Das zentrale Nervensystem: Aufbau, Funktion und Auswirkungen von Alkohol

Das zentrale Nervensystem (ZNS) ist die Steuerzentrale des Körpers. Es empfängt, verarbeitet und speichert Informationen und koordiniert lebenswichtige Funktionen. Dieser Artikel beleuchtet den Aufbau und die Funktion des ZNS und geht auf die Auswirkungen von Alkoholkonsum auf dieses komplexe System ein.

Einführung in das zentrale Nervensystem

Das ZNS besteht aus dem Gehirn und dem Rückenmark. Das Gehirn, das komplexeste Organ des menschlichen Körpers, kontrolliert sämtliche Körperfunktionen, von der Atmung bis hin zu komplexen kognitiven Leistungen. Das Rückenmark dient als Verbindung zwischen Gehirn und peripherem Nervensystem und ist für die Übertragung von Nervenimpulsen verantwortlich.

Aufbau des Gehirns

Das Gehirn lässt sich grob in folgende Bereiche unterteilen:

• Großhirnrinde (Kortex): Die 2-4 mm dicke Oberfläche des Großhirns enthält etwa 20 Milliarden Nervenzellen und ist für höhere kognitive Funktionen wie Denken, Sprache und Gedächtnis verantwortlich. Auf der Großhirnrinde lassen sich sensorische und motorische Rindenfelder lokalisieren. Besonders feinsensible oder feinmotorische Körperabschnitte (z.B. Finger, Gesicht) haben relativ große Rindenfelder, während weniger sensible Körperregionen (z.B. Bauch) nur relativ kleine Rindenfelder aufweisen. Die Neuriten der Pyramidenzellen (Betz`sche Riesenzellen) ziehen zum Hirnstamm, wo Fasern als Tractus corticonuclearis zur Gegenseite abzweigen.
• Basalganglien: Diese Kerne sind an der Bewegungssteuerung, dem Lernen und der Ausführung von Gewohnheiten beteiligt.
• Thalamus: Er dient alsRelaisstation für sensorische Informationen und filtert und leitet diese an die entsprechenden Bereiche der Großhirnrinde weiter. Im Thalamus erfolgt die Umschaltung auf das dritte Neuron der sensorischen Bahn.
• Hirnstamm: Er verbindet das Gehirn mit dem Rückenmark und kontrolliert lebenswichtige Funktionen wie Atmung, Herzschlag und Schlaf-Wach-Rhythmus.
• Kleinhirn (Cerebellum): Es ist für die Koordination von Bewegungen und das Gleichgewicht zuständig.

Die linke und rechte Gehirnhälfte haben unterschiedliche Aufgabenschwerpunkte, arbeiten aber stets als Einheit zusammen. Die linke Hemisphäre ist primär für die Sprachverarbeitung und das analytische Denken zuständig, während die rechte Hemisphäre das Zentrum für räumliches Denken und bildhafte Zusammenhänge ist.

Blutversorgung des Gehirns

Die Versorgung des Gehirns mit Sauerstoff und Nährstoffen wird durch ein komplexes System von Blutgefäßen gewährleistet.

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• Arterien: Der arterielle Zustrom erfolgt durch die A. carotis interna (ACI) und die A. vertebralis. Die ACI bildet hier eine „Karotissiphon“ genannte Schleife. Grundsätzlich speisen die ACI und die A. vertebralis auf jeder Seite die A. cerebri media (ACM) mit der A. cerebri anterior (ACA) sowie die A. cerebri posterior (ACP). Die A. vertebralis dextra et sinistra gehen aus der A. subclavia hervor und vereinigen sich zur A. basilaris, die den Hirnstamm und das Kleinhirn versorgt.
• Venen: Das venöse Blut fließt über Brückenvenen in den Sinus sagittalis superior (S.) und mündet in den S. transversus und S. petrosus superior. Wichtigste Anastomose ist die V. anastomotica superior, die in den S. sagittalis superior mündet und mit der V. anastomotica inferior verbunden ist. Die Vv. cerebri internae sind nur ca. 1 cm lang und münden in den Sinus rectus. Das venöse Blut verlässt den Schädel hauptsächlich über die V. jugularis interna.

Hirnhäute und Ventrikel

Das Gehirn ist von drei Hirnhäuten (Meningen) umgeben: Dura mater, Arachnoidea und Pia mater. Die Hirnhäute schützen das Gehirn und enthalten Blutgefäße und Nerven. Die sensible Innervation erfolgt durch Äste des N. ophthalmicus und N. maxillaris.

Im Inneren des Gehirns befinden sich vier mit Hirnwasser (Liquor cerebrospinalis) gefüllte Ventrikel: zwei Seitenventrikel, der dritte Ventrikel und der vierte Ventrikel. Das Ventrikelsystem enthält nur wenige Zellen (v.a. Ependymzellen).

Aufbau des Rückenmarks

Das Rückenmark ist ein langer, zylindrischer Strang von Nervengewebe, der sich vom Gehirn bis zum unteren Rücken erstreckt. Es ist von den Wirbeln der Wirbelsäule geschützt. Das Rückenmark endet beim Erwachsenen auf Höhe der Hinterfläche des 2. Lendenwirbelkörpers (LII).

Das Rückenmark besteht aus grauer und weißer Substanz. Die graue Substanz befindet sich im Zentrum des Rückenmarks und enthält die Zellkörper der Nervenzellen. Die weiße Substanz umgibt die graue Substanz und besteht aus Nervenfasern (Axonen), die Informationen zwischen Gehirn und Körper übertragen.

