Neurotransmitter sind chemische Botenstoffe im Nervensystem, die eine zentrale Rolle bei der Signalübertragung zwischen Nervenzellen spielen. Sie beeinflussen eine Vielzahl von Prozessen, darunter Bewegung, Wahrnehmung, Emotionen, Gedächtnis und sogar das Herz-Kreislauf-System. Ein Ungleichgewicht in diesen Botenstoffen kann tiefgreifende Auswirkungen auf die körperliche und geistige Gesundheit haben. In diesem Artikel werden wir die Grundlagen der Neurotransmission, die wichtigsten Neurotransmitter und ihre Funktionen sowie die Faktoren, die ihr Gleichgewicht beeinflussen, untersuchen.
Die Grundlagen der Neurotransmission
Neurotransmitter sind Botenstoffe, die Nachrichten zwischen zwei Nerven oder zwischen einem Nerv und einem Endorgan, wie dem Herzen, vermitteln. Sie dienen der Kommunikation, besonders im Gehirn, dem Hauptort der Informationsverarbeitung für äußere Umwelteinflüsse.
Die Informationsübertragung im Gehirn erfolgt durch bioelektrische Impulse und chemische Signalmoleküle. Wenn ein Aktionspotential (elektrisches Signal) ein Neuron erreicht, wird dieses in ein chemisches Signal umgewandelt. Dieser Vorgang findet an den Synapsen statt. Präsynaptisch befinden sich die Neurotransmitter in kleinen Vesikeln. Wenn ein Aktionspotential an der Präsynapse ankommt, führt dies zum Einstrom von Calcium, was wiederum die Freisetzung der Vesikelinhalte per Exozytose in den synaptischen Spalt bewirkt.
Die freigesetzten Neurotransmitter diffundieren durch den synaptischen Spalt zur postsynaptischen Membran, wo sie an spezifische Rezeptoren andocken. Diese Rezeptoren sind Proteinkomplexe, die für die Erkennung relevanter Reize und die Auslösung zellulärer Mechanismen verantwortlich sind, die die gewünschte Reaktion hervorrufen. Die Bindung an einen Rezeptor führt meist zur Öffnung von Ionenkanälen, was einen Ein- oder Ausstrom von Ionen bewirkt. Dadurch entsteht wiederum ein neues elektrisches Signal und die Weiterleitung war erfolgreich.
Nach der Signalübertragung müssen die Neurotransmitter aus dem synaptischen Spalt entfernt werden, um die Synapse für neue Signale bereit zu machen. Dies geschieht hauptsächlich durch Wiederaufnahme in das präsynaptische Neuron oder durch Abbau durch spezifische Enzyme im synaptischen Spalt. In den meisten Fällen werden die freien Neurotransmitter über einen Wiederaufnahmekanal erneut in den Signal-sendenden Nerv aufgenommen. Bei Wiederaufnahmekanälen handelt es sich um Eiweißstrukturen, die ebenfalls auf der Grundlage von Genen gebildet werden.
