Nikotin, ein Pflanzenalkaloid, das vor allem in der Tabakpflanze vorkommt, übt vielfältige Wirkungen auf das Nervensystem aus. Es kann die Blut-Hirn-Schranke überwinden und beeinflusst die Erregungsübertragung an den Synapsen, insbesondere durch die Interaktion mit Natriumkanälen.
Grundlagen der Synapse
Definition und Funktion
Synapsen bilden die Verbindungsstellen zwischen Nervenzellen und anderen Zellen, wie Nerven-, Sinnes- oder Drüsenzellen sowie Muskelfasern. Sie dienen der Informationsverarbeitung und -weiterleitung durch Erregungsübertragung.
Arten von Synapsen
Man unterscheidet zwischen elektrischen und chemischen Synapsen.
Elektrische Synapsen
In einer elektrischen Synapse wird die Erregung direkt in Form eines elektrischen Signals an die benachbarte Zelle weitergegeben. Dies geschieht fast verzögerungsfrei über spezielle Proteinkanäle, sogenannte Gap Junctions, die die Zellen miteinander verbinden. Die Informationsübertragung erfolgt in weniger als einer Millisekunde.
Chemische Synapsen
Chemische Synapsen übertragen eine Erregung indirekt auf die nächste Zelle, indem sie ein elektrisches Signal in ein chemisches umwandeln. Dazu wird die Freisetzung von Botenstoffen (Neurotransmittern) durch ein elektrisches Signal ausgelöst. Die Übertragung dauert länger (etwa 1 Millisekunde) als bei elektrischen Synapsen.
Lesen Sie auch: Wie Nikotin die Synapse beeinflusst
Aufbau einer chemischen Synapse
Eine chemische Synapse besteht vereinfacht aus drei Bereichen:
- Präsynaptischer Teil: Befindet sich am Ende der Nervenzelle und enthält Vesikel mit Neurotransmittern.
- Synaptischer Spalt: Der Raum zwischen der prä- und postsynaptischen Membran.
- Postsynaptischer Teil: Befindet sich an der nachgeschalteten Zelle und enthält Rezeptoren für die Neurotransmitter.
Ablauf der Erregungsübertragung an einer chemischen Synapse
- Ein Aktionspotential erreicht das Endknöpfchen der präsynaptischen Zelle.
- Spannungsgesteuerte Calciumkanäle öffnen sich, und Calciumionen strömen in den präsynaptischen Teil.
- Die Zunahme der Calciumionenkonzentration führt dazu, dass die Vesikel mit der präsynaptischen Membran verschmelzen und Neurotransmitter in den synaptischen Spalt freisetzen.
- Die Neurotransmitter diffundieren zur postsynaptischen Membran und binden an spezifische Rezeptoren.
- Durch die Bindung öffnen sich Ionenkanäle, beispielsweise Natriumkanäle, was zu einem postsynaptischen Potential führt. Je nach Ionenstrom wird ein aktivierendes oder hemmendes Signal in der postsynaptischen Zelle ausgelöst.
- Die verbleibenden Neurotransmitter im synaptischen Spalt werden durch Enzyme in Spaltprodukte zerlegt oder durch präsynaptische Transporter in die sendende Zelle wiederaufgenommen.
Nikotin und seine Wirkung
Allgemeines zu Nikotin
Nikotin ist ein Pflanzenalkaloid, das vor allem in der Tabakpflanze vorkommt. Es ist eins der wenigen Gifte, welche die Blut-Hirn-Schranke überwinden kann. Im Gegensatz zu Acetylcholin wird Nikotin nicht von der Acetylcholinesterase gespalten. Auch kann es nicht zu einer kumulierten Wirkung kommen, weil sich Nikotin im Körper relativ schnell verteilt und vom Körper ebenfalls relativ schnell abgebaut wird. In kleinen Dosen wirkt Nikotin kurzzeitig sogar anregend und leistungsfördernd.
Nikotinwirkung an den Synapsen
Nikotin ahmt die Wirkung des Neurotransmitters Acetylcholin nach, indem es an dessen Rezeptoren in der postsynaptischen Membran bindet und diese aktiviert. Diese Rezeptoren sind rezeptorgesteuerte Natriumkanäle.
Die Rolle der Natriumkanäle
Durch die Bindung von Nikotin öffnen sich die Natriumkanäle, was zu einem Einstrom von Natriumionen in die postsynaptische Zelle führt. Dies hat eine Depolarisation der Membran zur Folge, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass ein Aktionspotential ausgelöst wird.
Spezifische Wirkungen von Nikotin
- Dauererregung: Nikotin wird nicht von der Cholinesterase gespalten, was zu einer verlängerten Aktivierung der Natriumkanäle und somit zu einer Dauererregung führen kann.
- Einfluss auf Hirnareale: Nikotin beeinflusst verschiedene Hirnareale, was zur Anregung der Dopaminproduktion und -ausschüttung führt. Dies kann ein Wohlbefinden und eine Beruhigung zur Folge haben (Belohnungszentrum).
- Anregung des vegetativen Nervensystems: Nikotin regt Sympathikus und Parasympathikus an, was die Verdauung fördert, die Blutgefäße verengt (Erhöhung des Blutdrucks), den Herzschlag steigert und den Muskeltonus erhöht. Zudem fördert es Wachheit und Konzentrationsfähigkeit.
- Einfluss auf das Brechzentrum: Nikotin wirkt auch auf das Brechzentrum im Gehirn ein.
