Morbus Parkinson ist die zweithäufigste neurodegenerative Erkrankung nach der Alzheimer-Krankheit, von der in Deutschland schätzungsweise mindestens 200.000 Menschen betroffen sind, Tendenz steigend. Die Krankheit tritt meist im höheren Erwachsenenalter auf, wobei die Mehrheit der Betroffenen mindestens 60 Jahre alt ist. Allerdings erkranken etwa zehn Prozent der Parkinson-Patienten vor dem 50. Lebensjahr, und in seltenen Fällen können sogar junge Menschen im Alter von zwanzig Jahren betroffen sein. Insgesamt gibt es etwa 50 Prozent mehr männliche als weibliche Parkinson-Patienten.
Die häufigsten und bekanntesten Symptome der Parkinson-Krankheit sind Zittern (Tremor) sowie verlangsamte und verminderte Bewegungen. Die Frühphase der Erkrankung unterscheidet sich von dem bekannteren Krankheitsbild im späteren Stadium: Als frühe Krankheitsanzeichen können Depressionen, Schlafstörungen, Verstopfung, Störungen des Geruchssinns, eine leisere, monotone Stimme oder das fehlende Mitschwingen eines Armes beim Gehen auftreten. Erst mit der Zeit werden die klassischen Hauptsymptome deutlicher.
Dieser Artikel beleuchtet die Substantia nigra, ein kleines, aber wichtiges Areal im Gehirn, das eine zentrale Rolle bei der Entstehung von Parkinson spielt. Es werden ihre Anatomie, Funktion und Bedeutung für die Bewegungssteuerung sowie ihre Verbindung zu Parkinson erläutert.
Was ist die Substantia Nigra?
Die Substantia nigra ("schwarze Substanz") hat ihren Namen ihrer dunklen Färbung zu verdanken, die auf einen hohen Gehalt an Eisen und Melanin zurückzuführen ist. Es handelt sich um einen Kernkomplex im Mittelhirn, der hinter den Hirnschenkeln (Crurae cerebri) liegt. Die Hirnschenkel sind Teil der Großhirnrinde und gehören weitgehend zur Pyramidenbahn, die unter anderem auch die schwarze Substanz umfasst.
Die Substantia nigra ist ein wesentlicher Bestandteil des Gehirnsystems, das für die Bewegungskontrolle verantwortlich ist. Sie ist im Mittelhirn lokalisiert und spielt eine Schlüsselrolle in der Regulation von motorischen Funktionen und Belohnungsprozessen.
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Anatomische Struktur der Substantia Nigra
Die Substantia nigra ist in zwei Hauptregionen unterteilt:
- Pars compacta: Diese Region enthält dicht gelagerte Neuronen, die reich an Melanin sind und Dopamin produzieren. Dopamin spielt eine entscheidende Rolle bei der Bewegung, Motivation und Belohnung. Fehlfunktionen in dieser Region führen zu Bewegungsstörungen wie Parkinson.
- Pars reticulata: Diese Region ist weniger dicht mit Neuronen gefüllt und hauptsächlich für die Weiterleitung von GABAergen Signalen verantwortlich, was zur Bewegungshemmung beiträgt. Sie ist rötlich und hat einen hohen Eisengehalt.
Die Schichten der Substantia nigra besitzen eine interessante Pigmentierung aufgrund von Neuromelanin, was ihr das klassische dunkle Aussehen verleiht. Dies ist eine Besonderheit, da Neuromelanin eine Form von Melanin ist, die in Neuronen vorkommt und sie möglicherweise vor neurotoxischen Substanzen schützt. Historisch spielte diese spezielle Pigmentierung eine Rolle bei der Entdeckung der Substantia nigra durch frühe Neurowissenschaftler.