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Wichtige Neurotransmitter und ihre Funktionen
Es gibt über 100 bekannte Neurotransmitter, die sich in ihrer chemischen Struktur und Funktion unterscheiden. Sie können in verschiedene Gruppen eingeteilt werden, darunter Aminosäuren, Peptide und Monoamine. Einige Neurotransmitter wirken erregend, andere hemmend, und einige können sogar beides sein. Zu den wichtigsten Neurotransmittern gehören:
Acetylcholin (ACh): Wirkt meist erregend und ist, neben Noradrenalin, der wichtigste Transmitter im Peripheren Nervensystem. Man findet Acetylcholin aber beispielsweise auch in Großhirn, Hirnstamm (Formatio reticularis) und Rückenmark. Daneben spielt es auch eine herausragende Rolle im Vegetativen Nervensystem als Neurotransmitter von Sympathikus und Parasympathikus sowie bei der Erregung von Muskelzellen an der motorischen Endplatte. Es gibt zwei Arten von Rezeptoren für Acetylcholin: ionotrope und metabotrope. Acetylcholin wurde wohl deshalb als erster Neurotransmitter entdeckt, weil er für das vegetative Nervensystem sowie an der Schnittstelle zwischen motorischen Nerven und Skelettmuskulatur eine entscheidende Rolle spielt. Aber auch im Gehirn finden sich cholinerge Neuronen. Die wichtigsten davon lassen sich zu zwei diffusen Modulationssystemen zusammenfassen. Das eine System innerviert von der Basis des Großhirns aus (zwischen und unter den Basalganglien) Hippocampus, Neocortex und Riechkolben. Diese Zellen gehören zu den ersten, die bei der Alzheimer-Krankheit absterben. Inwieweit es darüber hinaus eine Verbindung zu der Krankheit gibt, ist unklar. Unter den zugelassenen Alzheimer-Medikamenten, die den Verlust geistiger Fähigkeiten zumindest verzögern sollen, befinden sich aber Wirkstoffe, die den Acetylcholin-Abbau im Gehirn verlangsamen. Das zweite System besteht aus Zellen im Pons und im Tegmentum des Mittelhirns. Es wirkt vor allem in den Thalamus hinein, darüber aber auch stark ins Großhirn. Beteiligt sind die cholinergen Neuronen etwa an der Steuerung von Aufmerksamkeit und der Erregbarkeit des Gehirns während Schlaf- und Wachrhythmus. In Tierversuchen wurde deutlich, dass Acetylcholin die Weiterleitung sensorischer Reize vom Thalamus in die zuständigen Cortex-Regionen fördert.
Glutamat: Der häufigste exzitatorische (erregende) Neurotransmitter im Zentralen Nervensystem. Glutamat findet man vor allem etwa in Großhirnrinde, Hippocampus, Thalamus, Kleinhirn und Hirnstamm. Eine Ausnahme hinsichtlich der erregenden Wirkung von Glutamat stellt die Retina dar: Hier am Auge wirkt Glutamat hemmend. Es gibt drei Subtypen von Glutamatrezeptoren: AMPA-, NMDA- und Kainat-Rezeptoren. Alle Glutamatrezeptoren öffnen bei Aktivierung direkt einen Ionenkanal in der postsynaptischen Membran (ionotrope Rezeptoren).
Gamma-Aminobuttersäure (GABA): Der häufigste inhibitorische, also hemmende Neurotransmitter im ZNS. Besondere Bedeutung kommt GABA zum Beispiel im Striatum des Großhirns, in Zwischenhirn, Kleinhirn, Rückenmark und Auge zu. GABA ist unter anderem am Schlaf beteiligt. Auch in der Bauchspeicheldrüse kommt GABA in größeren Mengen vor. Benzodiazepine sind Medikamente, die auf den GABAA-Rezeptor einwirken, um inhibitorische Wirkungen auf das ZNS zu erzeugen. Benzodiazepine potenzieren die GABA-Aktivität. Sie haben anxiolytische, muskelrelaxierende, hypnotische, sedierende und krampflösende Eigenschaften.
