Neurotransmitter sind chemische Substanzen, die die Signalübertragung zwischen den Nervenzellen vermitteln. Eine Substanz wird als Neurotransmitter bezeichnet, wenn sie folgende Kriterien erfüllt: Sie muss in der Nervenzelle gebildet und von dieser freigesetzt werden, sie muss biochemisch identifizierbar sein sowie bei Reizung der Nervenzelle ausgeschüttet werden und die Zielzelle beeinflussen. Die Transmitterwirkung muss durch Gegenspieler dosisabhängig gehemmt werden können. Die Transmittersubstanz muss nach Verabreichung die gleichen Effekte an den Zielnervenzellen auslösen wie diejenigen, die nach der Nervenreizung beobachtbar sind.
Klassische Neurotransmitter
Zu den klassischen Neurotransmittern gehören:
- Acetylcholin
- Dopamin
- Noradrenalin
- Adrenalin
- Glutamat
- GABA
- Glycin
- Histamin
- Serotonin
Auch die sogenannten Neuropeptide werden mittlerweile zu den Neurotransmittern gerechnet.
Neben den Neurotransmittern gibt es eine Vielzahl von Substanzen, die man als Neuromodulatoren bezeichnet. Diese Stoffe können die Erregungsübertragung verstärken oder vermindern, sind aber nicht unmittelbar an der Erregungsübertragung beteiligt. Inzwischen gibt es auch Neurotransmitter mit außergewöhnlichen Eigenschaften, z. B. Gase wie Stickstoffmonoxid, Kohlenmonoxid und Schwefelwasserstoff, die nicht in der Nervenzelle gespeichert werden können und auch nicht über bestimmte Rezeptoren wirken, sondern sozusagen direkt durch die Zellwand in andere Zellen gelangen.
Aminosäuren: wichtig Rolle im Stoffwechsel der Neurotransmitter
Gerade für die Bildung der klassischen Neurotransmitter spielen die Aminosäuren eine zentrale Rolle. Glutaminsäure und Glycin wirken als Aminosäuren direkt auf spezifische Rezeptoren im Gehirn. Phenylalanin bzw. Tyrosin sind die Ausgangssubstanzen für die Bildung von Dopamin, Adrenalin und Noradrenalin. Diese bezeichnet man auch als Katecholamine; sie haben z. B. großen Einfluss auf die Konzentrationsfähigkeit und die Stressbewältigung. Aus der Aminosäure Tryptophan wird der Neurotransmitter Serotonin gebildet, der eine Vielzahl von Funktionen hat, z. B. die Regulierung der Stimmung, des Schlafes, des Appetits, des Schmerzempfindens, des Hormonsystems. Die Aminosäure Serin ist die Vorstufe von Acetylcholin, einem sehr wichtigen Neurotransmitter für Lernen und Gedächtnisbildung. Eine ausreichende Verfügbarkeit der entsprechenden Aminosäuren ist natürlich die zentrale Voraussetzung für die Neurotransmittersynthese. Allerdings kommt es nicht nur auf die Aminosäuren an, auch mehrere andere Mikronährstoffe wie zum Beispiel Vitamin C und Eisen sind am Neurotransmittermetabolismus beteiligt.
Neurotransmitter und Psyche
Neurotransmitter und ihre Rezeptoren haben eine große Bedeutung für die psychische Befindlichkeit und für die Hirnleistungsfähigkeit des Menschen. Psychopharmaka wirken über eine Beeinflussung der Neurotransmitterkonzentrationen oder der Rezeptoren. Da am Neurotransmitterstoffwechsel viele verschieden Mikronährstoffe beteiligt sind, kann auch durch eine gezielte Therapie mit diesen Substanzen die Bildung der Neurotransmitter und ihr Verhältnis zueinander positiv beeinflusst werden.
Dopamin
Dopamin ist ein Neurotransmitter, der zur Gruppe der Katecholamine (Dopamin, Noradrenalin und Adrenalin) gehört. Die Ausgangssubstanz für die Katecholaminsynthese ist die Aminosäure Tyrosin, aus der zunächst Dopa gebildet wird; daraus entstehen dann Dopamin, Noradrenalin und Adrenalin. Dopamin macht etwa 80 Prozent des Katecholamingehaltes im Gehirn aus, wird aber nur von rund 200.000 Nervenzellen als Neurotransmitter verwendet. Trotzdem hat Dopamin Einfluss auf fast alle mentalen Funktionen wie Bewegungssteuerung, Motivation, Emotion, Lernen, Gedächtnis etc.
