Acetylcholin

Acetylcholin ist einer der bedeutendsten Neurotransmitter sowohl des Menschen als auch zahlreicher anderer Organismen. Tatsächlich tritt Acetylcholin schon bei Einzellern auf und gilt als entwicklungsgeschichtlich sehr alte Substanz. Gleichzeitig handelt es sich bei ihm um den am längsten bekannten Neurotransmitter (er wurde in erstmals 1921 experimentell nachgewiesen), der unter anderem auch deshalb bis heute sehr intensiv untersucht wurde.

Acetylcholin (abgekürzt ACh) gehört chemisch betrachtet zur Gruppe der biogenen Amine und spielt sowohl im zentralen als auch im peripheren sowie dem vegetativen Nervensystem eine enorm wichtige Rolle. Bekannt ist er jedoch vor allem in seiner Funktion als Transmitter an der motorischen Endplatte (neuromuskulären Endplatte), wo er die willkürliche Kontraktion von Skelettmuskeln vermittelt.

Umfangreich diskutiert wird zudem seine Rolle im Lernprozess und der Ausbildung des Gedächtnisses. Davon abgesehen gilt als gesichert, dass er an der Entstehung der Schmerzempfindung und Aufrechterhaltung unseres Tag-Nacht-Rhythmus, sowie an der Steuerung motorischer Funktionen im Gehirn beteiligt ist. Darüber hinaus fungiert Acetylcholin nicht nur als Botenstoff im Nervensystem, sondern auch als Hormon im Blutkreislauf und ist hier an der Regulierung der Herzfrequenz und des Blutdrucks beteiligt.

Da Acetylcholin einer der am weitesten verbreiteten Botenstoffe des menschlichen Körpers ist, ist seine Wirkung auf den Organismus sehr umfangreich. Vor allem in seiner Funktion als wichtiger Neurotransmitter aller großen Nervensysteme hat ACh in vielfältige Aufgaben. So dient es an der neuromuskulären Endplatte unter anderem der Übertragung von Erregungen der Nerven auf den Muskel, indem es an den nikotinischen Acetylcholinrezeptor bindet, wodurch es zur Kontraktion des Muskels kommt.

Auch ist es essentieller Bestandteil der Erregungsleitung im vegetativen Nervensystem. Hier überträgt Acetylcholin einerseits Impulse vom ersten auf das zweite Neuron sowohl im parasympathischen (Parasympathikus), als auch dem sympathischen System (Sympathikus). Andererseits ist es im Falle des Parasympathikus auch für die Verschaltung des zweiten Neurons mit dem jeweiligen Zielorgan zuständig. Das vegetative oder autonome Nervensystem ist für alle unwillkürlichen Funktionen der inneren Organe Zuständig. Der Parasympathikus im Speziellen sorgt für einen Ruhestoffwechsel. Das bedeutet bezogen auf die Wirkung des Acetylcholin letztendlich eine Verlangsamung der Herzfrequenz und Senkung des Blutdrucks, eine Verengung der Bronchien, Anregung der Verdauung und auch Funktionen wie ein erhöhter Speichelfluss und die Verengung der Pupillen.

Im Zentralnervensystem wiederum steht es mit vielen kognitiven Funktionen im Zusammenhang. Es ist hier unter anderem an Lernprozessen, der Ausbildung des Gedächtnisses und wahrscheinlich auch an der Entstehung von Antrieb beteiligt. Dies wird an den Folgen der Alzheimer Krankheit ersichtlich, bei welcher es vor allem zum Untergang von Nervenzellen kommt, welche Acetylcholin produzieren. Zusätzlich übt ACh als Hormon im Blutkreislauf eine Wirkung auf unser Kreislaufsystem aus. Hier wirkt es vor allem durch eine Erweiterung der körperfernen Blutgefäße Blutdrucksenkend.

Bereits im Jahr 1921 wurde festgestellt, dass eine chemische Substanz vorhanden sein muss, welche den über die Nerven weitergeleiteten elektrischen Impuls auf das Herz überträgt. Diese Substanz wurde nach dem Nerv, dessen Impuls sie vermittelt, zunächst Vagusstoff genannt. Später wurde er stattdessen chemisch korrekt in Acetylcholin umgetauft. Der Nervus vagus, mit seinem Botenstoff Acetylcholin, ist ein wichtiger Ausläufer des Parasympathikus, welcher neben dem Sympathikus zum vegetativen oder Nervensystem gehört. Dieses ist für die Steuerung der unwillkürlichen Körperfunktionen, wie etwa der Verdauung, zuständig. Die parasympathischen Nerven im Speziellen sorgen für einen Ruhe- oder Erholungsstoffwechsel, fördern also unter anderem die Verdauung. Der Sympathikus bildet den Gegenspieler.

