Neurowissenschaftliche Grundlagen Erregungstheorie

14.10.2013
Wintersemester 2013/2014
Neurowissenschaftliche Grundlagen
Erregungstheorie
Ausgangsbeobachtung:
Ionentheorie der Erregung:
Bernstein 1902
Hodgkin & Huxley 1952
Membranpotential - 70 mV
Zellinneres: K+
Zellumgebung: Na+ und Cl -
Im hypothetischen Ausgangszustand
enthält der Innenraum nur K+ Ionen
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Die unerregte Membran ist nur für K+
durchlässig, das nach aussen wandert
Die erregte Membran wird für Na+ Ionen
durchlässig, die sodann einströmen
Erregungsenstehung:
Das Generatorpotential
Die Na-K-Pumpe stellt wieder das
Ungleichgewicht zwischen Na+ und K+ her
Das Generatorpotential ist ein
analoges Abbild der Reizstärke
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Am Initialsegment wird das Generatorpotential
in eine Serie von Aktionpotentialen
umgewandelt, welche das Signal unverfälscht
über weite Distanzen leiten können
Die Membranpermeabilität für Na+ steigt sprunghaft
auf das rund 500fache an, wodurch ein
Spannungsimpuls von etwa 1/10 Volt entsteht
Glia ist kein passiver Kitt
Myelinisierte Fasern:
Saltatorische Erregungsleitung
„Marklose“ Fasern:
Kontinuierliche Erregungsleitung
Oligodendrocyen umhüllen die Neuriten
und bilden eine isolierende Myelinschicht
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Querschnitt durch eine myelinisierte Nervenfaser
Die Erregung wird dadurch sprunghaft
fortgeleitet: Saltatorische Erregungsleitung
Asterocyten dichten die Wände der
Blutgefässe ab: „Blut-Hirn-Schranke“
Die isolierende Hülle ist an den Ranvier´schen Schnürringen
unterbrochen. Nur dort kann der Einstrom von Na+ erfolgen
Asterocyten unterstützen Nervenzellen
Asterocyten nehmen Transmitter auf und
stehen in Stoffaustausch mit Nervenzellen
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Erregungsübertragung:
Synapse - Sherrington 1897
Die postsynaptische Membran ist durch einen
schmalen Spalt von der Präsynapse getrennt
Vesikeln
Endknopf
Synapsenspalt
Golgiapparat
Mitochondrien
Postsynaptische
Membran
Presynaptische Membran
Durch ein Aktionspotential wird die Membran des
Vesikels geöffnet und Transmitter ausgeschüttet
Die Transmitter docken an Rezeptoren
der postsynaptischen Membran an
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Entscheidend ist das Zusammenspiel von
erregenden [exzitatorischen] und
hemmenden [inhibitorischen] Synapsen
Neutrotransmitter werden nach Eintreffen eines
Aktionspotentials ausgeschüttet [Exozytose] und
binden an die in der postsynaptischen Membran
liegenden Rezeptoren
Nach der Ausschüttung wird der Transmitter:
Enzymatisch abgebaut (Acetylcholin)
Rücktranportiert (Serotonin)
Von Glia aufgenommen
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Der Transmitter kann einen Ionenkanal öffnen,
wodurch bestimmte Ionen ins Zellinnere strömen:
Klasse-1-Rezeptoren
Ligandengesteuerte Ionenkanäle
Der Transmitter aktiviert ein Steuersystem, durch
welches der spezifische Effekt ausgelöst wird:
Öffnen eines Ionenkanals - G-Protein
Enzymaktivierung - Second Messenger
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Aus dem Zusammenspiel aller eintreffenden
exzitatorischen und inhibitorischen
postsynaptischen Potentiale sowie den
Auswirkungen der präsynaptischen Inhibition
resultiert die aktuelle Erregung einer Nervenzelle,
das am Initialsegment wieder in eine Serie von
Aktionspotentialen verwandelt wird.
Durch Aktivität kann sich die
Funktion einer Synapse ändern
(Mono)Amine:
Dopamin
Adrenalin
Noradrenalin
Serotonin
Katecholamine
Indolamin
a: Vermehrung von Transmittern und Rezeptoren
b: Neubildung von Synapsen
c: Umbau von Synapsen
Dopaminerges System
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Dopaminmangel:
Morbus Parkinson
Der Anästhesist Henri Laborit erprobte
1950 Chlorpromazin zur Hibernation
Jean Delay prägte den Begriff
„Neuroleptikum“ und setzte mit
Pierre Deniker Chlorpromazin 1951
psychopharmakologisch ein
1957 entdeckte Roland Kuhn die antidepressive
Wirkung einer trizyklischen Verbindung: Imipramin
[International Nonproprietary Name [INN]
Handelsname: Tofranil
Noradrenerges System
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Trizyklische Antidepressiva (TZA) blockieren
Noradrenalin und setzen die Empfindlichkeit
der Rezeptoren herab [„down-regulation“]
Serotonerges System
Selektive Serotonin-Wiederaufnahmehemmer,
Selective Serotonin Re-uptake Inhibitor [SSRI]
Das erste Präparat war das 1984 eingeführte
Fluvoxamin
Nathan Kline 1957: Antidepressive Wirkung von Iproniazid.
Blockiert selektiv Monoaminooxidase (MAO), zuständig für
den Abbau von Noradrenalin und Serotonin.
Monoaminooxidasehemmer (MAO-Hemmer)
Links: Noradrenerg
Rechts: Serotonerg
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Aminosäuren:
Gamma-Aminobuttersäure GABA
Glutaminsäure
Glycin
Frank Berger 1946: Beruhigende Wirkung
(„Tranquilization“) von Meprobamat.
1955 erster „Tranquillizer“ unter dem
Handelsnamen „Miltaun“
Leo Sternbach entdeckte die Benzodiazepine.
Erste Verbindung: „Librium“ [INN: Clordiazepoxid]
von Roche 1960 in den Handel gebracht.
1963 wurde ein weiteres Derivat, Valium, gefunden
[INN: Diazepam].
Intensivierung der inhibitorischen GABA-Wirkung
[„Verstärkung der Bremsung“]
Azetylcholin:
Häufigster Neurotransmitter
Steuert Willkürmotorik
Quellgebiet: locus coeruleus
(nur ~ 3000 Zellen)
Cholinerges System
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Bauplan des vegetativen Nervensystems
Die Natursubstanz Opium wird aus dem Schlafmohn
(Papaver somniferum) gewonnen
Romantisierende Darstellungen: Quincey 1821
„The Confessions of an English Opium-Eater“
Erste Extraktion der bioaktiven Komponente
1803 durch Friedrich Sertürner: „Morphin“
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Neuropeptide ~ 100 !
Heroin: Als Hustenmittel mit dem ausdrücklichen
Hinweis, dass es nicht süchtig macht, empfohlen.
Endorphin
Enkephalin
Substanz P
Opiat-Rezeptoren
Lösliche Gase:
Stickoxid NO
Kohlenmonocid CO
Feedback der postsynaptischen Region:
Backpropagation
Druch präsynaptische Inhibition
wird die Schmerzleitung gehemmt
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