Neurotransmitter: Die chemischen Botenstoffe des Körpers
Die neuronalen Signale werden nicht nur durch elektrische Ladungen innerhalb des Neurons übertragen, sondern auch durch chemische Übertragung zwischen den Neuronen. Die Neuronen sind durch Verbindungsbereiche getrennt, die als Synapsen bezeichnet werden, d.h. Bereiche, in denen die Endknöpfe am Ende des Axons eines Neurons die Dendriten eines anderen Neurons fast, aber nicht ganz, berühren. Die Synapsen haben eine bemerkenswerte Funktion, denn sie ermöglichen es jedem Axon, mit vielen Dendriten in benachbarten Zellen zu kommunizieren. Da ein Neuron synaptische Verbindungen mit Tausenden von anderen Neuronen haben kann, ermöglichen die Kommunikationsverbindungen zwischen den Neuronen im Nervensystem ein hochentwickeltes Kommunikationssystem.
Wenn der elektrische Impuls des Aktionspotentials das Ende des Axons erreicht, signalisiert er den Endknöpfen, Neurotransmitter in die Synapse freizusetzen. Ein Neurotransmitter ist ein chemischer Stoff, der Signale über die Synapsen zwischen Neuronen weiterleitet. Neurotransmitter wandern durch den synaptischen Raum zwischen dem Endknopf eines Neurons und den Dendriten anderer Neuronen, wo sie an die Dendriten der benachbarten Neuronen binden. Außerdem setzen verschiedene Endknöpfe verschiedene Neurotransmitter frei, und verschiedene Dendriten sind besonders empfindlich für verschiedene Neurotransmitter. Die Dendriten nehmen die Neurotransmitter nur dann auf, wenn sie die richtige Form haben, um in die Rezeptorstellen des empfangenden Neurons zu passen. Aus diesem Grund werden die Rezeptorstellen und die Neurotransmitter oft mit einem Schloss und einem Schlüssel verglichen (Abbildung 3.5 „Die Synapse“).
Abbildung 3.5 Die Synapse
Wenn der Nervenimpuls den Endknopf erreicht, löst er die Freisetzung von Neurotransmittern in der Synapse aus. Die Neurotransmitter passen zu den Rezeptoren auf den empfangenden Dendriten wie Schloss und Schlüssel.
Wenn Neurotransmitter von den Rezeptoren auf den empfangenden Neuronen akzeptiert werden, kann ihre Wirkung entweder erregend sein (d.h., sie machen es wahrscheinlicher, dass die Zelle feuert) oder hemmend (d.h., sie machen es weniger wahrscheinlich, dass die Zelle feuert). Wenn das empfangende Neuron in der Lage ist, mehr als einen Neurotransmitter zu akzeptieren, wird es außerdem von den erregenden und hemmenden Prozessen jedes einzelnen beeinflusst. Wenn die erregenden Wirkungen der Neurotransmitter größer sind als die hemmenden Einflüsse der Neurotransmitter, nähert sich das Neuron seiner Zündschwelle, und wenn es die Schwelle erreicht, beginnt das Aktionspotenzial und der Prozess der Informationsübertragung durch das Neuron.
Neurotransmitter, die von den Rezeptorstellen nicht akzeptiert werden, müssen aus der Synapse entfernt werden, damit die nächste potenzielle Stimulation des Neurons stattfinden kann. Dieser Prozess erfolgt zum Teil durch den Abbau der Neurotransmitter durch Enzyme und zum Teil durch die Wiederaufnahme, ein Prozess, bei dem Neurotransmitter, die sich in der Synapse befinden, wieder in die übertragenden Endknöpfe aufgenommen werden, um nach dem Feuern des Neurons wieder freigesetzt zu werden.
Mehr als 100 chemische Substanzen, die im Körper produziert werden, sind als Neurotransmitter identifiziert worden, und diese Substanzen haben eine weitreichende und tiefgreifende Wirkung auf Emotionen, Kognition und Verhalten. Neurotransmitter regulieren unseren Appetit, unser Gedächtnis, unsere Emotionen sowie unsere Muskeltätigkeit und -bewegung. Und wie Sie in Tabelle 3.1 „Die wichtigsten Neurotransmitter und ihre Funktionen“ sehen können, werden einige Neurotransmitter auch mit psychischen und physischen Krankheiten in Verbindung gebracht.
Drogen, die wir – entweder aus medizinischen Gründen oder zur Entspannung – einnehmen, können wie Neurotransmitter wirken und unsere Gedanken, Gefühle und unser Verhalten beeinflussen. Ein Agonist ist eine Droge, deren chemische Eigenschaften denen eines bestimmten Neurotransmitters ähneln und die daher die Wirkung des Neurotransmitters nachahmt. Wenn ein Agonist eingenommen wird, bindet er sich an die Rezeptorstellen in den Dendriten und erregt das Neuron, so als ob mehr von dem Neurotransmitter vorhanden gewesen wäre. Ein Beispiel: Kokain ist ein Agonist für den Neurotransmitter Dopamin. Da Dopamin Glücksgefühle hervorruft, wenn es von den Neuronen freigesetzt wird, erzeugt Kokain ähnliche Gefühle, wenn es eingenommen wird. Ein Antagonist ist eine Droge, die die normalen Wirkungen eines Neurotransmitters reduziert oder stoppt. Wenn ein Antagonist eingenommen wird, bindet er sich an die Rezeptorstellen im Dendriten und blockiert so den Neurotransmitter. Ein Beispiel: Das Gift Curare ist ein Antagonist für den Neurotransmitter Acetylcholin. Wenn das Gift in das Gehirn gelangt, bindet es sich an die Dendriten, unterbricht die Kommunikation zwischen den Neuronen und führt in der Regel zum Tod. Wieder andere Medikamente wirken, indem sie die Wiederaufnahme des Neurotransmitters selbst blockieren – wenn die Wiederaufnahme durch das Medikament reduziert wird, verbleibt mehr Neurotransmitter in der Synapse, was seine Wirkung verstärkt.
