Einführung
Die vegetative Speicherung von Dopamin ist ein komplexer Prozess, der eine entscheidende Rolle bei der Steuerung verschiedener physiologischer Funktionen spielt. Dopamin, oft als "Glückshormon" bezeichnet, ist ein Neurotransmitter, der an der Vermittlung von Belohnung, Motivation, Bewegung und vielem mehr beteiligt ist. Dieser Artikel beleuchtet die Mechanismen der Dopaminspeicherung, seine Bedeutung für die Gesundheit und die Auswirkungen von Dopaminungleichgewichten.
Neurotransmission und die Rolle von Dopamin
Grundlagen der Neurotransmission
Die Funktionsweise der meisten Synapsen beruht auf biochemischer Signalübertragung mittels Neurotransmittern. Diese werden präsynaptisch ausgeschüttet und docken postsynaptisch an spezifische Rezeptoren anderer Neuronen an, wo sie erregend oder hemmend wirken. Jeder Neurotransmitter definiert ein System - eine spezifische Maschinerie, die für Synthese, Ausschüttung, Wirkung, Wiederaufnahme und Abbau des Transmitters zuständig ist, etwa das dopaminerge System oder das cholinerge System. Schnelle Kommunikation beruht in der Regel auf den Aminosäure-Neurotransmittern Glutamat, GABA oder Glycin, die Ionenkanäle in der Zelle aktivieren. Durch ihre längerfristige, das Gesamtsystem modulierende Wirkung haben auch Amin-Transmitter wie die „Glückshormone“ Serotonin und Dopamin herausragende Bedeutung.
Dopamin als Neurotransmitter
Dopamin entsteht ebenso wie Noradrenalin und Adrenalin aus der Aminosäure Tyrosin. Dopaminhaltige Zellen finden sich vielerorts im Zentralnervensystem, zwei dopaminerge Neuronengruppen haben aber besondere Bedeutung: Die eine befindet sich in der Substantia nigra im Mittelhirn und sendet ihre Nerven ins Striatum. Dieser Pfad ist für die Steuerung willkürlicher Bewegungen wichtig. Die 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.
Dopaminrezeptoren und ihre Subtypen
Jeder Neurotransmitter hat seine eigenen, spezifischen Rezeptoren - und in der Regel viele verschiedene davon, die sogenannten Subtypen. Unterscheiden lassen sie sich in Laboruntersuchungen beispielsweise dadurch, wie sie auf andere chemische Verbindungen reagieren. So gibt es bei den Glutamatrezeptoren drei Subtypen. Einer davon lässt sich außer durch Glutamat auch durch eine als „AMPA“ bezeichnete Substanz aktivieren, ein anderer durch die Aminosäure NMDA und der dritte durch die so genannte Kainsäure. Solche Verbindungen, auf welche die Rezeptorsubtypen ansprechen, heißen auch Agonisten. Im Gegensatz dazu stehen die Antagonisten, die einen Rezeptor blockieren statt aktivieren.
Die Dopaminspeicherungsmaschinerie
Synthese und Transport von Dopamin
Das gebildete Dopamin wird über Nervenbahnen (Axone) in dopaminerge Zellen transportiert. Dort wird es in Vesikel eingelagert, die später an die Zellmembran herangeführt und dann auf elektrische Impulse hin ausgeschüttet werden, u.a. in den ca. 20 bis 40 Nanometer breiten und 0,5 Nanometer tiefen synaptischen Spalt. Die Dopaminausschüttung erfolgt hauptsächlich durch dopaminerge Nervenzellen in der Substantia nigra pars compacta und im ventralen Tegmentum. Diese Nervenzellen projizieren über ihre Axone in verschiedene Regionen des Gehirns, wie das Striatum und den PFC, und beeinflussen dort verschiedene Funktionen wie Bewegung, Erlernen von Gewohnheiten, Belohnung und Motivation.
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Vesikel und die Rolle von VMAT2
In den Vesikeln sind die Neurotransmitter vor den abbauenden Enzymen, die innerhalb der Zelle, aber außerhalb der Vesikel liegen, geschützt. Die Speichervesikel schützen Dopamin vor dem Abbau. Um in ein Speichervesikel zu gelangen, muss der Neurotransmitter erneut einen Transporter-Kanal, der ebenfalls aus Proteinen besteht, passieren. Wir nutzen die Funktion eines Vesikel-Transporters auch therapeutisch. Der Blockade des Transporters VMAT2, z.B. durch Reserpin kann bei zu starker neurovegetativer Aktivierung z.B. zur Behandlung des Bluthochdrucks oder bei innerer Unruhe und Angstzuständen therapeutisch eingesetzt werden. Reserpin blockiert VMAT und damit die Einlagerung von Dopamin in die Vesikel. Mit Reserpin behandelte Hasen sind paralysiert. Eine Gabe von L-DOPA, einem Präkursor von Dopamin, stellte die Bewegungsfähigkeit wieder her, trotz fortbestehender VMAT-Blockade.
Freisetzung und Wiederaufnahme von Dopamin
Die Dopaminfreisetzung aus synaptischen Varikositäten erfolgt durch die Fusion der Vesikel mit der präsynaptischen Plasmamembran. Die Fusion exozytischer synaptischer Vesikel mit der präsynaptischen Plasmamembran wird durch die Bildung des SNARE-Komplexes ausgelöst. Ein kleiner Teil der mit Neurotransmitter gefüllten Vesikel wird mittels Synapsin an das Aktinskelett der aktiven Zone in der Nähe spannungsgesteuerter Ca2+ Membran-Kanäle gebunden und dort aktiviert. Depolarisiert ein Aktionspotenzial die präsynaptische Plasmamembran, tritt Ca2+ durch diese Kanäle ein und löst mittels Synaptotagmin 1, 2 oder 9, die als Ca2+ Sensoren fungieren, die Fusion der Vesikel mit der Membran aus.
