Kurzdefinition: Neurotransmitter sind die Stoffe, die Nervenzellen miteinander austauschen, um Signale weiterzugeben, wodurch sie Denken, Handeln und Gefühle eines Menschen steuern. Neurotransmitter findet man nicht nur im Gehirn, sondern sie sind etwa auch an der Steuerung der Blutgefäße beteiligt. Nervenzellen haben definierte Kontaktstellen, um Botenstoffe abzugeben. Die Axone bilden Synapsen, die sich an Dendriten der anderen Zelle (Nervenzelle) oder der motorischen Endplatte einer Muskelzelle anheften. Grundsätzlich hat ein Botenstoff nicht nur eine konkrete Wirkungsweise, sondern meist mehrere.
Die wichtigsten Neurotransmitter:
Acetylcholin: Übertragung von Nervenimpulsen auf die Muskulatur und im vegetativen Nervensystem; Nikotin etwa bindet kurzfristig Acetylcholin–Rezeptoren.
Adrenalin und Noradrenalin: dienen der Aktivierung im vegetativesn Nervensystem, Muskulatur, Herz, Gehirn, beim Stressgeschehen.
Serotonin: hat eine wichtige Rolle bei vielen psychischen Prozessen; ein Mangel führt u.a. zu Depressionen und Zwanghaftigkeit.
Dopamin: verantwortlich für psychische und psychosomatische Prozesse, Antriebssteigerung: ein Mangel führt zur Parkinsonschen Krankheit, erhöhte Dopaminaktivität in bestimmten Arealen führt zu Psychosen.
Grundsätzliches: Im menschlichen Gehirn gibt es an die 100 Milliarden Nervenzellen, die ständig miteinander kommunizieren und Informationen austauschen. Dafür gibt es zwei Methoden: entweder werden die Informationen durch elektrische Impulse weitergegeben oder auf biochemischem Weg über Moleküle übertragen, also über Trägersubstanzen (Botenstoffe, Neurotransmitter).
Wenn ein Nervenimpuls am Ende des präsynaptischen Neurons auftrifft, löst er die Ausschüttung eines Neurotransmitters, einer chemischen Substanz, aus, die in den Vesikeln des präsynaptischen Neurons gespeichert ist. Diese Bläschen schütten dann am Ende des Neurons diesen Transmitter aus, wobei diese Moleküle daraufhin den synaptischen Spalt überqueren und an den Rezeptoren am postsynaptischen Neuron andocken, kleinen Strukturen, die nur für bestimmte Neurotransmitter empfänglich sind, also wie ein Schlüssel für ein bestimmtes Schloss funktioniert. Jeder Neurotransmitter wird also von einer Zelle (präsynaptische Zelle) freigesetzt und überwindet einen schmalen Spalt (synaptischen Spalt) und erreicht auf der anderen Seite die nachgeschaltete Zelle (postsynaptische Zelle). In deren Zellwand (Membran) befinden sich die Rezeptoren, die ihn erkennen und binden.
Chemisch betrachtet: Wenn die den Botenstoff abgebende Nervenzelle aktiviert wird, entsteht ein elektrisches Potential, das zu einem Kalziumeinstrom in die Zelle führt durch das die Vesikel, die mit den Transmittern gefüllt sind, mit der Zellmembrane verschmelzen und so die Botenstoffe in den sogenannten synaptischen Spalt zwischen den Zellen ausgeschüttet werden. Die andere den Botenstoff empfangende Zelle besitzt Rezeptoren, an denen die Transmitter andocken. Dabei können ganz unterschiedliche Prozesse ablaufen: elektrische Impulse etwa durch das Öffnen von Ionenkanälen in der Zellmembrane oder die Aktivierung von Proteinkinasen (Eiweißstoffe), die weitere Prozesse in der Zelle anstoßen. Hat die Impulsübertragung stattgefunden, muss der synaptische Spalt wieder frei werden, damit weitere Impulse per Botenstoff gesendet werden können. Die nicht angedockten Botenstoffe und auch die an einem Rezeptor angehefteten Transmitter werden anschließend entweder von Enzymen in Einzelteile gespalten und abtransportiert, oder sie werden von den ursprünglichen Zellen wieder aufgenommen. Häufig werden Neurotransmitter auch von den Gliazellen aufgenommen, was vor allem bei Glutamat vorkommt.
Wenn ein Neurotransmitttermolekül an einen Rezeptor anbindet, ist die im Neuron bewirkte elektrische Reaktion entweder erregend oder hemmend, je nach Art des Neurotransmitters und Zellmembrantyps. Eine Erregung steigert dann die Feuerungsrate, eine Hemmung senkt diese Rate. Wenn die Hemmung relativ zur Erregung steigt, sinkt die Rate mit der es feuert. Sie kann auch unter die Rate des Spontanniveaus fallen. Man unterscheidet deshalb drei Gruppen von Transmittern: Wenn die Botenstoffe die empfangende Zelle erregen, nennt man sie exitatorische Transmitter (Adrenalin, Glutamat und Acetylcholin). Wenn die Botenstoffe die Zelle hingegen hemmen, nennt man sie inhibitorische Transmitter (GABA und Glyzin). Zusätzlich gibt es noch Transmitter, die eine langfristige, neuromodulatorische Wirkung haben.