Funktion der Substantia Nigra
Die Substantia nigra ist ein zentraler Bestandteil im Netzwerk des Gehirns, das maßgeblich an der Regulierung von Bewegungen beteiligt ist. Sie spielt nicht nur eine Rolle bei der Steuerung von Motorik, sondern auch bei anderen wichtigen Funktionen wie Belohnungsprozessen und der Emotionalität.
Obwohl mehrere Neurotransmitter in der Substantia nigra nachgewiesen werden können, gilt Dopamin als ihr wichtigster Botenstoff. Die Substantia nigra ist in das extrapyramidale motorische System eingegliedert, wo ihr eine Starterfunktion zukommt. Das heißt, dass sie hauptsächlich an der Anregung und Planung von Bewegungen beteiligt ist. Neben der schwarzen Substanz gehören weitere Basalganglien, der Motorkortex sowie mehrere andere Kerngebiete des Gehirns zum extrapyramidalen motorischen System. Die Gesamtheit dieser Strukturen ist für ihre Funktionsfähigkeit auf Dopamin angewiesen.
Darüber hinaus kommt der Substantia nigra auch beim Lernen sowie beim Suchtverhalten eine bedeutende Rolle zu. Dank der Ausschüttung von Dopamin wird das Lernen erleichtert. Bei angenehmen Empfindungen, wie sie beim Einnehmen eines Suchtmittels entstehen, werden dopaminerge Neuronen aktiviert. Diese nehmen am Belohnungskreislauf teil, der seinerseits bestimmte Verhaltensmuster fördert.
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Substantia Nigra und Bewegungssteuerung
Die Bewegungssteuerung ist eine der Hauptaufgaben der Substantia nigra. Dabei arbeitet sie eng mit den Basalganglien zusammen, um reibungslose und koordinierte Bewegungen zu gewährleisten. Die Pars compacta der Substantia nigra produziert Dopamin, das an das Striatum gesendet wird. Diese Dopaminproduktion ist wesentlich für die Bewegungskontrolle, und ein Verlust dieser Neuronen kann zu Parkinson-ähnlichen Symptomen führen. Die Pars reticulata spielt ebenfalls eine Rolle, indem sie inhibitorische Signale an andere Bereiche des Gehirns sendet, um übermäßige Motorik zu unterdrücken.
Ein wichtiger Aspekt der Bewegungssteuerung durch die Substantia nigra ist die Feinabstimmung von Bewegungen. Vergleiche es mit einem Orchester: Sie sorgt dafür, dass alle Teile des Gehirns im Gleichklang arbeiten, um harmonische und präzise Bewegungsabfolgen zu erzeugen.
Ein Beispiel für die Rolle der Substantia nigra in der Bewegung ist das Starten und Stoppen freiwilliger Bewegungen. Wenn Du zum Beispiel entscheidest, aufzustehen, sorgt die Substantia nigra dafür, dass diese Handlung reibungslos und ohne zittrige oder ungelenke Bewegungen abläuft. Darüber hinaus ist die Substantia nigra auch an der Hindernisvermeidung beteiligt. Unsere Fähigkeit, uns flüssig zu bewegen und dabei plötzlich aufkommende Hindernisse zu umgehen, hängt teilweise von ihrer Funktion ab.
Forschungen zeigen, dass die Stimulation der Substantia nigra helfen kann, motorische Funktionen bei Parkinson-Patienten wiederherzustellen. Dies geschieht bei Verfahren wie der Parkinsontiefenstimulation, die bestimmte Teile des Gehirns anregt und die gesuchte synaptische Plastizität erhöht. Eine kleine Verschiebung in ihrer Aktivität kann signifikante Auswirkungen auf die Bewegungskoordination haben.
Dopamin und die Substantia Nigra
Dopamin ist ein zentraler Neurotransmitter, der aus der Pars compacta der Substantia nigra stammt. Dieser Neurotransmitter fungiert als Bote, der Signale zwischen Nervenzellen überträgt.