Nach der Signalübertragung muss Dopamin aus dem synaptischen Spalt entfernt werden, um die Synapse wieder funktionsfähig zu machen. In den meisten Fällen werden die freien Neurotransmitter allerdings 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. Die Funktion von Wiederaufnahmekanälen wird bei den aktivierenden Neurotransmittern auch therapeutisch genutzt. So verwenden wir bei der Behandlung von Depression die sog. Serotonin- bzw. die Noradrenalin-Wiederaufnahme-Hemmer.
Abbau von Dopamin
Der Abbau von aktivierenden Neurotransmittern erfolgt überwiegend innerhalb des Signal-sendenden Nervs. Ebenso wie bei der Bildung von Neurotransmittern spielen bei ihrem Abbau Enzyme eine entscheidende Rolle. Von hervorgehobener Bedeutung sind hier die Enzyme Catechol-O-Methytransferase (COMT) und die Monoaminooxidasen (MAO). Für COMT und MAO kennen wir genetische Varianten. So gibt es bei Menschen alleine schon genetisch bedingt eine hohe, mittlere und niedrige Abbaurate von aktivierenden Neurotransmittern durch COMT bzw. MAO.
Dopaminungleichgewicht und seine Folgen
Dopaminmangel
Ein Mangel an Dopamin hat ebenso wie ein Dopamin-Überschuss massive Konsequenzen für den Organismus. Die Auswirkungen eines Dopaminmangels lassen sich in Extremform an den bekannten Symptomen der Parkinson´schen Krankheit ersehen. Bei dieser schwerwiegenden Erkrankung liegt eine massive Verarmung an Dopamin und Empfangsstellen für Dopamin (Rezeptoren) in verschiedenen Hirnregionen (Substantia nigra, Corpus striatum) vor, die eine wichtige Rolle für die Bewegung und Koordination vor allem der Arme und Beine haben. Eine große Anzahl an Personen leidet an weniger stark ausgeprägten Formen des Dopaminmangels, die sich ebenfalls durch Bewegungsstörungen, Motivationslosigkeit oder Tagesmüdigkeit äußern können. Häufig wird bei solchen weniger deutlich auftretenden Symptomen kein Zusammenhang mit einem Dopamin-Mangel vermutet.
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Dopaminüberschuss
Bei einem Überschuss an Dopamin kann es zu Empfindungsstörungen und Gefühlsirritationen kommen. Von den steten Eindrücken, denen Menschen täglich ausgesetzt sind, kann der gesunde Mensch ca. 90 % filtern bzw. ausblenden. Nur ca. 10% werden emotional wahrgenommen. Liegt der Dopaminspiegel zu hoch, wird die Wahrnehmung verschärft, wodurch die natürlichen Wahrnehmungsfilter überlastet werden. In der Folge können Angstzustände, manisch-depressive Episoden oder „Nervenzusammenbrüche“ entstehen.
Dopamin und psychische Erkrankungen
Aber auch andere Symptome und psychische Krankheiten werden mit Störungen des Dopaminsystems in Verbindung gebracht. Ein Mangel an Dopamin hat ebenso wie ein Dopamin-Überschuss massive Konsequenzen für den Organismus. Ein Mangel an dem Glückshormon Dopamin kann hingegen zu den Ursachen einer Depression zählen, da der Mensch durch die geringe Ausschüttung des aktivierenden Neurotransmitters antriebsloser, trauriger und gehemmter wird.
Dopamin und Schlafstörungen bei Morbus Parkinson
Schlafstörungen sind aufgrund der integralen Rolle von Dopamin in der Regulation des zirkadianen Rhythmus inhärente Störungen des Morbus Parkinson. Dopamin spielt in der Regulation des zirkadianen Rhythmus eine wesentliche Rolle, indem es die rhythmische Expression von Melanopsin in retinalen Ganglienzellen reguliert und darüber das zirkadiane Entrainment moduliert. Durch Stimulation von D2-Rezeptoren wird weiters die Expression von zwei wesentlichen Clock-Genen (Per 1 und Per 2) im Striatum gesteuert. Dopamin reguliert die Aktivität des Heterodimers Bmal1/Clock, der wiederum die Transkription der Clock-Gene beeinflusst. Über die Stimulation von D4-Rezeptoren steuert Dopamin die zirkadiane Synthese des „Schlafhormons“ Melatonin.
Therapeutische Interventionen
Medikamentöse Therapie
Therapeutische Maßnahmen bestehen bei einem Dopaminungleichgewicht ebenso wie bei Serotonin-Problematiken aus der Darreichung von Medikamenten mit Aminosäuren, aus denen der Körper den Neurotransmitter selbst herstellen kann. Bei Dopamin ist die Aminosäure Tyrosin wichtig, um Defizite im Dopaminspiegel zu beheben. Direkt zugeführtes Dopamin kann die Blut-Hirn-Schranke nicht passieren, weshalb es nicht zum Wirkungsort im Gehirn gelangen könnte.
Einfluss der Ernährung auf den Dopaminspiegel
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.
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Dopamin und Sucht
Die Dopaminausschüttung kann nicht nur durch positive Erlebnisse und Empfindungen ausgelöst werden, sondern auch durch den Missbrauch von Suchtmitteln. Da Dopamin wie ein körpereigenes Aufputschmittel wirkt, können zugeführte Suchtmittel wie Amphetamine, Nikotin, Opiate oder Kokain ebenfalls die Dopaminausschüttung fördern, um das Glücksempfinden zu stimulieren.
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