Acetylcholin wirkt am Herzen demzufolge auch entspannend. Die Folge sind eine verlangsamte Herzfrequenz und ein niedrigerer Blutdruck. Die hier zuständige Andockstelle für ACh ist der M2-Rezeptor, ein sogenannter muskarinischer Rezeptor. Dieses Wissen macht man sich zunutze, indem mit Atropin ein Medikament entwickelt wurde, welches ebendieses Rezeptor blockiert und somit dem Effekt des Parasympathikus entgegenwirkt. Diese Wirkung wird als parasympatholytisch bezeichnet. Atropin wird beispielsweise in der Notfallmedizin eingesetzt. Eine weitere Wirkung von Acetylcholin auf den Kreislauf besteht, wieder entsprechend der Funktion des Parasympathikus, darin, für eine Entspannung der Gefäßmuskulatur zu sorgen. Hieraus folgt ebenfalls eine Blutdrucksenkung.

Als Synapse wird eine neuronale Verknüpfungsstelle zwischen einem Neuron und einer weiteren Zelle (meist einem weitere Neuron, aber oft auch einer Muskel-, Sinnes- oder Drüsenzelle) bezeichnet. Sie dienen der Übertragung und teilweise der Veränderung von Erregungen, ebenso wie der Speicherung von Informationen durch Anpassung der Struktur der Synapse. Der Mensch besitzt etwa 100 Billionen Synapsen. Ein einzelnes Neuron kann über bis zu 200.000 Synapsen verfügen.

Die Übertragung der elektrischen Signals von einer Synapse auf eine zweite erfolgt in der Regel chemisch mittels Neurotransmittern, also auch Acetylcholin, welches uns hier als Beispiel dienen soll. Erreicht ein elektrisches Signal die Synapse von Neuron A, führt dies zur Ausschüttung des Acetylcholin aus seinen Speicherorten innerhalb der Synapse, den Vesikeln, in den synaptischen Spalt. Dieser mit nur etwa 20 bis 30 Nanometern Breite mikroskopisch klein. Das Acetylcholin diffundiert in der Folge zur Synapse von Neuron B und dockt hier an spezielle Rezeptoren an. Dies wiederum führt zur Ausbildung eines elektrischen Impulses in Neuron B, welcher daraufhin fortgeleitet wird. Nach kurzer Zeit wird ACh durch das Enzym Acetylcholinesterase abgebaut und zu unwirksam gemacht. Seine Bestandteile Cholin und Essigsäure werden anschließend wieder in die Synapse von Neuron A aufgenommen, sodass wieder Acetylcholin gebildet werden kann.

Neben diesen chemischen Synapsen existieren auch elektrische Synapsen, welche mit Ionenkanälen ausgestattet sind, durch welche Ionen und kleine Moleküle von einer Zelle zur anderen gelangen können. Der elektrische Impuls kann hier also direkt zwischen zwei oder mehreren Zellen übertragen werden.

Der Neurotransmitter Acetylcholin entfaltet seine Wirkung über verschiedene Rezeptoren, welche in die Membran entsprechender Zellen eingebaut sind. Da einige von ihnen ebenfalls durch Nikotin stimuliert werden, werden sie als nikotinische Acetylcholinrezeptoren bezeichnet. Eine andere Klasse von Acetylcholinrezeptoren wiederum wird durch das Gift des Fliegenpilzes (Muskarin) stimuliert Hiervon leitet sich ihre Bezeichnung als muskarinisch ab.

Muskarinische Acetylcholinrezeptoren (mAChR) gehören zur Gruppe der G-Protein gekoppelten Rezeptoren und lassen sich in verschiedene Subtypen (Isoformen) aufteilen, welche mit M1 bis M5 durchnummeriert sind. Die M1 Isoform ist im Gehirn, beispielsweise im Corpus striatum, anzutreffen. Sie wird als neuronaler Typ bezeichnet. Die M2 Isoform findet sich am Herzen. Der M3 mAChR sitz an der glatten Muskulatur von Blutgefäßen und Drüsen, wie etwa den Speicheldrüsen und der Bauchspeicheldrüse. Er ist außerdem für die Säureproduktion der Belegzellen im Magen zuständig. Sowohl M4, als auch M5 sind noch nicht endgültig erforscht, jedoch kommen beide im Gehirn vor.