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Die Funktion der Substantia nigra im Dopaminsystem ist entscheidend, da sie signifikant an der Regulierung und Feinabstimmung von willkürlichen Bewegungen beteiligt ist. Wenn Dopaminlevel zu niedrig sind, kann es schwer sein, Bewegungen zu starten, eine Kennzeichnung von Parkinson. Neben der Bewegungsfunktion ist Dopamin aus der Substantia nigra auch essenziell für Prozesse im Belohnungs- und Verstärkungssystem und beeinflusst somit Lernverhalten.
- Motorik: Wichtig für den Beginn und die Koordinierung von Bewegungen.
- Belohnung: Verstärkt Motivation und belohnt Verhaltensweisen.
- Emotion: Einfluss auf Stimmung, Motivation und Entscheidungen.
Die Substantia Nigra und Parkinson
Die wohl bekannteste Krankheit, die in direktem Zusammenhang mit der Substantia nigra steht, ist der Morbus Parkinson (Parkinson-Syndrom). Die Erkrankung wird durch einen Mangel an Dopamin hervorgerufen. Dieser Mangel entsteht dadurch, dass die dopaminergen Nervenzellen der schwarzen Substanz im Gehirn absterben.
Die Substantia nigra spielt eine zentrale Rolle bei der Parkinson-Krankheit, da dort Dopamin-produzierende Nervenzellen absterben. Die Substantia nigra ist ein Bereich des Mittelhirns, der Dopamin produziert und eine zentrale Rolle bei der Regulation von Bewegungsabläufen spielt. Sie ist wichtig für die Koordination und Feinsteuerung von Bewegungen. Eine Fehlfunktion der Substantia nigra kann zu Parkinson-Krankheit führen, die durch den Verlust dopaminproduzierender Neuronen verursacht wird.
Verbindung zwischen Substantia Nigra und Parkinson
Parkinson ist eine neurodegenerative Erkrankung, die hauptsächlich durch den Verlust dopaminerger Neuronen in der Pars compacta der Substantia nigra verursacht wird. Dies führt zu einem Dopaminmangel im Striatum, was die typischen motorischen Symptome hervorruft:
- Zittern (Tremor)
- Muskelsteifheit (Rigor)
- Bewegungsverlangsamung (Bradykinesie)
- Gang- und Haltungsinstabilität
Die molekulare Pathologie hinter dem Neuronenverlust in der Substantia nigra bei Parkinson ist komplex. Oxidativer Stress, mitochondriale Dysfunktion und die Akkumulation von alpha-Synuclein innerhalb von Lewy-Körpern sind bedeutende Faktoren, die zum Zelltod beitragen. Forschungen zeigen, dass genetische und Umweltfaktoren eine Schlüsselrolle bei der Krankheitsentwicklung spielen. Fortschritte in der Neuroimaging-Technologie haben es ermöglicht, frühe Veränderungen in der Substantia nigra zu identifizieren, was die Möglichkeit einer früheren Diagnose und Intervention zur Folge hat.
Symptome von Parkinson
Die häufigsten und bekanntesten Symptome der Parkinson-Krankheit sind:
- Bradykinese (Verlangsamung): Bei Betroffenen nimmt die Bewegungsfähigkeit ab. So gehen Parkinson-Patienten auffallend langsam und mit kleinen Schritten, sich drehen fällt ihnen schwer. Die Mimik wird maskenhaft, die Handschrift wird kleiner.
- Ruhetremor (Ruhezittern): Dabei handelt es sich um ein unwillkürliches Zittern der Hände. Im späteren Verlauf der Krankheit kann der Ruhetremor auch die Füße betreffen. Das Zittern tritt bei Parkinson nur auf, während Hände und Füße ruhen und verstärkt sich bei emotionaler Belastung. Der Ruhetremor kann auch auf eine Körperhälfte beschränkt sein. Er verschwindet, wenn Patienten die betroffene Extremität bewegen oder während Patienten schlafen.
