MC neurochemische Systeme

Neurotransmitter

• Neurotransmitter sind entscheidend für die Signalübertragung im Nervensystem

Niedermolekulare Neurotransmitter

• Umfassen Aminosäuren wie Glutamat und GABA
• Monoamine wie Dopamin und Serotonin gehören dazu
• Acetylcholin ist ebenfalls ein wichtiger Vertreter
• Lösliche Gase wie Stickstoffmonoxid und Kohlenmonoxid werden berücksichtigt
• Endocannabinoide wie Anandamid und 2-AG sind enthalten

Höhermolekulare Neurotransmitter

• Hierzu gehören Neuropeptide wie Endorphine, Substanz P und Oxytocin

Lokalisation von Molekülen im Gehirn

• Die Lokalisation von Molekülen im Gehirn kann mit verschiedenen Techniken untersucht werden
• Immunzytochemie dient zur Markierung von Proteinen wie Neurotransmittern, Rezeptoren und Enzymen.
• Aktivierungsmessung, z. B. mit c-fos, zeigt neuronale Aktivierung an.
• Neurogenese, besonders im Hippocampus, ist wichtig für Lernen und Gedächtnis.
• Histologische Aufbereitung des Gewebes ermöglicht mikroskopische Untersuchungen.
• Spezifische Antikörper werden zur Markierung von Neurotransmittern eingesetzt, z. B. Tyrosinhydroxylase in der Substantia nigra.

Aminosäuren als Neurotransmitter

• Glutamat wirkt hauptsächlich exzitatorisch
• GABA (Gamma-Aminobuttersäure) wirkt hauptsächlich inhibitorisch
• Aspartat und Glycin sind weitere wichtige Aminosäure-Transmitter

Balance zwischen Glutamat & GABA

• Glutamat und GABA sind im gesamten Gehirn vorhanden, z.B. im Neocortex
• Glutamaterge Projektionsneurone und GABAerge Interneurone sind wichtig für die synchrone Aktivität
• Eine Dysbalance kann mit Störungen wie Schizophrenie in Verbindung stehen

Monoamine als Neurotransmitter

• Monoamine spielen eine wichtige Rolle bei verschiedenen neurologischen Prozessen
• Vier Hauptvertreter sind Dopamin (Motivation, Belohnung), Noradrenalin (Aufmerksamkeit, Stress), Adrenalin (Fight-or-Flight) und Serotonin (Stimmung, Schlaf).
• Katecholamine (Dopamin, Noradrenalin, Adrenalin) haben einen gemeinsamen Syntheseweg aus Tyrosin.
• Indolamine, wie Serotonin, werden aus Tryptophan synthetisiert.
• Sie haben Zellkörper meist im Hirnstamm, stark verzweigte Axone und eine diffuse Freisetzung.

Syntheseweg der Katecholamine

• Die Synthese der Katecholamine erfolgt in mehreren Schritten

1. Ausgangsstoff ist Tyrosin
2. Umwandlung in L-DOPA
3. Weiter zu Dopamin
4. Dann zu Noradrenalin
5. Endprodukt ist Adrenalin

Noradrenerges System

• Hauptstruktur ist der Locus coeruleus im Hirnstamm
• Funktion ist die Regulation von Aufmerksamkeit, Wachheit und Stressreaktionen
• Es gibt Projektionen zum Kortex, Hippocampus, Kleinhirn, Rückenmark und Basalganglien
• Es spielt eine wichtige Rolle bei Stressreaktionen, Erregungsniveau und Gedächtniskonsolidierung

Noradrenerges System - Systeme, Ursprung, Regionen

• Das noradrenerge System kann in verschiedene Subsysteme unterteilt werden, die unterschiedliche Funktionen und klinische Relevanz haben
• Mesolimbisch: Ursprung im ventralen Tegmentum (VTA), Zielgebiete Nucleus accumbens, Amygdala, Hippocampus. Funktion ist Belohnungsverarbeitung und emotionale Motivation, Klinik Suchterkrankungen, Schizophrenie.
• Mesokortikal: Ursprung im VTA, Zielgebiet präfrontaler Kortex, Funktion kognitive Kontrolle und Entscheidungsfindung, Klinik ADHS, Depression.
• Mesostriatal: Ursprung Substantia nigra, Zielgebiet dorsales Striatum, Funktion Bewegungskontrolle und prozedurales Lernen, Klinik Parkinson-Krankheit.