Dopamin: Ein Katecholamin, das eine entscheidende Rolle bei einer Vielzahl von Funktionen spielt, wozu beispielsweise Motorik, Denken, Wahrnehmung und das Belohnungssystem gehören. Dopaminhaltige Zellen finden sich vielerorts im Zentralnervensystem, zwei dopaminerge Neuronengruppen haben aber besondere Bedeutung. Eine befindet sich in der Substantia nigra im Mittelhirn und sendet ihre Nerven ins Striatum. Dieser Pfad ist für die Steuerung willkürlicher Bewegungen wichtig: Degenerieren die dopaminergen Zellen in der Substantia nigra, löst das verhängnisvolle motorische Störungen aus - die Parkinson-Krankheit. Das zweite dopaminerge System geht ebenfalls aus dem Mittelhirn hervor, aus dem ventralen Tegmentum. Von dort reichen die Axone in bestimmte Teile des Großhirns und des limbischen Systems. Bekannt ist dieser Pfad deshalb auch als mesocorticolimbisches System. Ihm wird eine wichtige Rolle bei der Motivation zugeschrieben: Es gilt als Belohnungssystem, das bei Tier wie Mensch überlebensdienliche Verhaltensweisen verstärkt. Erhöht man durch geeignete Wirkstoffe die verfügbare Dopamin-Menge, so wirkt sich das stimulierend aus - oft allerdings auch suchterzeugend. Ein bekanntes Beispiel ist Kokain: Es hemmt die Wiederaufnahme von Dopamin und sorgt so für Wachheit, gesteigertes Selbstwertgefühl und Euphorie; gleichzeitig macht die Stimulation des Belohnungssystems abhängig. Aber auch andere Symptome und psychische Krankheiten werden mit Störungen des Dopaminsystems in Verbindung gebracht. Bei Patienten mit Parkinson ist ein Absterben von Nervenzellen, die Dopamin herstellen (dopaminergen Neuronen), verantwortlich. Das kann zur Bewegungsarmut oder sogar Bewegungslosigkeit führen. Um dem entgegenzuwirken, werden Dopamin-Medikamente eingesetzt. Dopamin kann außerdem die Wirkung des Sympathikus steigern.
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Serotonin: Ist an der Regulation von Schlaf-Wach-Rhythmus, Schmerz, Emotion sowie Ess- und Sexualverhalten beteiligt. Insgesamt sorgt Serotonin für gute Stimmung und Gelassenheit, was ihm auch den Namen “Glückshormon” beigebracht hat. Serotonin ist auch außerhalb des zentralen Nervensystems weit verbreitet. Erstmals isoliert wurde es in der Schleimhaut des Magen-Darm-Trakts. Den Namen hat es von seiner Wirkung auf den Blutdruck: Als Bestandteil des Serums reguliert es die Spannung (Tonus) der Blutgefäße. Als Neurotransmitter im Gehirn ist Serotonin nur in Neuronen nachweisbar, deren Zellkörper in den so genannten Raphekernen im Hirnstamm sitzen. Von dort innervieren sie mit ihren Axonen praktisch alle Regionen des Gehirns und beeinflussen etwa Schmerzempfinden, Schlaf- und Wachrhythmus und den Gemütszustand. So sind die Raphekerne im Zustand erhöhter Wachsamkeit besonders aktiv, am wenigsten dagegen im Schlaf. Umgekehrt haben Studien gezeigt: Ist Serotonin im Gehirn im Übermaß vorhanden, können Unruhe und Halluzinationen entstehen. Serotoninmangel kann zu depressiven Verstimmungen, Angst und Aggressionen führen. Serotonin ist in vielen Nahrungsmitteln enthalten, kann aber nicht von der Blutbahn ins Gehirn gelangen. Vielmehr wird es dort aus der Aminosäure Tryptophan erzeugt. Allerdings lässt sich die Serotoninmenge im Gehirn über den Tryptophanspiegel beeinflussen - und dieser sich wiederum über die Ernährung. So führt kohlenhydratreiche Kost zu hoher Tryptophan-Verfügbarkeit, umgekehrt hat ein Entzug von Kohlenhydraten in Studien Schlafstörungen und Depressionen bewirkt, was man auf das dann fehlende Serotonin zurückführte. Viele Antidepressiva und Medikamente gegen Angst erhöhen gezielt die Menge verfügbaren Serotonins im Gehirn, etwa indem sie die präsynaptische Wiederaufnahme verlangsamen. Diese Wirkstoffe kennt man als selektive Serotonin-Wiederaufnahmehemmer (SSRI). Trotzdem lässt sich die Stimmung nicht einfach verbessern, indem man den Serotoninspiegel erhöht.
Noradrenalin: Bei Herausforderungen, Stress oder Gefahr wird dieser Stoff vermehrt ausgeschüttet. Noradrenalin macht geistesgegenwärtig, fokussiert die Aufmerksamkeit und wirkt positiv auf die Motivation.