Tabelle 3.1 Die wichtigsten Neurotransmitter und ihre Funktionen
| Neurotransmitter | Beschreibung und Funktion | Notizen |
|---|---|---|
| Acetylcholin (ACh) | Ein weit verbreiteter Neurotransmitter, der im Rückenmark und in den Motoneuronen verwendet wird, um Muskelkontraktionen zu stimulieren. Er wird auch im Gehirn verwendet, um das Gedächtnis, den Schlaf und das Träumen zu regulieren. | Die Alzheimer-Krankheit wird mit einer Unterversorgung mit Acetylcholin in Verbindung gebracht. Nikotin ist ein Agonist, der wie Acetylcholin wirkt. |
| Dopamin | Dopamin ist an Bewegung, Motivation und Emotionen beteiligt und erzeugt Glücksgefühle, wenn es vom Belohnungssystem des Gehirns ausgeschüttet wird, und es ist auch am Lernen beteiligt. | Schizophrenie wird mit einer Erhöhung des Dopaminspiegels in Verbindung gebracht, während die Parkinson-Krankheit mit einer Verringerung des Dopaminspiegels in Verbindung gebracht wird (und Dopamin-Agonisten können zur Behandlung eingesetzt werden). |
| Endorphine | Werden als Reaktion auf Verhaltensweisen wie starke körperliche Betätigung, Orgasmus und das Essen von scharfen Speisen freigesetzt. | Endorphine sind natürliche Schmerzmittel. Sie sind mit den Verbindungen verwandt, die in Drogen wie Opium, Morphin und Heroin vorkommen. Die Freisetzung von Endorphinen erzeugt das Hochgefühl des Läufers, das nach intensiver körperlicher Anstrengung auftritt. |
| GABA (Gamma-Aminobuttersäure) | Der wichtigste hemmende Neurotransmitter im Gehirn. | Ein Mangel an GABA kann zu unwillkürlichen motorischen Handlungen führen, einschließlich Zittern und Krampfanfällen. Alkohol stimuliert die Freisetzung von GABA, das das Nervensystem hemmt und uns betrunken macht. Niedrige GABA-Werte können zu Angstzuständen führen, und GABA-Agonisten (Beruhigungsmittel) werden zur Verringerung von Angstzuständen eingesetzt. |
| Glutamat | Der häufigste Neurotransmitter wird in mehr als 90 % der Synapsen des Gehirns freigesetzt. Glutamat ist in dem Lebensmittelzusatzstoff MSG (Mononatriumglutamat) enthalten. | Ein Überschuss an Glutamat kann zu Überstimulation, Migräne und Krampfanfällen führen. |
| Serotonin | Beteiligt sich an vielen Funktionen, einschließlich Stimmung, Appetit, Schlaf und Aggression. | Ein niedriger Serotoninspiegel wird mit Depressionen in Verbindung gebracht, und einige Medikamente zur Behandlung von Depressionen (so genannte selektive Serotonin-Wiederaufnahmehemmer oder SSRIs) verhindern die Wiederaufnahme. |
Key Takeaways
- Das zentrale Nervensystem (ZNS) ist die Ansammlung von Neuronen, aus denen das Gehirn und das Rückenmark bestehen.
- Das periphere Nervensystem (PNS) ist die Ansammlung von Neuronen, die das ZNS mit unserer Haut, unseren Muskeln und Drüsen verbinden.
- Neuronen sind spezialisierte Zellen, die im Nervensystem zu finden sind und Informationen übertragen. Neuronen bestehen aus einem Dendriten, einem Soma und einem Axon.
- Einige Axone sind mit einer fetthaltigen Substanz bedeckt, die als Myelinscheide bekannt ist und das Axon umgibt. Sie wirkt wie ein Isolator und ermöglicht eine schnellere Übertragung des elektrischen Signals
- Der Dendrit ist ein baumartiger Fortsatz, der Informationen von anderen Neuronen empfängt und elektrische Reize an das Soma weiterleitet.
- Das Axon ist eine längliche Faser, die Informationen vom Soma zu den Endknöpfen überträgt.
- Neurotransmitter leiten Informationen chemisch von den Endknöpfen und über die Synapsen zu den empfangenden Dendriten weiter, indem sie eine Art Schlüssel-Schloss-System verwenden.
- Die vielen verschiedenen Neurotransmitter arbeiten zusammen, um Kognition, Gedächtnis und Verhalten zu beeinflussen.
- Agonisten sind Medikamente, die die Wirkung von Neurotransmittern nachahmen, während Antagonisten Medikamente sind, die die Wirkung von Neurotransmittern blockieren.
Übungen und kritisches Denken
- Zeichne ein Bild eines Neurons und beschrifte seine Hauptbestandteile.
- Stelle dir eine Handlung vor, die du jeden Tag ausführst, und erkläre, wie Neuronen und Neurotransmitter zusammenarbeiten könnten, um dich bei dieser Handlung zu unterstützen.