Verliebte sprechen oft von "Schmetterlingen im Bauch", während andere behaupten, dass ihnen "Stress auf den Magen schlägt". Diese umgangssprachlichen Beobachtungen spiegeln eine wissenschaftliche Realität wider: Im menschlichen Bauchraum befindet sich ein komplexes Nervensystem, das enterische Nervensystem (ENS), auch "Bauchhirn" genannt. Aufgrund der strukturellen Ähnlichkeiten des Nervenzellengeflechts des enterischen Nervensystems mit dem des Gehirns spricht man auch von unserem „zweiten Gehirn“ oder dem „Bauchgehirn“. Die Hauptaufgabe des enterischen Nervensystems ist die Steuerung der Verdauung.
Das enterische Nervensystem: Ein Überblick
Das enterische Nervensystem (ENS) ist ein komplexes Geflecht aus Nervenzellen, das im Verdauungstrakt sitzt. Es steuert die gesamten motorischen (Ansteuerung und Anspannung der Muskulatur) und sekretorischen (Abgabe wichtiger Körpersubstanzen wie z.B. Verdauungsenzyme oder Hormone) Prozesse der Verdauung. Es enthält etwa 100 bis 200 Millionen Nervenzellen und ist damit größer als das Nervensystem im Rückenmark. Dieses Nervenzellengeflecht gehört neben dem Sympathikus und dem Parasympathikus zum vegetativen Nervensystem. Da das vegetative Nervensystem innerkörperliche Vorgänge steuert und reguliert, unterliegt es nicht direkt dem Willen des Menschen. So arbeitet also das enterische Nervensystem weitgehend unabhängig vom ZNS. Demzufolge verläuft die Verdauung unwillkürlich und unbeeinflusst von eigenen Entscheidungen. Dennoch können Sympathikus und Parasympathikus einen Einfluss auf das ENS nehmen. Das enterische Nervensystem besitzt die Neurotransmitter Serotonin und Dopamin. Das ENS wirkt im gesamten Bereich des Gastrointestinaltrakts. Das heißt, es zieht sich von der Speiseröhre bis zum Mastdarm hindurch. Die verschiedenen Organe in diesem Wirkungsbereich haben einen ähnlichen Wandaufbau.
Wandaufbau des Gastrointestinaltrakts
Die Organe im Wirkungsbereich des ENS weisen einen ähnlichen Wandaufbau auf:
Tunica mucosa: Die Schleimhaut, unterteilt in:
- Epithel: Mehrschichtiges Plattenepithel (flache, miteinander verbundene Zellen) mit einer Basalmembran.
- Propria: Bindegewebsschicht mit Drüsenzellen, Nerven, Blut- und Lymphgefäßen.
Tunica muscularis: Eine Muskelschicht, bestehend aus:
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- Einer Ringmuskelschicht, die den Nahrungsbrei durchmischt.
- Einer Längsmuskelschicht.
Die Nervengeflechte des ENS: Meissner- und Auerbach-Plexus
Die meisten Nervenzellen (=Neuronen) des ENS befinden sich in den beiden Nervengeflechten des Magen-Darm-Trakts, das heißt in dem Meissner-Plexus und in dem Auerbach-Plexus. Zum einen findet man den Plexus submucosus (=Meissner-Plexus), der in der Submukosa liegt. Er besteht aus Anhäufungen von Ganglienzellen (Ansammlung von Nervenzellen (Nervenknoten), umgeben von Bindegewebe ) und den von ihnen ausgehenden Nervenfasern. Zum anderen gibt es den Plexus myentericus (=Auerbach-Plexus), der in der Tunica muscularis zwischen der Ringmuskelschicht und der Längsmuskelschicht liegt. Dieser ist ein Geflecht aus multipolaren Nervenzellen (Besitzen zahlreiche Dendriten und ein Axon) und Fasern des vegetativen Nervensystems, welches in kleinen Ganglien organisiert ist.
