einem übermäßigen Einstrom von Calciumionen, was zur Entleerung aller Vesikel in den synaptischen Spalt führt und eine Dauererregung verursacht.
- Botulinumtoxin (Botox) verhindert die Vesikelfusion mit der präsynaptischen Membran, wodurch die Freisetzung von Acetylcholin verhindert wird.
- Insektizide wie E 605 hemmen die Aktivität der Acetylcholinesterase, wodurch Acetylcholin nicht abgebaut wird und im synaptischen Spalt verbleibt.
- Postsynaptische Membran:
- Curare bindet an die Acetylcholin-Rezeptoren und verhindert, dass Acetylcholin selbst binden kann. Dadurch bleiben die Ionenkanäle geschlossen und es können keine Na+-Ionen in die Zelle strömen, was zu Muskellähmung führt.
- Das Gift des Schrecklichen Pfeilgiftfroschs (Batrachotoxin) bindet an den Acetylcholin-Rezeptor und verhindert das Schließen der Na+-Kanäle, was zu einem erhöhten Natriumeinstrom führt.
Kompetitive Hemmung
Nervengifte wie Atropin und Curare ahmen die Rolle des Neurotransmitters Acetylcholin nach. Sie haben eine ähnliche Struktur und können an die gleiche Bindestelle am Rezeptor binden. Dies wird als kompetitive Hemmung bezeichnet, bei der zwei Moleküle um die gleiche Bindestelle konkurrieren.
Neurotransmitter und ihre Systeme
Die Funktionsweise der meisten Synapsen beruht auf biochemischer Signalübertragung mittels Neurotransmittern. Die Neurotransmitter werden präsynaptisch ausgeschüttet und docken postsynaptisch an spezifische Rezeptoren anderer Neuronen an, wo sie erregend oder hemmend wirken. Jeder Neurotransmitter definiert ein System - eine spezifische Maschinerie, die für Synthese, Ausschüttung, Wirkung, Wiederaufnahme und Abbau des Transmitters zuständig ist.
Beispiele für Neurotransmittersysteme:
- Glutamat, GABA oder Glycin: Aminosäure-Neurotransmitter, die Ionenkanäle in der Zelle aktivieren und für schnelle Kommunikation verantwortlich sind.
- Serotonin und Dopamin: Amin-Transmitter, die längerfristig wirken und das Gesamtsystem modulieren. Sie haben eine herausragende Bedeutung für die Regulierung von Schlaf oder Gemütsverfassung.
- Acetylcholin: Wichtig für das vegetative Nervensystem und die Schnittstelle zwischen motorischen Nerven und Skelettmuskulatur. Im Gehirn ist es an der Steuerung von Aufmerksamkeit und der Erregbarkeit des Gehirns während Schlaf- und Wachrhythmus beteiligt.
- Serotonin: Beeinflusst Schmerzempfinden, Schlaf- und Wachrhythmus und den Gemütszustand.
- Dopamin: Spielt eine Rolle im Belohnungszentrum und ist wichtig für die Motivation.
Drogensucht und ihre molekularen Mechanismen
Drogen wirken auf Neuronen, die Dopamin ausschütten, und beeinflussen so das Belohnungssystem im Gehirn. Amphetamin fördert beispielsweise die Ausschüttung von Dopamin in den synaptischen Spalt, während Kokain die Wiederaufnahme von Dopamin in die präsynaptische Endigung hemmt. Andere Drogen wie Cannabis oder Opioide vermitteln ebenfalls einen Teil ihrer Wirkung über das Dopaminsystem.
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Experimentelle Erkenntnisse
Ein Forschungsteam der Universität Genf hat mit gentechnisch veränderten Mäusen gearbeitet, um das Dopaminsystem zu manipulieren. Sie konnten zeigen, dass eine synaptische Verbindung zwischen dem orbitofrontalen Kortex (wichtig für Entscheidungsfindung) und dem dorsalen Striatum (wichtig für willkürliche Bewegungsabläufe und Teil des Belohnungssystems) eine wichtige Rolle bei zwanghaftem Verhalten im Zusammenhang mit Sucht spielt.
Toleranz und Entzug
Schmerzmittel und körpereigene Opiate hemmen zunächst die Rezeptoren für Schmerz übertragende Neurotransmitter kompetitiv. Dadurch sinkt der zellinterne cAMP-Spiegel, was dann aber über den Umweg der Genregulation zur Synthese neuer Rezeptor-Moleküle führt, die in die Zellmembran der Empfängerzelle eingebaut werden. Um die gleiche Wirkung zu erzielen, muss die Dosis des Schmerzmittels erhöht werden (Toleranz).
Beim Absetzen des Schmerzmittels sind sehr viele Rezeptor-Moleküle vorhanden. Jeder der vielen Rezeptoren kann jetzt also durch Neurotransmitter-Moleküle besetzt werden; es wird sehr viel cAMP produziert; viele Natrium-Kanäle öffnen sich dadurch, und sehr viele Natrium-Ionen strömen in die Zelle ein. Die Membran wird sehr stark depolarisiert, was zu einer sehr hohen Aktionspotenzial-Frequenz am Axon der Empfängerzelle führt (Entzugserscheinungen).
Neuroenhancement: Gehirndoping für mehr Leistung?
Neuroenhancement ist der Versuch gesunder Personen, ihre geistige Leistungsfähigkeit durch die Einnahme psychoaktiver Substanzen zu steigern. Die am häufigsten verwendeten Substanzen sind Koffein, Ginkgo biloba, Methylphenidat, Amphetamine und Modafinil, aber auch Antidementiva und Antidepressiva bis zu illegalen Drogen wie Speed oder Ecstasy kommen zum Einsatz.
Wirkungen und Risiken
Eine Steigerung der geistigen Leistungsfähigkeit bei Gesunden ist tatsächlich nur für die Substanzen Koffein, Methylphenidat, Amphetamine und Modafinil nachgewiesen, wobei die Wirkung im Einzelfall sehr unterschiedlich ausfallen kann. Unabhängig von den Effekten beim Einzelnen haben die genannten Stimulanzien teilweise erhebliche körperliche Nebenwirkungen und ein mehr oder weniger ausgeprägtes Abhängigkeitspotential.
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Gesunde Alternativen
Geringer Effekt, hohes Risiko: Unterm Strich lohnt sich Neuroenhancement nicht. Bleiben gesunde Alternativen, um das Hirn auf Hochtouren zu bringen. „Dazu gehören ausreichend Schlaf und Pausen, eine gute Flüssigkeitsversorgung, reichlich Bewegung und frische Luft“, sagt Nelles.