Das Zentralnervensystem (ZNS) ist ein komplexes Netzwerk, das sensorische Eindrücke empfängt, speichert, auswertet und analysiert. Es generiert Denkinhalte und initiiert Handlungsabläufe, wodurch der menschliche Geist sich auf vielfältige Weise ausdrücken kann. Eine Schlüsselrolle in diesen Prozessen spielt die Informationsverarbeitung an den Synapsen, den Verbindungsstellen zwischen den Neuronen. Hierbei sind Neurotransmitter von entscheidender Bedeutung. Sie ermöglichen die interneuronale Kommunikation. Einer dieser Neurotransmitter, Dopamin, spielt eine zentrale Rolle in verschiedenen Funktionen des Gehirns, von der Motorik über die Motivation bis hin zur Belohnung. Dieser Artikel beleuchtet die Konzentration von Dopamin im ZNS, seine vielfältigen Funktionen, die Mechanismen seiner Regulation und die Auswirkungen von Störungen des Dopaminhaushaltes.
Grundlagen der Neurotransmission und die Rolle von Dopamin
Das menschliche Gehirn besteht aus Milliarden von Nervenzellen (Neuronen) und Gliazellen, die in ihrer Morphologie, Biochemie und Funktion vielfältig sind. Die Grundlage der Informationsverarbeitung im ZNS liegt in der Fähigkeit der Neuronen zur Kommunikation. Diese Kommunikation erfolgt hauptsächlich an den Synapsen, wo Nervenzellen über Neurotransmitter miteinander interagieren.
Neurotransmitter: Botenstoffe des Gehirns
Neurotransmitter sind chemische Substanzen, die von einem Neuron synthetisiert und als Antwort auf einen elektrischen Impuls freigesetzt werden. Sie wirken auf ein anderes Neuron, indem sie dessen elektrische Eigenschaften verändern. Die Neurotransmission umfasst die Synthese, Speicherung, Freisetzung, Rezeptorwirkung und Entfernung des Neurotransmitters aus dem synaptischen Spalt.
Zu den wichtigsten Neurotransmittern gehören Aminosäuren wie Glutamat (exzitatorisch) und GABA (inhibitorisch), Neuropeptide und Monoamine wie Dopamin, Noradrenalin und Serotonin. Jeder dieser Neurotransmitter spielt eine spezifische Rolle im ZNS und beeinflusst verschiedene Funktionen.
Dopamin: Ein vielseitiger Neurotransmitter
Dopamin ist ein elektrochemisch aktiver Neurotransmitter, der eine besondere Rolle bei der Motorik, Motivation, Aufmerksamkeit, Emotion und bei kognitiven Prozessen sowie bei der Beeinflussung des kardiovaskulären und renalen Systems spielt. Es wird in den Nebennieren und in mehreren Bereichen im Gehirn gebildet, beispielsweise durch Decarboxylierung von DOPA.
Im Zentralnervensystem gibt es zwei dopaminerge Neuronengruppen, die von Bedeutung sind:
- Eine Gruppe befindet sich in der Substantia nigra (im Mittelhirn), sendet Axone ins Striatum und ist für die willkürliche Bewegungssteuerung zuständig.
- Die mit diesem Transmitter in Zusammenhang gebrachten Krankheiten sind Schizophrenie, Depressionen, ADHS und Parkinson.
Bei Parkinson führt ein Dopaminmangel in der Substantia nigra dazu, dass Bewegungsimpulse nicht mehr richtig weitergegeben werden.
Dopamin und seine Funktionen im ZNS
Dopamin hat eine Reihe von Funktionen, insbesondere im Nervensystem: Es beeinflusst das Verhalten und die geistige Aktivität, die bewussten Körperbewegungen, die Motivation, das Gefühl von Strafe und von Belohnung. Darüber hinaus wirkt es unter anderem auf den Schlaf, das Träumen, die Stimmung, die Konzentration, das Arbeitsgedächtnis und das Lernen.