Neurotransmitter sind also jene Botenstoffe, die Informationen von einer Nervenzelle auf eine andere Zelle übertragen, wobei der Empfänger nicht unbedingt eine Nervenzelle sein muss, sondern es kann auch eine Muskel- oder Drüsenzelle sein. Neurotransmitter sind dabei chemische Moleküle, die auf ein Signal (Aktionspotenzial) hin aus Nervenzellen freigesetzt werden und die Aktivität von nachgeschalteten Zellen durch Bindung an bestimmte Moleküle (Rezeptoren) verändern können. Die Rezeptoren sind Eiweißmoleküle, die sich in der Zellwand dieser nachgeschalteten Zelle befinden.
Entdeckt wurden die chemischen Botenstoffe von Otto Loewy um 1920 bei Versuchen an Froschherzen, als er an einem in einer Flüssigkeit isolierten Herzen den zuführenden Nerv (Nervus vagus) elektrisch gereizt hatte und das Herz daraufhin langsamer schlug. Man verabreichte die Flüssigkeit einem zweiten Herzen, das daraufhin ebenfalls langsamer schlug. Offensichtlich wird aus dem Nervus vagus eine chemische Substanz freigesetzt, die den Herzschlag verlangsamt. Heute weiß man, dass dieser Neurotransmitter Acetylcholin an der Steuerung lebenswichtiger Funktionen wie Atmung, Blutdruck, Herzschlag, Verdauung, Stoffwechsel, aber auch an komplexen Verhaltensäußerungen wie Aufmerksamkeit und Schlaf beteiligt ist.
Noch heute gelten dabei folgende Kriterien, die Otto Loewi vor mehr als hunder Jahren definiert hat: Der Neurotransmitter muss in präsynaptischen Teilen einer Nervenzelle vorhanden sein und durch neuronale Aktivität in ausreichender Konzentration freigesetzt werden. Die Wirkung des Neurotransmitters kann durch Anregung von außen ausgelöst werden und durch spezifische pharmakologische Agonisten oder Antagonisten initiiert oder gehemmt werden. Über einen festgelegten zellbiologischen Mechanismus, zum Beispiel Abbau durch ein Enzym oder die Wiederaufnahme aus dem synaptischen Spalt in die Zelle zurück, muss die Wirkung beendet werden können. Jeder Transmitter hat seine eigene biochemische Spezifität, damit Produktion des Botenstoffs, Freisetzung, Wirkung an der Zielstruktur und Wiederaufnahme oder der Abbau funktionieren. Die grundsätzlichen Abläufe sind jedoch bei jedem Transmitter gleich. An der Ausgangseite der Nervenzelle, also in der Synapse, werden die Botenstoffe auf Vorrat gebildet und in kleinen Bläschen (Vesikeln) gespeichert. Erreicht ein Aktionspotenzial die Synapse, dann entleeren sich die Vesikel mit dem jeweiligen Neurotransmitter in den synaptischen Spalt. An der gegenüberliegenden Nervenzelle, der postsynaptischen Membran, befinden sich bestimmte Rezeptor-Proteine, die Zielstruktur des Neurotransmitters. Durch Bindung an diese Rezeptormoleküle erfolgt ein aktivierendes oder hemmendes Signal, das über das postsynaptische Neuron, also die dahinterliegende Nervenzelle, verarbeitet wird. Nach der Signalvermittlung werden die überschüssigen Neurotransmitter entweder durch abbauende Enzyme, wie zum Beispiel die Monoaminooxidase, abgebaut, oder sie werden über Transportproteine an der präsynaptischen Membran wieder in das Neuron aufgenommen.
Klassifikation der Neurotransmitter anhand ihrer chemischen Struktur:
- Amine: Acetylcholin, Adrenalin, Noradrenalin, Dopamin, Serotonin, Histamin
- Aminosäuren: Glutamat, Glycin, Gamma-Aminobuttersäure u.a.
- Neuropeptide: Opioide (z.B. Endorphine, Enkephaline), Neurokinine (z.B. Substanz P), u.a.
Bei Mangel oder Überschuss an Neurotransmittern können typische Krankheiten auftreten, so bei Dopaminmangel die Parkinsonsche Erkrankung. Heute werden zahlreiche Nerven- und Gehirnerkrankungen und deren gezielter Therapie durch Eingriffe in den Stoffwechsel behandelt. Generell beeinflusst das Gehirn die Gesundheit und auch das Altern von Menschen, wobei es jeden Menschen einzigartig und unverwechselbar in seiner Wahrnehmung, seinem Denken, seinem Fühlen, Verhalten und Träumen macht. Der besondere Stoffwechsel des Gehirns benötigt für seine Nervenzellen besondere Nährstoffe, die in den letzten Jahren erst allmählich entdeckt wurden. Transmitter sind daher an der Steuerung von Befinden und Verhalten des Menschen maßgeblich beteiligt. Der am meisten verbreitete Neurotransmitter ist das Acetylcholin, der Transmitter aller das zentrale Nervensystem verlassender Nervenfasern. Ebenso wie das Acetylcholin wirkt z.B. auch Dopamin erregend auf die Synapsen und steuert überdies emotionale und geistige Reaktionen sowie Bewegungsentwürfe. Adrenalin und Noradrenalin sind weitere wichtige Transmitter des zentralen und peripheren vegetativen Nervensystems und wirken wie auch z.B. Glutamat und Glycin, erregend, letztere allerdings nur zentral. Eine wichtige hemmende Transmittersubstanz ist Gamma-Aminobuttersäure.
Siehe auch Gasotransmitter.
Literatur
http://www.br-online.de/
https://www.diepta.de/fortbildung/detail/das-gehirn-und-seine-transmitter/anatomie-des-gehirns