Faktoren, die das Neurotransmitter-Gleichgewicht beeinflussen
Das Gleichgewicht der Neurotransmitter ist ein komplexes Zusammenspiel verschiedener Faktoren. Dazu gehören:
Ernährung: Die Bausteine für Neurotransmitter stammen aus der Nahrung. Eine ausgewogene Ernährung, die reich an Aminosäuren, Vitaminen und Mineralstoffen ist, ist essenziell für die Neurotransmitter-Synthese. Macht sich dennoch ein Serotonin-Mangel bemerkbar, sind Lebensmittel wichtig, die L-Tryptophan enthalten.L-Tryptophan ist eine Aminosäure, welche die Vorstufe des Glückshormons Serotonin bildet. Fleisch, Fisch, Eier und Milchprodukte enthalten besonders viel Tryptophan. Um Dopamin zu verstärken, bietet sich beispielsweise der Verzehr von Avocados, grünem Blattgemüse, Äpfeln, Nüssen, Samen, Haferflocken und dunkler Schokolade an. Gute Nachricht für alle Kaffee-Liebhaber: Auch Kaffee und Grüner Tee pushen Dopamin - sollten aber in Maßen genossen werden. Einen Acetylcholin-Mangel kannst du durch gesunde Fette ausgleichen. Fetthaltiger Fisch, Fleisch, Geflügel, Eier und fetthaltige Milchprodukte sind reich an Cholin, der Vorstufe von Acetylcholin. GABA steigt hingegen an, wenn du beispielsweise Bananen, Brokkoli, Zitrusfrüchte, Linsen, braunen Reis, Fisch, Nüsse, Haferflocken, Spinat, probiotischen Joghurt, Kefir oder Sauerkraut auf deinen Speiseplan setzt.
Stress: Chronischer Stress kann das Neurotransmitter-Gleichgewicht stören und zu einem Mangel an bestimmten Neurotransmittern führen. Hektik, Stress, Überforderung - der heutige Lifestyle ist nicht gerade eine Wellnesskur für unsere Nervenzellen. Ständig müssen sie aktiv sein, verschiedene Dinge gleichzeitig erledigen, sie sind immer unter Strom - dabei kommt die Entspannung viel zu kurz. Und ehe man sich versieht, machen sich die ersten Anzeichen einer Dysbalance bemerkbar.
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Schlaf: Ausreichend Schlaf ist wichtig für die Regeneration des Nervensystems und die Aufrechterhaltung eines gesunden Neurotransmitter-Gleichgewichts.
Bewegung: Regelmäßige körperliche Aktivität kann die Ausschüttung von Neurotransmittern wie Serotonin und Dopamin fördern. Regelmäßiger Sport, ausreichend Schlaf, frische Luft und Sonnenschein sorgen für die Ausschüttung von Serotonin und Dopamin. Wer den ganzen Tag im Büro sitzt und von einem Meeting zum nächsten rennt, sollte dringend für Ausgleich sorgen.
Genetische Faktoren: Genetische Variationen können die Aktivität von Enzymen beeinflussen, die an der Neurotransmitter-Synthese und dem Abbau beteiligt sind. So gibt es bei Menschen alleine schon genetisch bedingt eine hohe, mittlere und niedrige Abbaurate von aktivierenden Neurotransmittern durch COMT bzw. MAO. Ist die Abbaurate z.B. niedrig, dann “stauen“ sich die Neurotransmitter vor dem Enzym und es liegt bei diesem Menschen eher ein gesteigertes Aktivitätsniveau vor. Gerade die genetischen Varianten von COMT und MAO werden in der Verhaltensforschung ausgiebig untersucht.
