Das Nervensystem benötigt ein empfindliches Gleichgewicht zwischen erregenden und hemmenden Signalen, um richtig zu funktionieren. Der Neurotransmitter γ-Aminobuttersäure (GABA) spielt eine entscheidende Rolle bei der Hemmung der neuronalen Aktivität. GABA übt über spezifische Rezeptoren eine dämpfende Wirkung auf Nervenzellen aus und beeinflusst so grundlegende Prozesse wie Schlaf, Angst, Muskelspannung und kognitive Funktionen. Aus diesem Grund sind GABA-Rezeptoren von großer physiologischer und pharmakologischer Bedeutung. Ihre unterschiedlichen Typen ermöglichen eine feine Abstimmung der neuronalen Aktivität im gesamten zentralen Nervensystem (ZNS).
GABA: Der beruhigende Neurotransmitter
GABA, kurz für Gamma-Aminobuttersäure (γ-Aminobuttersäure), ist der wichtigste beruhigende Neurotransmitter im zentralen Nervensystem. Es handelt sich um eine nicht-proteinogene Aminosäure, die positive Auswirkungen auf Leistungsfähigkeit und Wohlbefinden haben kann. GABA wird sowohl in der Bauchspeicheldrüse als auch im Gehirn aus Glutamat gebildet, da es die Blut-Hirn-Schranke nicht passieren kann und daher nicht von außen ins Gehirn gelangen kann.
Die Wirkung von GABA
GABA hat verschiedene Wirkungen. Es kann positive Effekte auf die Bildung von Wachstumshormonen (HGH = Human Growth Hormone) haben, die für Sportler wichtig sind, da sie zu den muskelaufbauenden Hormonen des menschlichen Körpers zählen. Wachstumshormone können das Körperfett verringern und das Muskelwachstum anregen, indem GABA auf bestimmte Neuronenketten wirkt, die den Hypothalamus stimulieren, sodass mehr Wachstumshormone ausgeschüttet werden.
Am wichtigsten ist jedoch die beruhigende Wirkung von GABA als Neurotransmitter. GABA kann entspannend und beruhigend wirken und zählt daher zu den natürlichen Anti-Stress-Mitteln bzw. zu den besten natürlichen Mitteln für mentale Entspannung. Die Informationsverarbeitung im Gehirn basiert darauf, dass Nervenzellen über Synapsen miteinander im Austausch stehen. GABA sorgt dafür, dass die Reize, die im Nervensystem ankommen, verlangsamt bzw. gar nicht weitertransportiert werden. Im Grunde hemmt GABA genau die Signale, welche durch Stress-Reaktionen ausgelöst werden und zu den motorischen Zentren des Gehirns gelangen wollen. Die Wirkung von GABA im Gehirn besteht darin, dass es Gedanken entspannt und zur inneren Ausgeglichenheit beiträgt.
GABA-Rezeptoren: Schaltstellen der Inhibition
GABA-Rezeptoren sind membranständige Proteine an Neuronen, an denen der inhibitorische Neurotransmitter GABA bindet. Diese Bindung löst eine Reihe von Prozessen aus, die letztlich zu einer Hyperpolarisation der Nervenzellmembran führen und damit die Wahrscheinlichkeit einer Aktionspotenzialentstehung verringern. Sie sind somit entscheidende Vermittler inhibitorischer Signale im ZNS.
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GABA-Rezeptoren lassen sich grundsätzlich in zwei Hauptklassen unterteilen:
- Ionotrope GABA-Rezeptoren: Diese wirken direkt über den Fluss von Ionen durch einen Kanal, der durch die Bindung von GABA geöffnet wird. Sie vermitteln schnelle, direkte inhibitorische Signale über den Einstrom von Chloridionen in die Zelle.
- Metabotrope GABA-Rezeptoren: Diese entfalten ihre Wirkung indirekt über G-Protein-vermittelte Signaltransduktionskaskaden.
Der GABA-A-Rezeptor: Ein wichtiger Angriffspunkt für Medikamente
Der GABA-A-Rezeptor ist der am weitesten verbreitete und bedeutendste GABA-Rezeptor im zentralen Nervensystem. Es handelt sich um einen ligandengesteuerten Chloridkanal, der aus fünf Untereinheiten besteht, typischerweise in der Konfiguration α, β und γ. Wird GABA an diesen Rezeptor gebunden, öffnet sich der Kanal und Chloridionen strömen in die Zelle ein. Die Untereinheiten des GABA-A-Rezeptors variieren in ihrer Zusammensetzung, was funktionelle Unterschiede bedingt. So wird angenommen, dass Rezeptoren mit α1-Untereinheiten vor allem an sedativen Wirkungen beteiligt sind, während α2-haltige Rezeptoren eher angstlösende (anxiolytische) Effekte vermitteln. α3-haltige Rezeptoren wiederum scheinen für muskelrelaxierende Wirkungen verantwortlich zu sein.
