Nikotin, ein Nervengift, das natürlicherweise in der Tabakpflanze vorkommt, ist bekannt für sein hohes Suchtpotenzial. Es wirkt, indem es an nikotinische Acetylcholin-Rezeptoren (nAChRs) bindet und diese aktiviert. Diese Rezeptoren spielen eine entscheidende Rolle in verschiedenen physiologischen Prozessen, was die vielfältigen Auswirkungen von Nikotin auf den Körper erklärt.
Die Natur von Nikotin
Nikotin ist ein Alkaloid, das nicht nur in Tabakpflanzen, sondern auch in anderen Nachtschattengewächsen vorkommt. Es passiert leicht die Blut-Hirn-Schranke und erreicht das Gehirn innerhalb von 10 bis 20 Sekunden nach dem Inhalieren von Tabakrauch. Nikotin kann aber auch über die Haut aufgenommen werden.
Nikotinische Acetylcholin-Rezeptoren (nAChRs)
Nikotin entfaltet seine Wirkung, indem es sich an nikotinische Acetylcholin-Rezeptoren bindet, die normalerweise vom Neurotransmitter Acetylcholin stimuliert werden. Diese Rezeptoren befinden sich vor allem auf den motorischen Endplatten, wo Signale von Nervenzellen an Muskeln weitergeleitet werden, sowie im Gehirn, insbesondere auf den nachgeschalteten Nervenzellen von Sympathikus und Parasympathikus, die unbewusste Vorgänge wie Darmtätigkeit und Herzschlag steuern.
Die Wirkung von Nikotin auf die Rezeptoren
Nikotin stört wichtige Funktionen, da es ähnlich wie Acetylcholin wirkt. Es bindet lange an die Rezeptoren, was zu einer längeren Erregung der jeweiligen Zelle führt. Dies führt dazu, dass die Zelle länger braucht, um ihren Ruhezustand zu erreichen und ein neues Signal zu feuern, was bedeutet, dass Nikotin die Zelle hemmt.
Langfristig passen sich die Zellen an diesen Mechanismus an und bauen weitere Rezeptoren in die Zellmembran ein. Fehlt Nikotin, sind plötzlich zu viele freie Rezeptoren verfügbar, und die nachgeschalteten Nervenzellen können nicht mehr in dem Maß erregt werden, wie sie es eigentlich müssten. Dies führt zu einem sinkenden Dopaminlevel und dem Verlangen nach einer neuen Zigarette.
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Toxische Wirkungen hoher Dosen
Da die ACh-Rezeptoren für die Übertragung von Nervenimpulsen auf Muskelzellen wichtig sind, kann eine hohe Nikotindosis lähmend auf die Muskulatur wirken. Betrifft dies die Atemmuskulatur oder den Herzmuskel, kann dies tödlich enden.
Auswirkungen auf Botenstoffe und Hormone
Die Bindung von Nikotin an ACh-Rezeptoren führt zur Freisetzung verschiedener Botenstoffe wie Dopamin, Adrenalin, Noradrenalin und Serotonin sowie von Hormonen wie Cortisol. Insbesondere die Freisetzung von Dopamin im Nucleus accumbens aktiviert das Belohnungssystem im Gehirn, was zu einer schnellen Entwicklung einer Sucht mit psychischer und körperlicher Abhängigkeit führt. Das Abhängigkeitspotenzial von Nikotin im Tabakrauch wird von Forschern nur noch von Kokain und Heroin übertroffen.
Nikotin und Stoffwechsel
Nikotin greift in den Fettstoffwechsel ein und erhöht die Konzentration freier Fettsäuren und Cholesterol im Blut, was das Risiko einer Arteriosklerose und für Herzgefäßerkrankungen erhöht. Zusätzlich kommt es zur vermehrten Bildung von Salzsäure im Magen und in der Folge zu Gastritis und Magengeschwüren. Nikotin beeinflusst auch die Blutgerinnung und erhöht das Risiko für eine Thrombose. Es kann zu Gefäßspasmen und zum Raucherbein führen.
Abbau von Nikotin im Körper
Nikotin wird im Körper recht schnell wieder abgebaut. Nach 30 bis 60 Minuten wird es von der Leber oxidiert. Starke Raucher vergiften sich meist nicht an Nikotin, da sie es über Nacht entgiften. Allerdings verändert sich bei starken Rauchern der Stoffwechsel, wodurch auch andere Stoffe stärker umgesetzt werden. Dies kann zur Aktivierung krebserregender Stoffe und zu einer Erhöhung des Krebsrisikos führen, obwohl Nikotin und dessen Abbauprodukte selber nicht krebserregend sind.