Neuronale Zusammensetzung des ENS
Das ENS ist aus afferenten Neuronen, Interneuronen (Nervenzellen, die zwischen afferenten und efferenten Nervenzellen liegen und diese miteinander verschalten) und Motoneuronen (efferente Nervenzellen, die die Muskulatur innervieren) aufgebaut. An diesen Interneuron-Ketten wirken sogenannte IPANs (=intrinsische primäre afferente Nervenzellen). Diese speziellen Nervenzellen können bestimmte Einflussgrößen aus dem Magen-Darm-Trakt registrieren. Eine Einflussgröße kann beispielsweise der Druck des Darminhaltes sein, der die IAPNs anregt. Sie senden daraufhin Signale an die Interneuronen. Die Interneuronen wiederum aktivieren nach Signaleingang die erregenden oder hemmenden Motoneuronen, welche in der Ring- und Längsmuskelschicht liegen. Die erregenden Motoneuronen leiten eine Kontraktion der Darmmuskulatur ein, wohingegen die hemmenden Motoneuronen zur Erschlaffung der Muskulatur beitragen. Ein weiterer Bestandteil des ENS sind die interstitiellen Zellen von Cajal. Diese Cajal’sche Zellen bilden ein Zellsystem, welches eine Vermittlungsfunktion zwischen den Nervenzellen und den glatten Muskelzellen des Magen-Darm-Trakts hat. Dadurch können die Cajal’sche Zellen Einfluss auf die rhythmische Kontraktion der gastrointestinalen Muskulatur nehmen.
Funktion des ENS: Steuerung der Verdauung
Das ENS ist hauptsächlich für die Steuerung der Verdauungsvorgänge zuständig. Das bedeutet, dass es die Darmmotilität (Bewegungsfähigkeit des Darms, wodurch der Darminhalt transportiert und durchmischt wird), die Resorption (Die Aufnahme der durch die Verdauung gespalteten Nahrung aus dem Darmlumen, z.B. Der Meissner-Plexus hat dabei vor allem sekretorische Aufgaben. Er steuert also die Sekretion der Darmdrüsen. Weitere Aufgaben des Meissner-Plexus sind die Regulation von immunologischen Vorgängen, das Innervieren (Die Versorgung von Geweben oder Organen mit Nerven) der Feinbewegung der glatten Muskulatur der Darmschleimhaut und die Kontrolle der Peristaltik (Erklärung siehe folgende Seite). Der Auerbach-Plexus hingegen übernimmt die Regulation der Peristaltik und ist ebenfalls für die Sekretion von Enzymen in das Darmlumen verantwortlich.
Peristaltik: Die Bewegung des Darms
Peristaltik beschreibt die Muskeltätigkeit von Hohlorganen wie zum Beispiel von Speiseröhre, Magen oder Darm. Die Muskulatur dieser Organe mischt durch rhythmisches Kontrahieren (=Zusammenziehen) den Inhalt der Hohlorgane und transportiert ihn weiter. Diesen Inhalt bezeichnet man auch als Bolus. Im Magen-Darm-Trakt ist es der Nahrungsbrei, der zum Darmausgang transportiert wird. Der Bolus aktiviert die Dehnungsrezeptoren des enterischen Nervensystems. Durch deren Aktivierung kommt es durch die Signalübertragung über die Interneuronen-Kette und über die verschiedenen Motoneuronen zur Entspannung der Ringmuskulatur. Die Ringmuskulatur entspannt sich dabei einige Zentimeter vor dem Bolus, wo die Längsmuskulatur sich gleichzeitig zusammenzieht. Hinter dem Bolus wiederum kommt es zur Kontraktion der Ringmuskulatur. Somit wird verhindert, dass der Mageninhalt oral, also zum Mund hin, zurückgedrängt wird. Dieser Vorgang lässt eine Welle der Peristaltik in Richtung des Mastdarms, also aboral, entstehen. Neben der propulsiven Peristaltik gibt es noch die nicht-propulsive Peristaltik und die retrograde Peristaltik, auch Antiperistaltik genannt. Bei der nicht-propulsiven Peristaltik kommt es zur Durchmischung des Darminhaltes durch ringförmige Kontraktionswellen. Die retrograde Peristaltik hingegen veranlasst eine Bewegung in orale Richtung. Dies führt beispielsweise zu Erbrechen.