GABA-A-Rezeptoren sind Zielstrukturen zahlreicher pharmakologischer Substanzen, darunter Benzodiazepine, Barbiturate, Propofol und verschiedene Antiepileptika.
GABA-A-ρ-Rezeptoren
Die GABA-A-ρ-Rezeptoren wurden lange Zeit als eigenständige Rezeptorklasse (GABA-C) betrachtet, werden heute jedoch als Sonderform der GABA-A-Rezeptoren angesehen. Sie unterscheiden sich in ihrer molekularen Struktur und Pharmakologie deutlich von den klassischen GABA-A-Rezeptoren. Insbesondere sind sie unempfindlich gegenüber Bicucullin und reagieren kaum auf Benzodiazepine oder Barbiturate. GABA-A-ρ-Rezeptoren finden sich vor allem in der Retina, im Hippocampus und im Rückenmark, wo sie spezifische inhibitorische Funktionen erfüllen.
Der GABA-B-Rezeptor: Ein G-Protein-gekoppelter Rezeptor
Im Gegensatz zu den ionotropen Rezeptoren vermitteln metabotrope GABA-Rezeptoren ihre Effekte über sekundäre Botenstoffe. Der GABA-B-Rezeptor ist ein G-Protein-gekoppelter Rezeptor, der sowohl präsynaptisch als auch postsynaptisch vorkommt. Bei der Bindung von GABA wird eine Signalkaskade ausgelöst, die über G-Proteine den Kalium-Ausstrom und den Calcium-Einstrom reguliert. Präsynaptisch führt die Aktivierung des GABA-B-Rezeptors zu einer Hemmung des Calcium-Einstroms und damit zur Reduktion der Neurotransmitterfreisetzung. Eine pharmakologisch wichtige Substanz, die an diesem Rezeptor wirkt, ist Baclofen. Dieses Medikament wird als zentrales Muskelrelaxans und in der Behandlung der Spastik eingesetzt.
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Die Rolle von GABA im Gehirn
GABA-Rezeptoren übernehmen eine Vielzahl von Aufgaben in der neuronalen Signalverarbeitung. Ihre Hauptfunktion besteht darin, erregende Prozesse zu bremsen und dadurch das Gleichgewicht im neuronalen Netzwerk zu wahren. Im Gehirn regulieren GABAA-Rezeptoren vor allem die Aktivität der Basalganglien und des Kleinhirns, wo sie an der Feinabstimmung motorischer Prozesse beteiligt sind. Auch im Thalamus spielen GABA-Rezeptoren eine wichtige Rolle. Hier tragen sie zur Regulation des Schlaf-Wach-Rhythmus bei, indem sie neuronale Aktivität während der Schlafphasen dämpfen.
GABA und Glutamat: Ein antagonistisches Zusammenspiel
Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Interaktion zwischen GABA- und Glutamatrezeptoren. Während Glutamat der wichtigste exzitatorische Neurotransmitter ist, wirkt GABA antagonistisch dazu. Dieses Zusammenspiel ist entscheidend für die Aufrechterhaltung eines stabilen neuronalen Gleichgewichts.
GABA und Schlaf
GABA ist in deinem Gehirn mit einem Anteil von ca. 30 % der häufigste vorkommende Neurotransmitter. Schlaf und wie entspannt du ihn erlebst, hängt hauptsächlich von der hemmenden Funktion des GABA ab. GABA kann eine hemmende und beruhigende Wirkung auf die Synapsen im Gehirn haben, da es Stresssignale daran hindert, zu den motorischen Zentren des Gehirns zu gelangen. Ein erholsamer Schlaf ist essentiell, um am nächsten Tag mental voll durchstarten zu können. Wenn du abends im Bett liegst und schlafen möchtest, kann GABA dir dabei helfen abzuschalten.
Pharmakologische Modulation von GABA-Rezeptoren
Die pharmakologische Modulation von GABA-Rezeptoren spielt in der Medizin eine herausragende Rolle.
- Benzodiazepine binden allosterisch an den GABA-A-Rezeptor und verstärken die Wirkung von GABA, indem sie die Öffnungswahrscheinlichkeit des Chloridkanals erhöhen. Dadurch resultieren sedierende, anxiolytische und muskelrelaxierende Effekte. Ihr Antagonist Flumazenil kann bei Überdosierungen als Antidot eingesetzt werden.
- Barbiturate wirken ebenfalls am GABA-A-Rezeptor, können diesen jedoch auch unabhängig von GABA aktivieren.
- Alkohol entfaltet einen Teil seiner zentraldämpfenden Wirkung über GABA-A-Rezeptoren. Er verstärkt die Chloridpermeabilität und führt so zu einer Verminderung der neuronalen Aktivität. Gleichzeitig hemmt Alkohol das exzitatorische Glutamatsystem über NMDA-Rezeptoren, wodurch sich eine verstärkte sedierende Wirkung ergibt. Langfristiger Alkoholkonsum oder chronische Einnahme von GABAergen Medikamenten führt jedoch zur Entwicklung einer pharmakologischen Toleranz.
