Synaptischer Spalt

Der synaptische Spalt ist ein Zwischenraum zwischen zwei miteinander kommunizierenden Nervenzellen, der bei der Übertragung von Aktionspotentialen (Nervenimpulsen) eine wichtige Rolle spielt. In ihm findet eine Modulation der Signalübertragung statt, was eine große pharmakologische Bedeutung hat.

Eine Synapse ist der Übergang zwischen zweier Nervenzellen oder einer Nervenzelle und einer Muskelzelle. Letzteres ist eine Sonderform der Synapse und wird auch motorische Endplatte genannt.
Lesen Sie hier mehr zum Thema: motorische Endplatte

Wichtig ist jedoch, dass zwischen beiden Zellen kein direkter Kontakt besteht, also eine Unterbrechung vorhanden ist, welcher synaptischer Spalt genannt wird.
Über Nervenzellen werden elektrische Signale geleitet, um dann zum Beispiel eine andere Nervenzelle oder auch Muskelzelle zu erregen. Eine erregte Nervenzelle gibt das Signal wiederum auch weiter, während ein erregter Muskel kontrahiert.

Da, wie bereits beschrieben, kein direkter Kontakt zwischen den Zellen vorhanden ist, muss das Signal den Spalt in anderer Weise überqueren. Dies geschieht mithilfe von Botenstoffen, auch Neurotransmitter genannt, z.B. Acetylcholin, Serotonin oder Dopamin.

Transmitter werden in der ersten Nervenzelle, also der von der aus das Signal kommt, in sogenannten Vesikeln, also kleinen Bläschen, gespeichert.
Hier erfahren Sie mehr zum Thema: Neurotransmitter

Kommt eine elektrische Erregung (also ein Signal) an, so werden diese Botenstoffe aus der präsynaptischen Membran (Zellmembran der ersten Nervenzelle) freigesetzt und diffundieren zur postsynaptischen Membran (Zellmembran der zweiten Nerven- oder Muskelzelle), zu welcher das Signal übergeleitet wird.
Hier können die Transmitter an bestimmte Rezeptoren der postsynaptischen Membran binden und eine Erregung einleiten.

Wie bereits beschrieben, dienen Synapsen dazu, eine Erregung von einer Zelle auf die nächste überzuleiten. Durch den bereits beschriebenen Aufbau ist es jedoch so, dass die Signalüberleitung nur in eine Richtung funktioniert: Präsynapse zu Postsynapse. Eine retrograde Leitung ist damit nicht möglich und der Informationsfluss ist damit gerichtet.

Wichtig ist jedoch auch, dass es nicht nur erregende Synapsen gibt, sondern auch sogenannten inhibierende. Hier setzt das präsynaptische Neuron (Nervenzelle) Transmitter frei, die das folgende Neuron nicht erregen, sondern hemmen.

Erfahren Sie hier mehr zum Thema elektrische Erregung unter: Aktionspotentiale

Wannimmer eine Nervenzelle ein Signal zu einer Muskel- , Drüsen- , oder anderen Nervenzelle aussendet, erfolgt die Übertragung über den synaptischen Spalt, dieser ist nur ca. 20-30 Nanometer breit.

Die langen Fortsätze der Nervenzellen (auch „Axone“ genannt) leiten dabei den Nervenimpuls (also das „Aktionspotential“) vom Zentrum der Nervenzelle, bis zur Zielzelle. Zwischen Axon und Zielzelle (beispielsweise eine Muskelzelle) befindet sich der synaptische Spalt. An der präsynaptischen Membran - also der Membran, die sich am Ende des Axons befindet, schütten nun sogenannte synaptische Bläschen (Vesikel) einen Neurotransmitter in den synaptischen Spalt.

Am anderen Ende des synaptischen Spaltes befindet sich in unserem Beispiel eine Muskelzelle, mit einer postsynaptischen Membran – also einer Membran, die nach dem synaptischem Spalt liegt. In ihr befinden sich Rezeptoren, die das Aktionspotential weiterleiten, sobald der Neurotransmitter an sie bindet.
Ein bekannter Neurotransmitter ist zum Beispiel Dopamin (bekannt aus der Droge Kokain!).

Sobald genügend Aktionspotentiale an der postsynaptischen Membran gebildet wurden, reagiert die Muskelzelle, und kontrahiert. Genauso verhält es sich mit Drüsenzellen, oder anderen Nervenzellen. Diese Signalübertragung geschieht innerhalb weniger Millisekunden.

Bei elektrischen Synapsen erfolgt die Übertragung ohne chemische Modellierung direkt über elektrische Impulse.

Neurotransmitter sind Botenstoffe, die ein Signal von einer Nervenzelle zu einer anderen weiterleiten.
Das weitergeleitete Signal kann sowohl eine Aktivierung als auch eine Hemmung der folgenden Nervenzelle sein. Dies ist davon abhängig, um welchen Botenstoff es sich handelt und welche Rezeptoren an der postsynaptischen Membran der zweiten Nervenzelle vorhanden sind.

Es gibt viele verschiedene Arten von Neurotransmittern, welche sowohl im zentralen als auch im peripheren Nervensystem wirken können.

Hier erfahren Sie mehr zum Thema: Neurotransmitter

Acetylcholin ist ein sehr wichtiger Botenstoff des menschlichen Körpers. Es dient an vielen Synapsen als Transmitter, sowohl im zentralen Nervensystem, welches Gehirn und Rückenmark umfasst, als auch im peripheren Nervensystem, welches das gesamte Nervensystem, außer dem zentralen, beinhaltet.