Epigenetische Faktoren: Epigenetische Faktoren können die Genexpression beeinflussen und somit die Bildung von Enzymen und Rezeptoren regulieren. Enzyme werden als Eiweißstoffe selber durch ein einzelnes Gen bzw. mehrere Gene gebildet. Gene können in ihrer Funktion an- und abgeschaltet werden. Die Faktoren, die das bewirken sind unter anderem “epigenetische Faktoren“. Epigenetik bedeutet vereinfacht “beim Gen“. Die Epigenetik ist ein verhältnismäßige neues Wissenschaftsgebiet. Bei der Regulierung des Herz- Kreislaufsystem durch aktivierende Neurotransmitter spielen epigenetische Einflussgrößen ebenfalls eine wichtige Rolle. Nach unseren Erfahrungen in Verbindung mit systematischen wissenschaftlichen Erkenntnissen haben hier z.B. Vitamin D induziert die Bildung des Enzyms Tyrosin-Hydroxylase (Umwandlung von Tyrosin in L-Dopa). Testosteron induziert genetisch die vermehrte Bildung der Catechol-O-Methytransferase (COMT) und Monoaminooxidase (MAO), was wiederum einem beschleunigten Abbau aktivierenden Neurotransmitter verbunden ist.
Medikamente und Drogen: Viele Medikamente und Drogen können das Neurotransmitter-Gleichgewicht beeinflussen, indem sie die Synthese, Freisetzung, Wiederaufnahme oder den Abbau von Neurotransmittern verändern.
Störungen des Neurotransmitter-Gleichgewichts und ihre Auswirkungen
Störungen des Neurotransmitter-Gleichgewichts können zu einer Vielzahl von neurologischen und psychischen Erkrankungen führen, darunter:
Depression: Ein Mangel an Serotonin, Noradrenalin und Dopamin wird mit Depressionen in Verbindung gebracht. Die Leitsymptome der Depression (gedrückte Stimmung, Antriebslosigkeit, Interessensverlust) könnten auf eine reduzierte Aktivität von bestimmten Transmittern zurückzuführen sein.
Angststörungen: Ein Ungleichgewicht von GABA, Serotonin und Noradrenalin kann zu Angstzuständen führen.
Schizophrenie: Eine Überaktivität von dopaminergen Zellgruppen wird für einige Formen der Schizophrenie verantwortlich gemacht.
Morbus Parkinson: Der Untergang von dopaminergen Neuronen in der Substantia nigra führt zu Bewegungsstörungen. Bei dieser Krankheit kommt es zum Untergang von dopaminergen Neuronen in der Substantia nigra. Die Folge davon ist, dass es zu einer vermehrten Hemmung innerhalb der Basalganglienschleife kommt, was schlussendlich die Motorik verlangsamt.
ADHS: Ein Mangel an Dopamin und Noradrenalin kann zu Aufmerksamkeitsdefiziten und Hyperaktivität führen.
Möglichkeiten zur Wiederherstellung des Neurotransmitter-Gleichgewichts
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, das Neurotransmitter-Gleichgewicht wiederherzustellen:
Ernährungsumstellung: Eine ausgewogene Ernährung, die reich an den notwendigen Nährstoffen für die Neurotransmitter-Synthese ist, kann helfen, das Gleichgewicht wiederherzustellen.
Nahrungsergänzungsmittel: Bestimmte Nahrungsergänzungsmittel, wie L-Tryptophan, 5-HTP und Cholin, können die Neurotransmitter-Synthese unterstützen. Jedoch sollte man die Einnahme von freiverkäuflichen Nahrungsergänzungsmitteln unkontrolliert vermeiden, da z.B. eine Überbehandlung mit Vitamin B6 schwere neurologische Störungen zur Folge haben kann.
Stressmanagement: Techniken zur Stressbewältigung, wie Meditation, Yoga und Atemübungen, können helfen, den Stresspegel zu senken und das Neurotransmitter-Gleichgewicht zu verbessern.
Regelmäßige Bewegung: Körperliche Aktivität kann die Ausschüttung von Neurotransmittern fördern und das Stimmung verbessern.
Medikamente: In einigen Fällen können Medikamente erforderlich sein, um das Neurotransmitter-Gleichgewicht wiederherzustellen. So verwenden wir bei der Behandlung von Depression die sog. Serotonin- bzw. die Noradrenalin-Wiederaufnahme-Hemmer.
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