Nikotinabbau und Kumulation
Nikotin wird ziemlich schnell vom Körper abgebaut, weshalb es praktisch nicht zu einer Kumulation kommt, selbst wenn man über einen Tag verteilt insgesamt mehr Nikotin zu sich nimmt, als die tödliche Dosis.
Lesen Sie auch: Nikotin: Eine Übersicht
Synapsengifte und ihre Wirkungsweisen
Synapsengifte sind Substanzen, die in die Signalübertragung an Synapsen eingreifen und diese stören oder verhindern können. Sie beeinflussen die Erregungsübertragung auf unterschiedliche Weise, je nachdem, an welchem Teil der Synapse sie wirken (Präsynapse, synaptischer Spalt, Postsynapse).
Beispiele für Synapsengifte
- Nikotin: Aktiviert postsynaptische Rezeptoren und öffnet dadurch Natriumkanäle. Dies hat eine erregende Wirkung auf den Körper.
- Kokain: Bewirkt, dass der Botenstoff Dopamin ohne ein elektrisches Signal in den synaptischen Spalt gelangt und verhindert die Wiederaufnahme in den präsynaptischen Teil. Dadurch ist ein Vielfaches der normalen Botenstoffmenge im synaptischen Spalt vorhanden, und die nachfolgende Zelle wird dauergereizt.
- Curare: Blockiert Acetylcholinrezeptoren der motorischen Endplatten, was zu einer Atemlähmung führen kann.
- Botulinumtoxin: Verhindert die Ausschüttung von Transmittern, da es die Verschmelzung der synaptischen Vesikel und der präsynaptischen Membran blockiert.
- Alpha-Latrotoxin: Bindet an die Rezeptoren des präsynaptischen Endknöpfchens und sorgt so für die dauerhafte Öffnung der Calciumkanäle, was zu Muskelverkrampfungen führt.
- Atropin: Blockiert die Rezeptoren der postsynaptischen Membran, wodurch das Aktionspotential ausbleibt.
- E 605 / Neostigmin: Hemmt das Enzym Acetylcholinesterase, welches dafür zuständig ist, Acetylcholin in Cholin und Essigsäure zu spalten.
Weitere Aspekte des Nervensystems
Neuronen
Neuronen sind Nervenzellen, die Informationen in Form von elektrischen und chemischen Signalen weiterleiten. Sie bestehen aus einem Zellkörper (Soma), Dendriten und einem Axon.
- Dendriten: Nehmen Signale von anderen Neuronen auf.
- Axon: Leitet Signale an andere Zellen weiter. Am Ende eines Axons befinden sich Terminale, die die Information der präsynaptischen Zelle über chemische Synapsen an postsynaptische Zellen weitergeben.
- Axonhügel: Der Ursprung des elektrischen Signals der Nervenzelle, der Zellkern und Axon verbindet.
- Myelinscheide: Eine Isolierschicht aus Schwannzellen, die das Axon umgibt und die elektrische Leitung des Axons verbessert.
Gliazellen
Im Nervensystem von Wirbeltieren finden sich 2- bis 10-mal so viele Gliazellen wie Neuronen. Sie unterstützen die Neuronen in vielfältiger Weise.
- Astrozyten: Die größten Gliazellen, die die Neuronen über Kontakte zu Blutgefäßen ernähren.
- Oligodendrozyten: Bilden im ZNS die Myelinscheiden um Axone.
- Mikroglia: Immuneffektorzellen im ZNS, die bei Krankheiten oder Verletzungen aktiv werden und tote oder absterbende Neuronen verschlingen.
Neurotransmitter
Neurotransmitter sind Botenstoffe, die Informationen an chemischen Synapsen zwischen Nerven übertragen. Beispiele sind Dopamin, Noradrenalin, Serotonin, Acetylcholin, GABA und Glutamat. Neurotransmitter bewirken durch ihre Ausschüttung an den Synapsen eine chemische Reizweiterleitung.
Rezeptoren
Rezeptoren sind empfangende Andockstellen für Botenstoffe. Sie können sich im Gleichgewicht zwischen dem aktiven und dem inaktiven Zustand befinden und verschiedene Bindungsstellen haben.
Lesen Sie auch: Nikotin: Auswirkungen auf das Gehirn
- Orthosterische Bindungsstelle: Hier binden Agonisten (aktivieren Rezeptor) und Antagonisten (hemmen Rezeptor).
- Allosterische Bindungsstelle: Hier bindet ein allosterischer Modulator, der die Effekte eines Liganden an der orthosterischen Bindungsstelle verändert.
Membranpotential und Aktionspotential
Neuronen enthalten im Ruhezustand in ihrem Inneren eine niedrigere Spannung als der extrazelluläre Raum. Dieser Spannungsunterschied wird durch die Natrium-Kalium-Pumpe aufrechterhalten. Ein Aktionspotential ist ein schneller Spannungsanstieg, der die Zellmembran durchlässiger für Natriumionen macht und so eine Signalweiterleitung ermöglicht.
Klinische Bedeutung
Das Verständnis der Nikotinwirkung auf Synapsen und Natriumkanäle ist wichtig für die Entwicklung von Therapien zur Behandlung von Nikotinabhängigkeit und anderen neurologischen Erkrankungen. Darüber hinaus spielen Synapsengifte eine wichtige Rolle in der Medizin und Toxikologie, da sie sowohl als Medikamente als auch als Ursachen für Vergiftungen in Erscheinung treten können.
tags: #nikotin #an #synapse #darstellung #natriumkanale