Das Belohnungssystem
Dopamin bzw. das dopaminerge System ist ein wichtiger Bestandteil des inhärenten menschlichen Belohnungssystems. Dieses sichert uns bereits seit tausenden von Jahren das Überleben: Auf bestimmte Reize reagiert unser zentrales Nervensystem durch die Ausschüttung von Botenstoffen (Neurotransmitter). Diese wiederum sorgen dafür, dass wir uns glücklich und motiviert oder aber traurig und ängstlich fühlen. Dopamin ist einer dieser Botenstoffe - ein Signalstoff, der den Alkoholkonsum als „positiv“ und belohnend in unserem Gedächtnis markiert und damit die Motivation weckt, das Trinkereignis zu wiederholen.
Die Bezeichnung „Glückshormon“ kommt daher, dass Dopamin insbesondere bei Tätigkeiten verstärkt ausgeschüttet wird, die wir als anregend empfinden. Dazu können etwa Sport, Sex und gutes Essen gehören. Und weil eine Dopaminausschüttung im Gehirn bewirkt, dass man mehr von dem auslösenden Reiz haben möchte, kann Dopamin auch bei der Entwicklung einer Sucht eine Rolle spielen.
Motorische Kontrolle
Dopamin spielt eine entscheidende Rolle bei der Steuerung der willkürlichen Bewegungen. Ein Mangel an Dopamin in der Substantia nigra, wie er bei der Parkinson-Krankheit auftritt, führt zu Bewegungsstörungen wie Zittern, Muskelsteifheit und Bewegungsverlangsamung.
Kognitive Funktionen
Dopamin beeinflusst auch kognitive Funktionen wie Aufmerksamkeit, Konzentration und Arbeitsgedächtnis. Störungen des Dopaminhaushaltes können zu Aufmerksamkeitsdefiziten und Konzentrationsschwierigkeiten führen, wie sie beispielsweise bei ADHS auftreten.
Regulation des Dopaminhaushaltes
Die Dopaminfreisetzung wird durch eine Vielzahl von Regelmechanismen moderiert. Zu den wichtigsten Mechanismen gehören die Dopamin-(Wieder)Aufnahme durch den Dopamintransporter (DAT), der Dopamin-Efflux in den extrazellulären Raum und die Regulation der Dopaminsynthese und -ausschüttung durch den D2-Autorezeptor.
Autorezeptoren und Heterorezeptoren
D2-Autorezeptoren regulieren vornehmlich die exozytotische Freisetzung von Dopamin aus Axon-Endigungen. Freigesetztes Dopamin aktiviert die Autorezeptoren, was die Wahrscheinlichkeit der Dopaminfreisetzung bei einer nachfolgenden präsynaptischen Stimulation verringert. Extrazelluläres Dopamin dockt an präsynaptische D2-Autorezeptoren an. Im Ergebnis hemmen D2-Rezeptor-Agonisten in vivo die Dopaminausschüttung und Dopaminsignalisierung, während D2-Rezeptor-Antagonisten diese verstärken.
Studien an autoDrd2KO-Mäusen zeigten, dass nicht nur D2-Autorezeptoren, sondern auch D2-Heterorezeptoren (also D2-Rezeptoren auf nicht-Dopamin-Neuronen) an der Dopamin-Regulation beteiligt sind. Dieser D2-Heterorezeptor-vermittelte Mechanismus wirkt auf Neuronen im SNc, die ins dorsale Striatum DSt projizieren, stärker als auf Neuronen im VTA, die in den NAc-Kern projizieren (DA-Überlauf DSt: 37 %, NAc-Kern: 59 %, jeweils im Vergleich zu Wildtyp-Mäusen).
Dopamin und Stress
Unter akutem Stress scheinen die Dopaminspiegel von PFC und Striatum auseinanderzufallen. So wie Kokain- oder Amphetamingabe (als Droge, nicht als Medikament) eine Sensitivierung für nachfolgende Stressreaktionen bewirkt, kann auch wiederholter Stress die nachfolgende Reaktion auf Kokain verstärken.
Störungen des Dopaminhaushaltes und ihre Auswirkungen
Ein Ungleichgewicht im Dopaminsystem kann zu verschiedenen neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen führen.