- Rigor (Steifheit): Typisch für Parkinson-Patienten ist eine Steifheit der Muskeln, von der häufig Nacken, Arme und Beine betroffen sind. Die Körperhaltung ist vornübergebeugt. Es fühlt sich für Betroffene an, als ob Bewegungen gegen einen Widerstand ausgeführt werden müssen. Manchmal sind Bewegungen regelrecht blockiert.
- Posturale Instabilität (Mangelnde Stabilität der Körperhaltung): Hinter diesem Begriff verbergen sich Gleichgewichtsstörungen. Die Betroffenen gehen und stehen unsicher und können das Gleichgewicht nicht mehr halten, weshalb es zur Gefahr von Stürzen kommt.
Ursachen von Parkinson
Als Ursache für die Parkinson-Symptome haben Forschende ein Nervenzellsterben im Hirnstamm ausgemacht, genauer gesagt, in einem dunkelfarbigen Bereich, der Substantia Nigra („Schwarze Substanz“). Die Zellen der Substantia Nigra setzen den Botenstoff Dopamin frei. Dieser Botenstoff ist entscheidend für die Feinabstimmung der Muskelbewegung, aber auch, um Bewegungen überhaupt zu starten.
Wie es zum Nervenzellsterben in der Substantia Nigra kommt, ist bislang nicht vollständig geklärt. Ein Merkmal der Erkrankung ist, dass in den betroffenen Zellen sogenannte Lewy-Körperchen auftreten. Dabei handelt es sich um Ablagerungen, die einen Eiweißstoff namens Alpha-Synuclein enthalten.
Der Großteil der Betroffenen erkrankt um das sechzigste Lebensjahr - dann tritt die Krankheit ohne erkennbaren Auslöser auf, was man als idiopathisch oder sporadisch bezeichnet. Neben der idiopathischen Form der Parkinson-Erkrankung, für die sich bislang keine konkreten Ursachen ausmachen lassen, existieren auch genetische Formen: Zehn Prozent der Parkinson-Erkrankungen sind genetisch, d.h. durch Vererbung bedingt. Hier sind Mutationen, also Veränderungen der Erbinformation, Ursache der Erkrankung. Patienten mit genetischer - man sagt auch familiärer- Parkinson sind im Schnitt etwas jünger, wenn sich Symptome zeigen: oft treten erbliche Formen schon vor dem 50. Lebensjahr auf.
Beim sogenannten sekundären Parkinson-Syndrom ähneln die Symptome denen der „echten“ Parkinson-Erkrankung, ohne dass es sich um Morbus Parkinson handelt: Hier werden die Symptome nicht durch Parkinson und damit durch Zellsterben in der Substantia Nigra verursacht.
Behandlung von Parkinson
Morbus Parkinson ist bislang nicht heilbar. Mit geeigneten Therapien lässt sich die Krankheit jedoch oft über Jahre hinweg gut kontrollieren. Eine wichtige Rolle spielt die medikamentöse Behandlung. So kann die Gabe von Dopaminvorstufen (z. B. in Form des Antiparkinson-Wirkstoffs L-Dopa) den Dopaminmangel ausgleichen. Ist die medikamentöse Behandlung nicht mehr ausreichend, kommt ein so genannter Hirnschrittmacher in Frage.
Ein praxisnahes Beispiel ist die Verabreichung von Levodopa, einem Dopaminersatzpräparat, das häufig zur Behandlung von Parkinsonsymptomen eingesetzt wird.
Forschung zu Parkinson
Wer eine Krankheit heilen möchte, muss sie zunächst einmal verstehen. Forschende des DZNE fahnden daher nach den Ursachen für das Nervensterben bei Parkinson - sowohl bei der sporadischen als auch bei der erblichen Form der Erkrankung. Andere erforschen die Rolle von Entzündungsprozessen oder bestimmten Genmutationen. Außerdem gehen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des DZNE der Frage nach, wie geschädigte Mitochondrien zur Krankheitsentstehung beitragen können. Die „Kraftwerke der Zelle“ können schädliche Sauerstoffradikale abgeben und bauen zudem Dopamin ab.