Die nikotinischen Acetylcholinrezeptoren (nAChR) finden sich vor allem an der motorischen Endplatte. Hier dienen sie der Übertragung von Nervenimpulsen auf die Muskulatur. Bekannt sind nAChR vor allem auch im Zusammenhang mit der Krankheit Myasthenia gravis, bei welcher es zur Zerstörung der nikotinischen Rezeptoren durch Autoantikörper kommt, was letztendlich zu einer Störung der Muskelerregung führt.

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Morbus Alzheimer, bekannt nach seinem Erstbeschreiber Alois Alzheimer, ist eine sogenannte neurodegenerative Erkrankung. Sie tritt insbesondere bei Menschen über 65 Jahren auf und hat eine allmählich zunehmende Demenz zur Folge. Die Alzheimer Krankheit beruht dabei auf dem Untergang von Nervenzellen aufgrund von Plaque-Ablagerungen aus Beta-Amyloid-Peptiden innerhalb der Zellen. Diesen zelluntergang bezeichnet man als Hirnatrophie. Hiervon sind insbesondere Acetylcholin produzierende Neuronen betroffen, sodass ein ACh-Mangel im Hirn die Folge ist.

Da zahlreiche kognitive Fähigkeiten und Prozesse an diesen Botenstoff gebunden sind, kommt es im Verlauf der Erkrankung zunehmend zu Verhaltensauffälligkeiten und einer Unfähigkeit zur Teilnahme an Aktivitäten des alltäglichen Lebens bei den Patienten.

Da eine ursächliche Therapie bis heute nicht verfügbar ist, wird die Krankheit bestmöglich symptomatisch behandelt. Dies wird vor allem über die medikamentöse Verabreichung von Acetylcholinesterasehemmern wie Galantamin oder Rivastigmin erreicht, welche das Acetylcholin abbauende Enzym hemmen. Hierdurch wird die eine höhere Konzentration des Neurotransmitters im Hirn erzielt. Derselbe Effekt kann außerdem durch die Verabreichung von Präkursorproteinen des ACh erreicht.

Als Präkursorproteine werden inaktive Proteinvorstufen bezeichnet, welche durch enzymatische Spaltung in ihre aktive Form umgewandelt werden. Präkursorproteine des Acetylcholin sind unter anderem Deanol und Meclophenoxat.

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Der Morbus Parkinson (auch idiopathisches Parkinson-Syndrom, kurz IPS, genant) gehört zu den neurodegenerativen Erkrankungen. Charakteristisch ist für die Erkrankung ist vor allem ihre Leitsymptomatik, welche Muskelsteifigkeit (Rigor), Bewegungsarmut (Bradykinese) Muskelzittern (Tremor) und Haltungsinstabilität (posturale Instabilität) beinhaltet (siehe: Morbus Parkinson Symptome). Ursächlich für diese schwerwiegende Erkrankung ist vor allem das allmähliche Absterben von Nervenzellen der sogenannten Substantia nigra, welche im Mittelhirn gelegen ist. Da diese Nervenzellen vor allem für die Produktion von Dopamin verantwortlich sind, kommt es im Verlauf der Erkrankung zunehmend zu einem Mangel an Dopamin in der für die Bewegung essentiellen Hirnstruktur der Basalganglien. Anders betrachtet kann auch von einem Überschuss der anderen Neurotransmitter gesprochen werden. Namentlich sind dies vor allem Noradrenalin und Acetylcholin. Insbesondere das Übergewicht an Acetylcholin wird als Ursache für die Leitsymptomatik des Morbus Parkinson angesehen.

Die Therapie der Parkinson Krankheit beinhaltet hauptsächlich die Gabe dopaminerger Medikamente, also einer Medikation, welche das Angebot an Dopamin im Hirn erhöht. Ein anderer, mittlerweile aufgrund starker Nebenwirkungen kaum noch verfolgter Therapieansatz, ist die Verabreichung sogenannter Anticholinergika, auch Parasympatholytika genannt. Dies sind Stoffe, welche durch die Hemmung der muskarinischen Acetylcholinrezeptoren eine Unterdrückung der ACh-Wirkung nach sich ziehen. Hierdurch kann ein Ausgleich des Ungleichgewichts an Neurotransmittern erreicht werden. Häufig auftretende Nebenwirkungen der Anticholinergika betreffen vor allem Einschränkungen der kognitiven Leistungsfähigkeit der Patienten, sowie Verwirrtheitszustände, Halluzinationen, Schlafstörungen, sowie leichtere Nebenwirkungen wie Mundtrockenheit.

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