Autonomie und Modulation des ENS
Das enterische Nervensystem funktioniert in der Regel komplett autonom. Im Gegensatz zu vielen anderen Organen ist das ENS nicht auf die Steuerung des Gehirns angewiesen. Folglich kann der Mensch seine Verdauung nicht bewusst kontrollieren. Als Modulatoren (Beeinflussung der Arbeitsweise des Nervensystems mittels chemischer Substanzen) wirken der Parasympathikus und der Sympathikus am Anfang des Gastrointestinaltrakts, also bei der Nahrungsaufnahme, und am Ende des Verdauungstrakts, das heißt bei der Defäkation (Ausscheidung von Kot). Dabei regt der Parasympathikus die Verdauung an, wohingegen der Sympathikus die Funktionen der Verdauung mindert. Die Kontraktion der Schließmuskel stellt dabei allerdings eine Ausnahme der Funktionen des Sympathikus dar, da er hier zum Zusammenziehen anregt, also keine mindernde Wirkung hat. Bei einer akuten Gefahr aktiviert der Sympathikus die Kampf- oder- Flucht Reaktion, wodurch das Gehirn Impulse durch das sympathische Nervensystem an das Nebennierenmark sendet. Somit kommt es zur schlagartigen Freisetzung von Adrenalin und Noradrenalin. Der Sympathikus bewirkt über den Neurotransmitter Noradrenalin eine Hemmung der Peristaltik und der Schließmuskel wird verschlossen. Gleichzeitig reduziert der Sympathikus damit die Durchblutung des Magen-Darm-Trakts und die Sekretion von Verdauungsenzymen. Dadurch können die anderen Muskeln des Körpers, wie zum Beispiel die Beinmuskeln, besser durchblutet werden, was in der Gefahrensituation für das schnelle Wegrennen zum Vorteil ist. Der Parasympathikus, der in der Ruhe- und Regenerationsphase überwiegt, sorgt hingegen in der Erholungsphase des Körpers über den Neurotransmitter Acetylcholin für die Aktivierung der glatten Muskulatur im Magen-Darm-Trakt.
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Die Verbindung zum Gehirn: Der Vagusnerv
Obwohl das Gehirn und das ENS unabhängig voneinander agieren, gibt es dennoch eine direkte Verbindung vom ENS zum Gehirn. Die Verbindung findet über den Nervus vagus (=Vagusnerv), dem zehnte Hirnnerv und dem Hauptnerv des Parasympathikus, statt. Über den Vagusnerv können Informationen in beide Richtungen vermittelt werden. Auf diesem Weg erhalten die Organe des Gastrointestinaltrakts Anweisungen vom Gehirn. Allerdings werden fast 90 % aller Informationen in die andere Richtung gesendet, also vom ENS an das Gehirn. Der Magen-Darm-Trakt teilt dem Gehirn u.a. Wird etwas Verdorbenes mit der Nahrung aufgenommen, so signalisiert das ENS dies dem Gehirn. Die Kommunikation zwischen dem ENS und dem Gehirn kann außerdem von Mikroorganismen wie zum Beispiel dem Bakterium Escherichia coli beeinflusst werden. Die Mikroorganismen im Verdauungstrakt sind unter anderem an der Synthese von Neurotransmitter beteiligt, mit welchen sie dann über den Vagusnerv mit dem Gehirn kommunizieren können. Beispielsweise sind Darmbakterien an der Synthese des Neurotransmitter GABA beteiligt. GABA hat eine beruhigende Wirkung. Er wirkt zum Beispiel gegen Stress und sorgt für einen ruhigen Schlaf. Wird dieser Neurotransmitter nun nicht richtig durch die Darmbakterien synthetisiert, so kommt man schlechter zur Ruhe. Zudem ist bekannt, dass bestimmte Bakterien in der Darmflora auf das Sättigungsgefühl Einfluss nehmen können.