Man unterscheidet im Gehirn drei dopaminerge Systeme, von denen das sogenannte mesolimbische System den stärksten Bezug zur Psyche des Menschen hat. Das mesolimbische Dopaminsystem ist generell für zielgerichtetes Verhalten verantwortlich. Dopamin wirkt auch motivationsverstärkend. Deshalb führt eine Dopaminverarmung zu einer Antriebs- und Aktivitätsverminderung sowie zu einer erhöhten Depressivität. Auch im kognitiven Bereich wirkt sich ein Dopaminmangel negativ aus.
Stark erhöhte Dopaminspiegel können kurzzeitig ein psychisches Hochgefühl auslösen. Dies ist das Wirkprinzip vieler Drogen und Suchtstoffe. Eine Aktivierung des dopaminergen Systems kann auch zu psychotischen Symptomen und Impulskontrollstörungen führen.
Noradrenalin
Noradrenalin gehört zur Gruppe der Katecholamine und kann aus den Aminosäuren Phenylalanin bzw. Tyrosin synthetisiert werden. Noradrenalin wirkt sowohl als Stresshormon wie auch als Neurotransmitter. Ein Großteil des Noradrenalins im Gehirn wird im Locus caeruleus gebildet, der im Hirnstamm liegt. Vom Locus caeruleus ziehen noradrenerge Fasern in diverse Hirnteile, unter anderem auch in Strukturen des limbischen Systems. Eine Überaktivierung des noradrenergen Systems dürfte an der Auslösung von Panikattacken beteiligt sein. Störungen des noradrenergen Systems spielen auch bei anderen psychiatrischen Erkrankungen eine gewisse Rolle, z. B. bei Depressionen und ADHS. Noradrenalin ist auch ein wichtiger Neurotransmitter im sympathischen Nervensystem. Im Gegensatz zu Noradrenalin besitzt Adrenalin nur eine untergeordnete Neurotransmitterrolle.
Serotonin
Serotonin ist ein Neurotransmitter mit sehr vielfältigen Funktionen. Es wird aus der Aminosäure Tryptophan gebildet, die durch einen Transportkanal in der Blut-Hirn-Schranke ins Gehirn gelangt. Für die biologische Wirkung von Serotonin ist dessen Bindung an Serotoninrezeptoren erforderlich. Derzeit sind 14 Subtypen von Serotoninrezeptoren bekannt, wodurch auch verständlich wird, dass dieser Neurotransmitter sehr viele unterschiedliche Funktionen hat. Störungen der Serotonin- Nervenimpulsübertragung sind mit vielen psychischen Erkrankungen verbunden, zum Beispiel Depressionen, Angststörungen, Zwangsstörungen und Essstörungen. Auch körperliche Erkrankungen wie Fibromyalgie, Migräne, Reizdarmsyndrom, Übelkeit und Erbrechen sind mit einem Serotoninmangel assoziiert. Serotonin-Wiederaufnahme-Hemmer sind häufig verwendete Medikamente zur Behandlung von Depressionen und Angststörungen.
Glutaminsäure
Glutaminsäure (Glutamat) ist der wichtigste erregende Neurotransmitter im ZNS. Die zellulären Effekte von Glutamat werden über verschiedene Rezeptoren vermittelt. Der sogenannte NMDA-Rezeptor ist von zentraler Bedeutung für Lern- und Gedächtnisleistungen sowie für Entwicklungsprozesse. Veränderungen der Glutamat-Übertragung sind bei vielen Erkrankungen nachweisbar, zum Beispiel bei Schizophrenien, Epilepsien, chronischen Schmerzzuständen etc. Überhöhte Glutamatkonzentrationen im ZNS können eine Übererregung der Nervenzellen bewirken, was wiederum die Entstehung neurodegenerativer Erkrankungen begünstigt. Die Blockade der glutamatergen Neurotransmission wird zum Beispiel bei der Behandlung von Demenzerkrankungen oder Morbus Parkinson eingesetzt.
Gammaaminobuttersäure (GABA)
GABA ist der wichtigste inhibitorische Neurotransmitter im ZNS, d. h. durch GABA wird die Nervenimpuls-Übertragung zwischen den Nervenzellen reduziert. GABA wird aus Glutaminsäure, unter Mitwirkung von Vitamin B6, gebildet. Es werden zwei Rezeptortypen unterschieden: GABA-A- und GABA-B-Rezeptoren. Verschiedene Psychopharmaka können den GABA-A-Rezeptor in seiner Effektivität beeinflussen. Etwa 75 Prozent der GABA-A-Rezeptoren haben eine Bindungsstelle für Benzodiazepine, was die Wirksamkeit dieser Medikamente bei Angst- und Spannungszuständen, Schlafstörungen und Krampferkrankungen erklärt. Eine Störung der GABAergen Nervenimpuls-Übertragung hat meist schwere neurologische und psychiatrische Störungen zu Folge.