In der Peripherie hat das Acetylcholin zwei wichtige Funktionen. Zum einen ist es der Botenstoff, der die Überleitung einer Erregung von der Nervenzelle auf den Muskel tätigt.
Zum anderen dient es der Überleitung der Signale im vegetativen Nervensystem, dem autonomen Nervensystem, welches Funktionen wie Verdauung oder Schweißsekretion steuert, also Vorgänge, die wir nicht bewusst steuern können.

Lesen Sie hier mehr zum Thema: Acetylcholin

Dopamin ist ein Transmitter, der vor allem im zentralen Nervensystem eine Rolle spielt. Zum einen ist es an der Bewegungsinitiierung und –Koordination beteiligt.
Ein Untergang von bestimmten dopamin-produzierenden Nervenzellen macht sich beispielsweise in Form der Parkinsonkrankheit ( Morbus Parkinson) bemerkbar.
Zudem besitzt es eine wichtige Funktion in der Motivations- und Antriebsbildung.

In Verbindung mit Noradrenalin besitzt es ebenfalls eine das Glücksempfinden steigernde Wirkung. Es wird daher auch als eines der „Glückshormone“ bezeichnet.

Im Rest des Körpers hat es eine ähnliche Wirkung wie Adrenalin bzw. Noradrenalin, indem es beispielsweise den Blutdruck erhöht. In gewissen Dosen erhöht es die Durchblutung der Baucheingeweide inklusive der Nieren.

Zum besseren Verständnis im folgendem eine bildliche Darstellung:
Eine Gruppe Wanderer (=Aktionspotentiale) möchte mit Booten (=synaptische Vesikel) einen Fluss überqueren(=synaptischer Spalt), es gibt jedoch nur eine An- bzw. Ablegestelle pro Seite (= prä- & postsynaptische Membran).

Wenn sie den Fluss erfolgreich überquert haben, können sie auf der anderen Flussseite weiterwandern (= Weiterleitung an die Zielzelle). Natürlich kann die Anlegestelle auf der anderen Flussseite bereits besetzt sein, oder die Strömung ist zu stark, dann würden die Wanderer kentern, oder gar nicht erst ankommen. Das wäre sozusagen der Effekt von Medikamenten oder Drogen, denn diese greifen im synaptischen Spalt in den Signalübertragungsprozess ein, indem sie prä- oder postsynaptische Membran blockieren.

Der synaptische Spalt bietet viele Möglichkeiten der Manipulation durch Medikamente oder Drogen.

Eine bekannte Wirkstoffgruppe von Antidepressiva, die sogenannten Selective Serotonin Reuptake Inhibitors (kurz: SSRI) hemmen beispielsweise die Wiederaufnahme des Botenstoffes Serotonin an der präsynaptischen Membran. Das hat zur Folge, dass Serotonin dauerhaft im synaptischem Spalt bleibt, und durchgehend die postsynaptische Membran erregt – also dauernd Signale an die nachfolgende Zelle sendet. Erst wenn die Wirkung des Medikaments nachlässt, kann das Serotonin wieder aus dem synaptischen Spalt verschwinden.

Es hat damit eine ähnliche Wirkung wie Kokain – nur dass sich Kokain nicht auf den Botenstoff Serotonin beschränkt, sondern zusätzlich noch die Wiederaufnahme von Dopamin und Noradrenalin blockiert. Damit ist es nicht selektiv, und vor allem auch sehr schlecht steuerbar, schließlich werden gleich zwei der drei Katecholamine im Körper beeinflusst. (Außerdem unterliegt Kokain keiner pharmakologischen Kontrolle und kann eine sehr unterschiedliche Wirkintensität haben...)

Die drei Katecholamine Adrenalin, Noradrenalin und Dopamin sind Botenstoffe, die bei Flucht- und Belastungssituationen ausgeschüttet werden. So lässt sich auch die Wirkung von Kokain erklären: Schwitzen, Erregtheit, Nervosität, aber eben auch Euphorie und gesteigerte Leistungsfähigkeit. Überdosierung geht mit Aggressivität , Paranoia, Halluzinationen und Herzrhythmusstörungen bis hin zum Herzstillstand einher. Nach dem Konsum kommt es in der Regel zu einer sogenannten Crash-Phase, bei der depressionsartige Zustände auftreten.

Der synaptische Spalt ist also ein beliebter Ansatzpunkte für Pharmazeutika, vor allem in der Neurologie, Anästhesie und Psychiatrie.

Die Dauer der Wirkung hängt dabei von der Wirkstoffgruppe und den chemischen Eigenschaften des Medikaments ab. Lang wirksame Benzodiazepine wirken bis zu 3 Tage, andere nur wenige Stunden.

Das Nikotin, welches die Droge des Tabaks darstellt, ist ebenfalls ein Transmitter, welcher im menschlichen Körper Rezeptoren besetzen kann und damit Nervenzellen erregen kann, z.B. den nikotinischen Acetylcholinrezeptor, der wie der Name sagt, von Nikotin und Acetylcholin aktiviert werden kann.

Im zentralen Nervensystem führt das Nikotin zu Aktivierung des Belohnungssystems – der Konsument fühlt sich glücklich und wohl. Dies ist eine der Suchtkomponenten der Droge.
Im Nervensystem des Magen-Darm-Trakts kann es ebenfalls eine aktivierende Wirkung haben.

Lesen Sie hier mehr zum Thema: Nikotin