- Antiepileptika wie Valproat und Tiagabin zielen darauf ab, die GABA-Konzentration im synaptischen Spalt zu erhöhen. Valproat erreicht dies durch die Hemmung des GABA-Abbaus und Tiagabin durch Blockade der Wiederaufnahme.
- Etomidat und Propofol, zwei häufig verwendete Anästhetika, vermitteln ihre Wirkung fast ausschließlich über GABAA-Rezeptoren.
- Muscimol, der Hauptwirkstoff des Fliegenpilzes, ist ein direkter Agonist am GABA-A-Rezeptor und erklärt die halluzinogenen Effekte dieser Pilzart.
Paradoxe Reaktionen
Ein besonderes Phänomen stellen paradoxe Reaktionen dar: Bei genetisch oder epigenetisch veränderten GABA-A-Rezeptoren kann die Wirkung bestimmter Substanzen ins Gegenteil verkehrt sein. Alkohol oder Benzodiazepine führen in solchen Fällen nicht zu Entspannung, sondern zu Erregung und Nervosität.
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GABA-Mangel
Wenn dein Körper aufgrund zu vieler Reize nicht zur Ruhe kommt, dann kann das ein Zeichen dafür sein, dass dein GABA-Haushalt aus dem Gleichgewicht geraten ist. Viele Menschen versuchen daher mit GABA-Kapseln den Mangel in ihrem Körper zu beseitigen und für einen entspannteren und ausgeglicheneren Alltag zu sorgen. Effizient ist eine Supplementierung mit Stoffen, die die GABA-Produktion im Körper anregen und stimulieren. Dazu gehört nach wissenschaftlichen Erkenntnissen etwa das Glückshormon Serotonin, welches wesentlichen Einfluss auf die GABA-Synthese hat.
GABA in der frühen Hirnentwicklung
Wissenschaftler aus Jena und Tübingen konnten erstmals die Funktion des Neurotransmitters GABA im lebenden Organismus messen. Sie belegen, dass der im erwachsenen Gehirn hemmend wirkende Botenstoff die unreifen Nervenzellen in der frühen Hirnentwicklung aktiviert. Anhand von Gewebeschnitten hatten sie bereits vor Jahrzehnten herausgefunden, dass GABA unreife Nervenzellen im sich entwickelnden Gehirn aktiviert. Im erwachsenen Hirn hingegen hemmt GABA die Nervenzellaktivität und moduliert auf diese Weise eine Vielzahl neuronaler Prozesse.
In Kooperation mit Kollegen von der Universität Tübingen untersuchten sie mittels spezieller Kalzium-Bildgebungstechniken sowie elektrophysiologischer Messungen die Signalprozesse in der Sehrinde von 3-4 Tage alten Tieren. „Damit konnten wir erstmals die depolarisierende, also aktivierende Wirkung von GABA auf die unreifen Nervenzellen im intakten Organismus nachweisen“, erklärt Knut Holthoff. GABA depolarisiert zwar die Neuronen, ist aber nicht imstande Aktionspotentiale auszulösen. Auf diese Weise wird eine überbordende Netzwerkaktivität vermieden. Diese Ergebnisse tragen zu einem besseren Verständnis der neurobiologischen Reifungsprozesse bei.
GABA-Produktion und Ernährung
Die Einnahme von GABA in Tabletten- oder Kapselform ist nicht für jeden etwas. Positive Auswirkungen auf deinen Schlaf erlebst du, wenn du deinem Körper die Stoffe gibst, die er zur GABA-Produktion im Gehirn benötigt, zum Beispiel Glutamat. Glutamat ist ein normaler Nahrungsbestandteil, von dem du täglich ca. 10 Gramm zu dir nehmen solltest. Bei einer ausgewogenen und gesunden Ernährung ist dies in der Regel ohnehin der Fall.
Viele Lebensmittel enthalten Glutamat, besonders eiweißreiche Nahrung. Glutamat verstärkt in höheren Konzentrationen den natürlichen Geschmack von Lebensmitteln. Es wird dafür isoliert produziert und Lebensmitteln als Geschmacksverstärker zugesetzt. Unnatürlich viel Glutamat ist oft in halbfertigen Nahrungsmitteln wie z. B. in Tütensuppen oder Instant-Nudeln enthalten. Solche Lebensmittel solltest du nur in geringen Maßen verzehren, wenn du dich gesund ernähren willst. Eine Handvoll Nüsse sind definitiv die bessere Wahl, um deinem Gehirn das benötigte Glutamat zu geben und so deinen GABA-Haushalt zu pushen.