Einfluss des ENS auf die Psyche
Das enterische System nimmt darüber hinaus Einfluss auf die Psyche des Menschen. Grund dafür ist der Vagusnerv, welcher mit dem limbischen System verbunden ist. Das limbische System ist ein Randgebiet zwischen Großhirn und Gehirnstamm. Es beeinflusst die Merkfähigkeit, das Gedächtnis, das Sexualverhalten und ist vor allem die Verarbeitung von Emotionen zuständig. Experimente mit Ratten weisen nach, dass sich die Verhaltensweise der Tiere ändert, sobald die zuständigen Nervenstränge für die Signalweiterleitung aus dem ENS zum Gehirn beziehungsweise zum limbischen System durchtrennt werden. Zum Beispiel reagieren die Ratten nach der Durchtrennung der Nervenstränge völlig furchtfrei auf Situationen, die bei ihnen üblicherweise Angst auslösen. Das Experiment zeigt demnach, dass die Signale vom ENS zum Gehirn Einfluss auf das Angstverhalten bei Ratten ausüben können. Stress oder andere psychische Belastungen wie Angst oder Ärger wirken auch auf das enterische Nervensystem ein. So kann es bei Stress zu Fehlregulierungen des ENS kommen, wodurch die Darmmotilität gestört wird. Bei einer akuten Stresssituation werden Stresshormone wie Adrenalin vom zentralen Nervensystem freigesetzt, welche über den Vagusnerv die Nervenzellen des Magen-Darm-Trakts aktivieren. Im Gegensatz dazu verlangsamt sich die Darmmotilität bei andauerndem Stress, da hier vor allem das produzierte Adrenalin die Darmbewegung durch seine hohe Konzentration vermindert. Dies wiederum führt folglich zu Verstopfungen.
Erkrankungen des ENS
Das enterische Nervensystem hat viele wichtige Funktionen für den Körper des Menschen und ist somit essentiell für die Gesundheit. Kommt es aber zu Fehlregulierungen im ENS, verursacht es schwere Krankheiten. Man vermutet, dass das ENS sogar oft der Ursprung neurodegenerativen Erkrankungen ist. Grund dafür ist der Informationsfluss vom ENS zum Gehirn über den Vagusnerv, der die Signalweiterleitung und den Hormonhaushalt des Gehirns beeinflusst.
Morbus Hirschsprung
Morbus Hirschsprung ist eine angeborene Krankheit im enterischen Nervensystem. Es betrifft Abschnitte im Enddarm, bei dem die Ganglienzellen in der Darmwand fehlentwickelt sind. Bei Erkrankten, denen die Ganglienzellen fehlen, kommt es folglich zu Verstopfungen und zur Ausdehnung des Dickdarms, da sich der Darminhalt vor dem Abschnitt mit den fehlenden Nervenzellen aufstaut.
Parkinson-Krankheit
Die Parkinson-Krankheit ist eine Erkrankung des zentralen Nervensystems, die besonders im höheren Lebensalter auftritt. Bei dieser neurodegenerativen Krankheit kommt es zum Absterben von Nervenzellen im Gehirn. Durch Morbus Parkinson wird unter anderem die Bewegungsfähigkeit eingeschränkt. Muskelzittern, Muskelstarre und auch Haltungsinstabilität sind Symptome dieser Krankheit. Allerdings stellte James Parkinson schon im 19. Heute ist bekannt, dass bei der Parkinson-Krankheit nicht ausschließlich die Nervenzellen im Gehirn absterben, sondern auch die Nervenzellen des enterischen Nervensystems zugrunde gehen. Untersuchungen zeigen, dass sich das Gewebe des ENS bei Parkinson ähnlich verändert wie das Gewebe im Gehirn. Diese These wird von den Forschungsergebnissen schwedischer Wissenschaftler unterstützt. Sie beweisen nämlich, dass das Risiko, an Morbus Parkinson zu erkranken, sinkt, wenn der Vagusnerv durchtrennt wird. Bei der Parkinson-Krankheit kommt es u.a. zu einer Anhäufung falsch gefalteter Alpha-Synuclein Proteinen, welche das Absterben der Gehirnzellen verursachen. Bei einer Studie an injizierten Forscher das Alpha-Synuclein in den Darm von gesunden Mäusen. Das Experiment ergab, dass sich die Alpha-Synuclein Proteine an jener Stelle ansammeln, an der der Vagusnerv mit dem Darm verbunden ist. Von dieser Stelle aus verbreiteten sich die Alpha-Synuclein Proteine in Teile des Gehirns. Somit kann man Rückschlüsse darauf ziehen, dass Morbus Parkinson seinen Ursprung im ENS hat.