Kurzfristige und langfristige Auswirkungen
Kurzfristig können hohe Nikotindosen Vergiftungserscheinungen wie Kopfschmerzen, Übelkeit, kalter Schweiß, Zittern und Herzrasen auslösen. Schwere Vergiftungen können Krämpfe, Schock und Koma auslösen und bei Dosen ab einem Milligramm pro Kilogramm Körpergewicht zu Tod durch Atemlähmung führen.
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Eine Studie aus dem Jahr 2013 ergab, dass das Risiko zu sterben für Raucher zwischen 25 und 79 Jahren drei Mal höher ist als für Nichtraucher. Rauchen ist unter anderem für die Entstehung von Lungentumoren, Herzinfarkten, Schlaganfällen und Arterienverkalkung verantwortlich.
Nikotin als experimentelle Substanz
Nikotin ist in der Neuro-Psychopharmakologie eine wichtige experimentelle Substanz. In kleineren Dosen soll es zur kurzfristigen Erhöhung subjektiver und objektiver Aktiviertheit, Verbesserung von Reaktionszeit und Konzentration, Aggressivitäts- und Angstreduktion und Muskelentspannung kommen. Kleinere Dosen von Nikotin erzielen meist Aktivitätserhöhung und besseres Lernen von Vermeidungsreaktionen. Im EEG zeigt sich Arousal. Höhere Dosen bewirken Verschlechterung des Lernens und Sedation im limbischen System mit Reduktion emotionaler Erregung (sog. biphasische Wirkung). Die unklaren Wirkungen von Nikotin auf das Verhalten sind möglicherweise aus den komplexen Wirkungen im ZNS und VNS zu erklären.
Acetylcholin: Der natürliche Partner des Rezeptors
Acetylcholin ist ein Neurotransmitter, der in cholinergen Neuronen produziert und freigesetzt wird. Cholinerge Synapsen befinden sich in einigen Gehirnbereichen (vor allem im basalen Vorderhirn) und sind erregend.
Synthese und Abbau von Acetylcholin
Acetylcholin wird in acetylcholinergen Terminalen aus Cholin und Acetyl-CoA durch das Enzym Cholinacetyltransferase synthetisiert. Das meiste Cholin im Körper findet sich in Phospholipiden. Acetylcholin wird im synaptischen Spalt durch Acetylcholinesterase in Cholin und Essigsäure gespalten.
Acetylcholin-Rezeptoren: Nikotinisch und Muskarinisch
Es gibt zwei Haupttypen von Acetylcholin-Rezeptoren: nikotinische und muskarinische. Nikotin wirkt auf nikotinische Acetylcholinrezeptoren, während Muscarin, ein Gift aus einem Pilz, auf muskarinische Acetylcholin-Rezeptoren wirkt.
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Der nikotinische Acetylcholin-Rezeptor der motorischen Endplatte besteht aus fünf Protein-Untereinheiten, die als α, β, γ und δ bezeichnet werden. Die alpha-Untereinheit kommt zweimal in dem Rezeptor vor, die Zusammensetzung ist also α2βγδ. Das Acetylcholin wird von den beiden α-Untereinheiten gebunden. Auch im Gehirn gibt es nikotinische Acetylcholin-Rezeptoren, die ebenfalls aus fünf Untereinheiten bestehen, allerdings nur aus alpha- und beta-Untereinheiten mit der Zusammensetzung α3β2.
Säugetiere besitzen fünf verschiedene muscarinische ACh-Rezeptoren, die als M1 bis M5 bezeichnet werden. Der muscarinische ACh-Rezeptor ist ganz anders aufgebaut als der nikotinische. Das Protein besteht nicht aus einzelnen Untereinheiten, sondern aus einer zusammenhängenden Kette aus etwa 400-500 Aminosäuren. Das Protein besitzt sieben alpha-Helices, welche die Zellmembran durchspannen. Auf der Innenseite der Membran ist das Rezeptorprotein an ein G-Protein gekoppelt.
Die Rolle von Acetylcholin bei der Dopaminfreisetzung
Acetylcholin-Neurone im Striatum können durch eine Aktivierung von Acetylcholin-Rezeptoren auf Dopamin-Axonen ein Aktionspotenzial in den dopaminergen Axonen auslösen, das in der Folge eine phasische Dopaminausschüttungen an den dopaminergen Terminalen auslöst. Die tonische und phasische Dopaminfreisetzung im NAc unterliegt einer starken Modulation durch cholinerge Interneuronen.
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