Acetylcholin
Acetylcholin ist ein wichtiger Neurotransmitter an der neuromuskulären Endplatte, an der Nervenimpulse auf die Muskulatur übertragen werden. Außerdem ist Acetylcholin ein Überträgerstoff im Parasympathikus. Auch im Gehirn finden sich Neurone, die Acetylcholin als Neurotransmitter verwenden. Diese cholinergen Neurone spielen eine wichtige Rolle bei der sensorischen Verarbeitung, bei Aufmerksamkeit, Lernen und Gedächtnis. Eine Beeinträchtigung der cholinergen Neurone ist maßgeblich an der Entstehung und für die Symptomatik von Demenzerkrankungen beteiligt. Die Aminosäure Serin ist eine der Ausgangssubstanzen für die Bildung von Acetylcholin.
Glycin
Glycin ist eine Aminosäure mit sehr vielfältigen Eigenschaften. Glycin wirkt im ZNS über Glycin-Rezeptoren als hemmender Überträgerstoff. Die Glycinrezeptoren kommen hauptsächlich im Hirnstamm und im Rückenmark vor. Bei einem Mangel an Glycin oder bei einer Blockade der Glycinrezeptoren kann es zu starken Krämpfen kommen. Eine Supplementierung von Glycin hat häufig eine entkrampfende Wirkung und kann auch die Schlafqualität verbessern. Glycin wirkt auch als Agonist an den NMDA-Rezeptoren, weshalb Glycin auch kognitive Funktionen beeinflussen kann.
Histamin
Histamin wird aus der Aminosäure Histidin gebildet. Histamin spielt eine wichtige Rolle im Immunsystem, zum Beispiel als Entzündungsmediator bei allergischen Reaktionen. Histamin steigerte die Magensaftproduktion und kann Brechreiz induzieren. Die Wirkung von Histamin als Neurotransmitter im ZNS ist noch nicht vollständig bekannt. Sicher ist, dass Histamin an der Hormonfreisetzung in der Hypophyse beteiligt ist, außerdem an der Kontrolle des Gleichgewichtssystems und an der Wärmeregulation. Vermutlich ist Histamin auch an Lernprozessen im Hippocampus beteiligt. Histamin hat auch eine Bedeutung für die Regulierung des Schlaf-Wach-Rhythmus. Eine Blockierung des H1-Rezeptors für Histamin hat eine sedierende und schlafanstoßende Wirkung.
Insgesamt sind heute ca. 100 Neurotransmitter bekannt, wobei diese Zahl wahrscheinlich noch zunehmen wird. Es ist auch nicht immer ganz klar, ob eine Substanz, zum Beispiel Taurin, nun als Neurotransmitter eingestuft werden sollte oder nicht.
Wie bereits zu Beginn erwähnt, sind die Aminosäuren wichtige Ausgangssubstanzen für die Neurotransmittersynthese oder fungieren selbst als Neurotransmitter. Eine Supplementierung der einzelnen Aminosäuren bewirkt aber keinesfalls, dass die Neurotransmitterkonzentrationen im ZNS zwangsläufig ansteigen. Recht zuverlässig kann die Serotonin-Konzentration durch Tryptophan angehoben werden, wenn Tryptophan nicht zu einer proteinreichen Mahlzeit eingenommen wird, sondern mit einer gewissen Menge an Kohlenhydraten. Eine Tyrosin-Supplementierung zur Steigerung der Katecholaminesynthese im ZNS ist weit weniger erfolgversprechend. Serotonin ist von zentraler Bedeutung für eine gute psychische Befindlichkeit, aber nicht jede Depression beruht auf einem Serotoninmangel oder kann gar durch eine Tryptophan-Supplementierung gebessert werden.
Referenzen:
- Thomas Herdgen: Kurzlehrbuch Pharmakologie und Toxikolgie; 2020 Georg Thieme Verlag KG
- Wikipedia: Noaradrenalin
- Wikipedia: Glycin
- Thomas Köhler: Biologische Grundlagen psychischer Störungen; 3. Auflage, Hofgrefe Verlag GmbH & Co. KG
- Gerhard Roth, Andreas Heinz et al.: Psychoneurowissenschaften; Springer-Verlag GmbH Deutschland 2020