Dopaminmangel
Ein Dopaminmangel kann sich auf unterschiedliche Arten äußern: Häufig stellt sich eine Art generelle Unlust ein. Man hat wenig Antrieb und sieht keine Freude darin, sich mit anderen Menschen zu treffen. Neben der Stimmung können bei einem Dopaminmangel auch Depressionen auftreten und es gibt Hinweise auf eine Beeinträchtigung der Konzentrationsfähigkeit. Auch Parkinson, Depressionen und ADHS sind mit einem Dopaminmangel assoziiert.
Als besonders entscheidender Faktor gilt länger anhaltender Stress. Auch andere seelische Belastungen, Mangelernährung und Bewegungsarmut können mit einem Dopaminmangel einhergehen.
Dopaminüberschuss
Nicht nur ein Dopaminmangel kann zu Beschwerden führen, auch ein Dopaminüberschuss beziehungsweise eine ständige Aktivierung des Dopaminsystems kann zum Problem werden. Zu einem kurzfristigen Dopaminüberschuss kann es kommen, wenn die Dopaminausschüttung in kurzer Zeit extrem stimuliert wird. Wer immer unterwegs ist - online und offline -, könnte sich zum Dopamin Detox beispielsweise für ein Wochenende in eine ruhige Hütte im Wald zurückziehen, ohne Internet und mit abgeschaltetem Telefon. Ein langfristiges Ungleichgewicht im Dopaminsystem wiederum kann mit Erkrankungen wie Schizophrenie einhergehen.
Therapeutische Beeinflussung des Dopaminhaushaltes
Die Kenntnis der Dopamin-Funktionen und Regulationsmechanismen ermöglicht die Entwicklung von Medikamenten, die in den Dopaminhaushalt eingreifen und zur Behandlung von Erkrankungen eingesetzt werden können.
Pharmakotherapie bei Morbus Parkinson
Bei der Parkinson-Krankheit werden Medikamente eingesetzt, die die dopaminerge Aktivität wiederherstellen, wie z.B. L-DOPA (eine Vorstufe von Dopamin), MAO-B-Hemmer und Dopaminagonisten.
Antipsychotika
Antipsychotika wirken auf Dopaminrezeptoren und werden zur Behandlung psychotischer Störungen eingesetzt. Sie werden in Antipsychotika der 1. Generation und atypische oder 2. Generation Antipsychotika unterteilt. Beide Medikamentenklassen wirken auf Dopaminrezeptoren.
Antidepressiva
Antidepressiva versuchen, die Stimmung zu beeinflussen, indem sie die Spiegel spezifischer Neurotransmitter im Gehirn verändern.
Methoden zur Messung von Neurotransmittern im Gehirn
Zur Aufklärung von zahlreichen Krankheiten ist die Bestimmung der Neurotransmitterkonzentration mit Orts- und Zeitauflösung hilfreich. Dazu eignen sich Verfahren der Elektrochemie, da die entsprechenden zu analysierenden Stoffe in ionischer Form vorliegen. Bei diesen elektrochemischen Analysen spielt die Art der verwendeten Elektroden eine entscheidende Rolle. Diese muss garantieren, im Verlauf der Untersuchung keine schädigenden Stoffe abzugeben. Darüber hinaus muss die Oberfläche eine hohe Sensivität für die jeweilige Redoxreaktion aufweisen. Dies kann durch die Beschichtung der Elektroden realisiert werden, wobei unterschiedliche Beschichtungen bei gleichem Elektrodengrundmaterial die Möglichkeit bieten, die Art der detektierten Moleküle und die Empfindlichkeit der Detektion zu modifizieren.
Elektrochemische Detektion
Die elektrochemische Detektion misst mithilfe von Elektroden Neurotransmitterkonzentrationen direkt im Gehirn. Im Folgenden wird genauer auf verschiedene Arten von Voltammetrie, Amperometrie und Redox-Cycling eingegangen. Schon in den frühen 1970er Jahren wurden die elektrochemischen Techniken entwickelt und in vielen verschiedenen Messungen von Neurotransmittern, wie zum Beispiel Dopamin oder Noradrenalin, sowie deren Stoffwechselprodukten verwendet. Auch Messungen im Gehirn lebender Tiere wurden bereits durchgeführt.