Ein weiteres wichtiges Forschungsziel ist aber auch die Suche nach so genannten Biomarkern: das sind messbare biologische Merkmale (z. B. im Blut oder Nervenwasser), die eine Früherkennung von Parkinson erlauben und helfen, das Fortschreiten der Erkrankung besser im Auge zu behalten.
Weitere Funktionen des Mittelhirns
Das Mesencephalon, zu Deutsch - das Mittelhirn, stellt den obersten Abschnitt des Hirnstamms dar. Nach unten gliedert sich der Pons - die Brücke - an, darüber liegen bereits die Strukturen des Diencephalons, des Zwischenhirns. Wie im gesamten Hirnstamm ist auch im Mesencephalon Motorik ein großes Thema - hier liegen zum Beispiel der Nucleus ruber und die Substantia nigra, letztere bekannt geworden durch ihre traurige Rolle bei der Entstehung von Parkinson. Aber es gibt auch Hören und Sehen, einige Hügel tauchen auf, Schenkel, und: Als einzige Struktur des Gehirns verfügt das Mittelhirn über eine eigene Wasserleitung, den Aquaeductus mesencephali.
Das Mesencephalon teilt sich in Crura cerebri, Tegmentum und Tectum. Neben zahlreichen wichtigen motorischen Zentren - wie der Substantia nigra und dem Nucleus ruber - finden sich hier in der Formatio reticularis einige wichtige Kerne für Vitalfunktionen.
Von vorn betrachtet wird das Mittelhirn dominiert von besagten Hirnschenkeln, den Crura cerebri - ein großes Bündel Fasern, das Signale vom Cortex ins Rückenmark und zu Brücken- und Hirnnervenkernen leitet. Diese Fasern sind fein säuberlich geordnet: An der Innenseite laufen die Verbindungen zum frontalen Cortex, weiter nach außen schließen sich die Fasern zum motorischen Cortex - die Pyramidenbahn - und ganz außen die zum Temporallappen an. Es zeigt sich sogar ein weiterer Homunculus: nach innen liegen die Fasern, die den Kopf versorgen, nach außen die der Füße.
Von hinten zeigen sich zwei mal zwei Hügel, zusammengefasst als Vierhügelplatte, oder Tectum (oder Lamina tecti, oder Lamina quadrigema). Die oberen Hügel, die Colliculi superiores, erhalten über Sehnerv und Sehtrakt direkte Eingänge von der Netzhaut des Auges. Dabei geht es primär um Informationen über sich rasch ändernde Reize - also um Bewegung. Das könnte ein fahrendes Auto sein, dem wir mit den Augen folgen, oder ein Ast, der auf unser Gesicht zuschnellt, woraufhin wir reflexartig die Augen schließen, um sie zu schützen. Beides wären Beispiele für Funktionen der Colliculi superiores. Genauso wie die Sakkaden - diese schnellen Augenbewegungen, die Sie beispielsweise jetzt gerade beim Lesen dieser Wörter machen. All dies sind motorische Prozesse und wenn wir das Mittelhirn erneut von vorn betrachten, sehen wir den dritten Hirnnerv, den Nervus oculomotorius zwischen den Hirnschenkeln austreten. Entsprechend sind auch die Ausfälle bei Schädigungen des oberen Hügels: einem Objekt mit den Augen zu folgen, ist nicht mehr möglich, wobei weiterhin sämtliche optischen Reize wahrgenommen und verarbeitet werden.
Die Colliculi inferiores, die unteren Hügel, dienen als Umschaltstelle für die meisten Fasern der Hörbahn. Die Signale laufen von hier aus direkt zum Corpus geniculatum mediale des Thalamus und von dort weiter in den primären auditiven Cortex. Diese zentrale Lage der Colliculi inferiores in der Hörbahn bedeutet, dass ihre Schädigung zu reduzierter Hörfähigkeit führen kann.