Das Rückenmark lässt sich in verschiedene Abschnitte unterteilen:

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• Vorderhorn (Cornu anterius): Enthält motorische Nervenzellen, die Muskeln und Drüsen steuern.
• Hinterhorn (Cornu posterius): Empfängt sensorische Informationen aus dem Körper.
• Seitenhorn (Cornu laterale): Enthält vegetative Nervenzellen, die die inneren Organe steuern.

Bahnen des Rückenmarks

Das Rückenmark enthält aufsteigende (afferente) und absteigende (efferente) Nervenbahnen.

• Aufsteigende Bahnen: Übertragen sensorische Informationen vom Körper zum Gehirn. Ein Beispiel ist die Hinterstrangbahn, die Informationen über Berührung, Druck und Vibrationen leitet. Hier kreuzen die Fasern auf die Gegenseite.
• Absteigende Bahnen: Übertragen motorische Befehle vom Gehirn zum Körper. Ein Beispiel ist die Pyramidenbahn (Tractus corticospinalis), die willkürliche Bewegungen steuert. 80% der Fasern kreuzen in der unteren Medulla oblongata auf die Gegenseite. Andere absteigende Bahnen beeinflussen Muskeltonus und Gleichgewicht (z.B. Tractus vestibulospinalis).

Blutversorgung des Rückenmarks

Die Blutversorgung des Rückenmarks erfolgt über die A. spinalis anterior und die beiden Aa. spinales posteriores. Diese Gefäße erhalten Zuflüsse aus den Vertebral- und Segmentarterien (Aa. intercostales und Aa. lumbales). Eine wichtige Zuflussarterie ist die A. radicularis magna, die meist zwischen LII und LIII heranzieht.

Reflexe

Reflexe sind unwillkürliche Reaktionen auf einen Reiz. Sie werden über Reflexbögen vermittelt, die aus einem sensorischen Neuron, einem Interneuron (im Falle von Fremdreflexen) und einem motorischen Neuron bestehen.

• Eigenreflexe (Muskeleigenreflexe): Reizort und Erfolgsorgan sind identisch. Ein Schlag auf die Ansatzsehne führt zur Kontraktion desselben Muskels. Beispiele sind der Patellarsehnenreflex und der Achillessehnenreflex.
• Fremdreflexe: Reizort und Erfolgsorgan sind nicht identisch. Die Reizweiterleitung erfolgt über Interneurone (= polysynaptischer Reflex). Beispiele sind der Cornealreflex (Lidschlussreflex), der Würgreflex und der Analreflex.

Auswirkungen von Alkoholkonsum auf das ZNS

Alkoholkonsum bewirkt vielfältige Effekte im zentralen Nervensystem (ZNS). In den letzten Jahren konnten Bindungsstellen für Ethanolmoleküle an einer Reihe von Membranrezeptoren und Ionenkanälen charakterisiert werden. Bei der akuten Alkoholwirkung sind insbesondere NMDA- und GABAA-Rezeptoren bei der Ausprägung von psychotropen Wirkungen von Bedeutung.

Primäre Angriffsstellen des Alkohols

Welche molekularen Mechanismen sind primär dafür verantwortlich, dass Ethanol auf das ZNS einwirkt? Erst in letzter Zeit hat sich die sogenannte Proteintheorie, die besagt, dass Ethanol in erster Linie Membranproteine angreift, gegen die Lipidtheorie durchgesetzt. Bereits bei sehr niedrigen Blutalkohol-Konzentrationen von <0,1‰ kann direkt die Funktion verschiedener Ionenkanäle und Rezeptoren gestört werden.

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• NMDA-Rezeptoren: Ethanol hemmt die Funktion von N-Methyl-D-aspartat-(NMDA-)Glutamatrezeptoren bereits bei geringen Ethanolkonzentrationen. Die durch Ethanol hervorgerufene Hemmung des NMDA-Rezeptors kann zu den neuronalen und kognitiven Veränderungen beitragen, die mit einer Alkoholintoxikation assoziiert sind.
• GABAA-Rezeptoren: Die Funktion von GABAA-Rezeptoren wird durch Ethanol verstärkt. Der GABAA-Rezeptor ist der bedeutendste inhibierende Neurotransmitter-Rezeptor im Säugerhirn.

Neurochemische Veränderungen und Suchtentstehung

Die Interaktionen von Ethanolmolekülen mit ihren primären Angriffsstellen im ZNS bewirken subjektive Alkoholwirkungen und Intoxikation. Dem schließt sich eine zweite Welle indirekter Wirkungen auf eine Reihe von Neurotransmitter-/Neuropeptid-Systemen an. Man nimmt an, dass diese zweite Welle, an der in erster Linie Monoamine (Dopamin) und das endogene Opioidsystem beteiligt sind, entscheidend für die verstärkenden und belohnenden Eigenschaften von Alkohol ist. Molekulare Interaktionen von primären Angriffsstellen und den genannten neurochemischen Funktionssystemen können zu lang anhaltenden physiologischen Veränderungen innerhalb des mesokortikolimbischen Systems führen und als Folge süchtiges Verhalten bedingen.

Aufgrund einer verminderten präfrontalen Kontrolle und einer Rekrutierung striataler dopaminerger Mechanismen, die automatisiertes Verhalten begünstigen, wird das Verhalten im Verlauf der Suchtentwicklung repetitiv, zwanghaft und zunehmend unkontrolliert. Ferner kommt es zu einem negativen emotionalen Status, der insbesondere während Entzugsphasen bzw. Abstinenz auftritt und von dem extrahypothalamischen Corticotropin-Releasing-Hormon-System und dem dynorphinergen/Kappa-Opioid-Rezeptorsystem vermittelt wird.

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