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Alzheimer-Krankheit
Die häufigste Form der Demenz ist die Alzheimer-Krankheit, bei welcher es ebenfalls zum Absterben von Nervenzellen im Gehirn kommt. Durch die Alzheimer-Krankheit kommt es zunehmend zu einer Verschlechterung der kognitiven Leistungsfähigkeit. Symptome dieser neurodegenerativen Krankheit sind Vergesslichkeit, Orientierungslosigkeit und Sprachunfähigkeit. Erkrankte verändern im Laufe der Erkrankung ihr Verhalten und ihre Persönlichkeit. Ursache für die Leistungsschwächung des Gehirns von Erkrankten ist das zunehmende Absterben von Neuronen, welches durch die Bildung von senilen Plaques in der grauen Hirnsubstanz des Gehirns verursacht wird. Neben den Plaques kommt es außerdem zu Ablagerungen von Neurofibrillen (fadenförmige Strukturen aus Proteinen, die im Cytoplasma einer Zelle in Bündeln angeordnet sind und den Zellkörper sowie die Fortsätze von Nervenzellen durchziehen) in den Neuronen. Die Neurofibrillen bestehen aus fehlerhaften Proteinen, welche sich an die Axone der Nervenzellen anlagern und schließlich die Zellen in ihren Funktionen einschränken. Bei der Erforschung wurden die Darmbakterien von Alzheimer erkrankten Mäusen und von gesunden Mäusen miteinander verglichen. Es zeigt sich, dass die Tiere, die an Alzheimer erkrankt sind, andere Bakterien im Darm besitzen, als die gesunden Tiere. Man beobachtete, dass es nun auch zur Bildung der Alzheimer-Plaques im Gehirn der gesunden Tiere kam. Somit wird erkennbar, dass die Darmbakterien über das enterische Nervensystem einen Einfluss auf die Entstehung von Alzheimer haben könnten.
Ganglien im peripheren Nervensystem
Der menschliche Körper besitzt eine erstaunliche Vielzahl an Ganglien. Im Gegensatz zum gleichnamigen Ganglion (Überbein), beschäftigt sich dieser Artikel mit den Ganglien der Nerven. Es wird dargestellt, was ein Ganglion ist und wie sie sich unterteilen lassen. Ganglien sind der Ort des Nervensystems, an dem sich die Nervenzellkörper (Perikarya) sammeln. Der dadurch entstehende Bereich ist etwas verdickt und von einer Kapsel umgeben. Auch wenn sie anatomisch gesehen sehr ähnlich sind, trifft die Bezeichnung als Ganglion vorwiegend auf Strukturen im peripheren Nervensystem zu.
Einteilung der Ganglien
Ganglien können prinzipiell nach zwei Arten unterteilt werden. Zum einen erfolgt die Zuordnung in Bezug auf das Nervensystem, zum anderen bezogen auf die Lage. Unter die Einteilung nach dem Nervensystem fallen die Spinalganglien und die autonomen Ganglien. Erstere stellen lediglich eine anatomische Zusammenlagerung der Perikaryen dar, während in den autonomen Ganglien die Nervenfasern von prä- auf postganglionär verschaltet werden. Im zentralen Nervensystem wird auch über Basalganglien gesprochen.