Die Hirnschenkel vorn, vier Hügel hinten - das sind zwei der drei Schichten, in die das Mittelhirn gegliedert wird. Zwischen diesen beiden liegt das Tegmentum, und in ihm einige wichtige Kerne und Kerngebiete. Funktional gehört hierzu einmal mehr das Sehen: die Augenmuskelkerne, die sechs Muskeln pro Auge im Blick halten müssen - was einer sehr komplexen Verschaltung bedarf. An dieser Stelle sei nur gesagt, dass zwar die vertikalen Augenbewegungen Sache des Mittelhirns sind, die horizontalen dagegen vor allem in der Pons ausgelöst werden.
Aber es gibt auch Strukturen jenseits des Sehens. Da wäre zum Beispiel die Substantia grisea periaqueductalis, zu Deutsch das periaquäduktale Grau. Für die Schmerzunterdrückung spielt es eine wichtige Rolle und auch für die Reaktion von Kampf oder Flucht. Den Namen hat es, weil besagte Wasserleitung, der Aquaeductus mesencephali direkt durch dieses Grau hindurchfließt.
Ein wichtiger Kern im Mittelhirn ist der rote, der Nucleus ruber. Er gehört zum extrapyramidalen motorischen System, übernimmt also motorische Aufgaben, die nicht über die Pyramidenbahn verhandelt werden. Dabei ist er Teil einer Neuronenschleife zwischen Olive, Kleinhirnkernen und Kleinhirnrinde. Fällt in dieser Schleife etwas aus, ist ein Intensionstremor die Folge - soll die Hand zum Beispiel ein Glas greifen, wird das Zittern umso stärker, je näher sie dem Bewegungsziel kommt. Seine rote Färbung verdankt der Nucleus ruber übrigens seinem hohen Eisengehalt.
Seine dunkel-bläuliche Färbung verdankt der Locus coeruleus - der blaue Ort - dem Melanin seiner Zellen. Diese produzieren Noradrenalin - ein Stresshormon, weshalb der Locus coeruleus trotz seines schönen Namens nicht nur als Wecksystem - im Zusammenhang mit der Formatio reticularis (FR) - sondern gleich als Alarmsystem gilt. Bekanntermaßen hat zu viel Alarm, zu viel Stress, zu viel Noradrenalin keine guten Folgen auf die körperliche und geistige Gesundheit.
Der Neurotransmitter Serotonin dagegen hat wenig mit Stress zu tun, im Gegenteil: hier geht es um Einschlafen und die feine Balance einer ausgeglichenen Gemütslage. Und eine Balance ist es, denn zu viel Serotonin schadet genauso, wie zu wenig. Der einzige Standort der Serotonin-Produktion im Gehirn sind die Raphé-Kerne, die den innersten Bereich der Formatio reticularis bilden. Von hier aus setzen sie ihre wertvolle Fracht in weiten Teilen des Gehirns frei, vor allem im limbischen System.
Ganz oben im Mittelhirn sitzt die Substantia nigra, die schwarze Substanz. Ihren Namen verdankt sie einem hohen Melaninanteil in den Zellkernen. Und ihre Berühmtheit der Krankheit Parkinson: Da sie mitten in einem Netz von Systemen sitzt, die Bewegungen verschalten und koordinieren, hat ihr Ausfall fatale Folgen für Bewegungseinleitung und den grundsätzlichen Antrieb zu einer Bewegung. Der Neurotransmitter der Substantia nigra ist das Dopamin - und es sind diese dopaminergen Neurone, die bei Morbus Parkinson absterben. Bis zu 70 Prozent dieser Zellen können untergehen, bevor die Symptome sichtbar werden.
Durch den gesamten Hirnstamm hindurch zieht die Formatio reticularis - ein ganzes Netz von verschalteten Kernen, die vielerlei Aufgaben haben.
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