Grundlage der elektrochemischen Techniken ist, dass elektrochemisch aktive Moleküle bei einem bestimmten Potential an der Spitze einer Elektrode oxidiert, beziehungsweise reduziert werden können. Dadurch entstehen Ströme, welche direkt proportional zur Konzentration des Stoffes sind. Es werden also relative Veränderungen der Neurotransmitterkonzentration erfasst. Elektrochemische Messungen sind sensitiv, relativ unkompliziert und haben eine hohe zeitliche Auflösung. Allerdings ist die räumliche Auflösung gering, da die Elektroden Neurotransmitter nur in ihrem direkten Umfeld detektieren. Andererseits kann diese räumliche Eingrenzung genutzt werden, um die lokale Neurotransmitterausschüttung direkt an der Freisetzungsstelle zu ermitteln.
Voltammetrie
Voltammetrische Techniken analysieren Proben an der Oberfläche der implantierten Elektrode. Viele Neurotransmitter, darunter Dopamin, Noradrenalin, Adrenalin, Serotonin und Histamin, oxidieren leicht und können daher in voltammetrischen Experimenten nachgewiesen werden. Je nachdem welcher Neurotransmitter erfasst werden soll, werden verschiedene Elektroden verwendet. Es finden unterschiedliche Reaktionen an der Elektrodenoberfläche statt, je nachdem welche Elektroden verwendet werden und wie sie beschichtet sind. Die Voltammetrie liefert dynamische Informationen über die Bewegungsabläufe von Neurotransmittern in ganz bestimmten Bereichen des Gehirns.
Dopamin und Sucht
Alkohol wiederum ist eine psychoaktive Substanz, die auf das dopaminerge System, das körpereigene Opioidsystem und das Serotoninsystem einwirkt und die Ausschüttung dieser Botenstoffe verstärkt. Das Gehirn merkt sich den positiven Effekt, der mit dem Alkoholkonsum verbunden war und möchte dieses Stimmungshoch nach Möglichkeit am besten sofort wieder herbeiführen. Dadurch entsteht das sogenannte Suchtverlangen oder Craving - der Wunsch, die rauscherzeugende Substanz erneut zu konsumieren.
Langfristig ergibt sich hieraus eine weitere Schwierigkeit: Je häufiger alkoholische Getränke konsumiert werden, umso sensibler wird das dopaminerge System. Die Effekte, die der langjährige Alkoholkonsum auf den Dopamin-Spiegel im Gehirn hat, können nicht nur dazu führen, dass sich eine Alkoholsucht ausbildet - sie kann auch abstinenzwillige Alkoholiker zu einem Rückfall verleiten.
Wer über längere Zeit hinweg größere Mengen Alkohol trinkt, gerät mit hoher Wahrscheinlichkeit früher oder später in eine psychische und körperliche Abhängigkeit. Hierin unterscheidet sich Alkohol nicht von anderen Drogen wie etwa Heroin oder Kokain.
Wenn Menschen Alkohol trinken, wird die Produktion des Neurotransmitters Dopamin angekurbelt. Geschieht dies über einen längeren Zeitraum hinweg regelmäßig, gewöhnt sich der Konsument ebenso wie sein Gehirn an diesen Effekt. Die Folge: Das zentrale Nervensystem fährt die Eigenproduktion des Botenstoffs herunter bzw.
Entscheidet sich ein Suchtkranker dazu, keinen Alkohol mehr zu trinken, sinkt der Dopamin-Spiegel schnell ab und verbleibt auf diesem Niedriglevel. Denn das Gehirn ist noch nicht wieder daran gewöhnt, die Dopamin-Werte wieder eigenständig anzuheben. Aufgrund dessen führt die Kombination aus Dopamin und Alkohol beim Entgiften zunächst zu einer intensiven Stimmungsverschlechterung. Betroffene fühlen sich schlapp, dysphorisch und antriebslos.
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