Spinalganglien
Das Spinalganglion findet sich in der Hinterwurzel (Radix posterior) eines Spinalnervs. Dementsprechend befindet sich in jedem Segment des Rückenmarks beidseits je ein Spinalganglion. Straffes Bindegewebe umhüllt das Ganglion, während das Innere (Stroma) mit lockerem Bindegewebe gefüllt ist. Den Hauptbestandteil der Spinalganglien bilden die Perikarya pseudounipolarer Neurone mit ihren Mantelzellen und die von ihnen ausgehenden Nervenfaserbündeln. Mantelzellen sind die Gliazellen des peripheren Nervensystems und unterstützen und regulieren den Stoffwechsel der Neurone. Histologisch erkennt man pseudounipolare Neurone an einem großen runden Zellkern mit sichtbaren Nucleoli (Kernkörperchen). Pseudounipolare Neurone sind sensorisch, sie leiten entsprechend afferente Informationen aus der Peripherie zum Rückenmark.
- A-Zellen: Sie sind zuständig für die Mechano- und Propriozeption.
- B-Zellen: Sie leiten Informationen der Nozi- und Thermorezeption, sowie der Viszerozeption.
Autonome Ganglien
Nervenzellansammlungen des peripheren, vegetativen Nervensystems werden als autonome Ganglien bezeichnet. Die Grenzstrangganglien sind beidseits der Wirbelsäule zu finden. Sie führen efferente, motorische Fasern, beispielsweise zur Innervation der Blutgefäße, der Bronchien oder weiterer glatter Muskulatur. Präganglionäre Fasern verlassen den Spinalnerv im Ramus communicans albus, werden in den Grenzstrangganglien umgeschaltet. Vor der Wirbelsäule (ventral) liegen die prävertebralen Ganglien in direkter Nähe zu großen Blutgefäßen. Sie laufen zwar auch durch die Grenzstrangganglien, werden dort aber nicht verschaltet. Erst direkt im prävertebralen Ganglion werden sie auf postganglionäre Fasern umgeschaltet. Die drei wichtigsten umfassen das Ganglion coeliacum, Ganglion mesentericus superius und inferius. In direkter Umgebung der Zielorgane sind die parasympathischen Ganglien auffindbar. Meistens liegen sie in kleinen Netzen direkt in der Organwand (intramural). Einige wenige Ausnahmen, die größer sind, befinden sich im Kopfbereich. Dazu zählen das Ganglion ciliare oder auch das Ganglion pterygopalatinum sowie das Ganglion oticum und submandibulare. Auch das enterische Nervensystem, zu dem der Meissner- und Auerbachplexus gehört, werden von parasympathischen Ganglien gebildet.
Kopfganglien
Zu den Kopfganglien zählen vorwiegend die vier parasympathischen Kopfganglien. Ihre Aufgabe liegt in der Innervation der Drüsen am Kopf und der inneren Augenmuskeln.
Hals-, Thorakal- und Lumbale Ganglien
In der Region des Halses finden sich das Ganglion cervicale superius, medius und inferius. Ebenfalls paravertebral gelegen und Teil des Grenzstranges sind die Thorakalganglien entlang der Brustwirbelsäule. Elf bis zwölf Paare finden sich entlang der Wirbelsäule, welche mit ihren Fasern den Nervus splanchnicus major, minor und imus bilden. Lumbal existieren vier weitere Ganglienpaare, die die Nervi splanchnici lumbales bilden.
Erkrankungen und Therapie
Auch die Ganglien können von Infektionen und Entzündungen betroffen sein oder zur Therapie genutzt werden. Ein Beispiel dafür ist die Trigeminusneuralgie und der Nutzen des Ganglion trigeminus. Bei dieser Erkrankung treten Schmerzen in Bereichen des Gesichts auf, die vom Nervus trigeminus versorgt werden. Durch das Ganglion verlaufen unmyelinisierte Nervenfasern der Klasse C, die Schmerz weiterleiten. Im Rahmen einer Infektion mit Herpes-simplex-Viren, die zu Genitalherpes führt, kann die Erkrankung nach eigentlich erfolgreicher Behandlung rezidivieren. Die Ursache dafür lässt sich mit den Sakralganglien begründen.
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