Dopaminerges und Serotonerges System

• Das dopaminerge und serotonerge System sind ebenfalls wichtige Systeme im Gehirn.
• Mesokortikolimbisch: Ursprung im VTA, Zielgebiete sind kombiniert mesokortikal und mesolimbisch, Funktion Integration von Kognition und Emotion, Klinik Suchtentstehung und affektive Störungen.
• Das Serotonerge System hat die Raphe-Kerne im Hirnstamm als Hauptstruktur und reguliert Stimmung, Schlaf und Emotionen.
• Es projiziert weit ins limbische System, Thalamus, Hypothalamus, Kortex und Basalganglien und beeinflusst Stimmung, Angstregulation und Schlaf-Wach-Rhythmus.

Cholinerges System

• Hauptstrukturen sind basales Vorderhirn, Septum und pedunculopontiner Kern
• Funktion umfasst Aufmerksamkeit, Lernen, Gedächtnis und motorische Kontrolle
• Es projiziert zum Kortex, Hippocampus, Thalamus und Basalganglien
• Es ist wesentlich für Kognition, Gedächtnisbildung und Wachheit; Degeneration ist mit Alzheimer assoziiert

Acetylcholin (ACh)

• Es wird durch Ankopplung einer Acetylgruppe an ein Cholinmolekül synthetisiert
• Es hat Funktionen im peripheren (neuromuskuläre Verbindungen, autonomes Nervensystem) und zentralen Nervensystem (Lernen, Gedächtnis)

Neuropeptide

• Es sind mehr als 100 bekannt
• Beispiele sind Endorphine (Schmerzhemmung), Substanz P (Schmerzsignalweiterleitung) und Oxytocin (soziale Bindung)
• Neuromodulatoren verändern langfristig die Aktivität von Synapsen, ohne direkt Aktionspotenziale auszulösen; Beispiele sind Dopamin, Serotonin, Acetylcholin
• Neuropeptide sind eine Untergruppe von Neuromodulatoren, bestehen aus Aminosäureketten und regulieren Schmerz, Hunger, Emotionen und Stress; Beispiele sind Endorphine, Oxytocin, Substanz P

Lösliche Gase und Endocannabinoide

• Lösliche Gase wie Stickstoffmonoxid (NO) und Kohlenmonoxid (CO) diffundieren direkt durch Membranen und wirken oft retrograd
• Endocannabinoide wie Anandamid (AEA) und 2-AG wirken ebenfalls retrograd

Messmethoden für Neurotransmitteraktivität im Tiermodell

• Tierstudien ermöglichen detaillierte Einblicke in die Neurotransmitteraktivität
• Post-mortem-Untersuchungen werden nach dem Tod des Tieres durchgeführt.
• 2-Desoxyglucose-Technik (2-DG) misst den Glukoseverbrauch in Gehirnarealen, um die Stoffwechselaktivität zu bestimmen.
• Autoradiographie visualisiert radioaktive Marker, um die Verteilung von Substanzen im Gewebe zu zeigen.
• In-vivo-Methoden (im lebenden Tier) umfassen:
• Kleintier-PET zur Messung der Neurotransmitteraktivität.
• Elektrochemie (Voltammetrie) zur Messung der Neurotransmitterkonzentration.
• Mikrodialyse zur Entnahme von Flüssigkeitsproben aus dem Gehirn, um die chemische Zusammensetzung zu analysieren.

Messmethoden für Neurotransmitteraktivität im Menschen

• Positronen-Emissions-Tomographie (PET) ist ein bildgebendes Verfahren, das die Freisetzung und Nutzung von Neurotransmittern im Gehirn zeigt.
• Indirekte Messungen erfassen nicht direkt Neurotransmitter, sondern deren Bindung an Rezeptoren.
• Beispiel: Weniger Racloprid-Bindung an D2-Rezeptoren deutet auf viel Dopamin im Gehirn hin.

Psychopharmakologie

• Psychopharmakologie beinhaltet die gezielte Manipulation chemischer Systeme durch zentrale Substanzen
• Applikationsformen: oral (z. B. Antidepressiva), Inhalation (z. B. Nikotin), transdermal (z. B. Nikotinpflaster), Injektion (intramuskulär, subkutan, intravenös)
• Die Blut-Hirn-Schranke beeinflusst die Aufnahme ins Gehirn; L-DOPA kann passieren, Dopamin jedoch nicht