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Neurotransmitter: Acetylcholin, Serotonin und Dopamin

Informationsübertragung an chemischen Synapsen - Quelle: Pixabay
Informationsübertragung an chemischen Synapsen - Quelle: Pixabay

Die Signalübertragung von Neuron zu Neuron erfolgt an spezialisierten Kontaktstellen, den Synapsen. Die Zahl der Synapsen an einer einzigen Nervenzelle kann bis zu 50.000 betragen. Synapsen befinden sich auch zwischen Nervenzellen und anderen Zellen, wie z.B. Sinnes-, Muskel- oder Drüsenzellen.
Es gibt zwei Arten der Signalübertragung:  elektrische und chemische. Die meisten Synapsen im Gehirn sind chemische Synapsen. Die chemischen Botenstoffe, die an den Synapsen Information übertragen, nennt man Neurotransmitter. Bislang sind rund 100 unterschiedliche Neurotransmitter bekannt, die in verschiedenen Bereichen des Nervensystems wirken. Die meisten Neurotransmitter sind Aminosäuren, Amine oder Peptide.

Aminosäuren sind die Bausteine der Proteine. Beispiele für Aminosäure-Transmitter sind Glutamat (Gluataminsäure), Asparaginsäure, und Glycin. Glutamat wird nachgesagt, dass es dem Muskelaufbau diene. In der Lebensmittelindustrie werden diese Stoffe häufig als Geschmacksverstärker eingesetzt.

Amine sind häufig eine Vorstufe von Hormonen und dienen u.a. dem Aufbau von Vitaminen. Zu ihnen zählen z.B. Adrenalin, Dopamin und Serotonin. Das Adrenalin ist ein Stresshormon. Dopamin und Serotonin werden auch als „Glückshormone“ bezeichnet.

Peptide sind kleine organische Verbindungen, die sich aus mehreren Aminosäuren zusammensetzen. Viele Peptide wirken auch als Hormone. Einige unter ihnen zeigen entweder eine entzündungshemmende oder entzündungsfördernde Wirkung.  Beispiele für Peptide sind Insulin, Glucagon und die Endorphine. Insulin und Glucagon regulieren den Blutzuckerspiegel. Endorphine steuern u.a. das Schmerzempfinden. So besitzt das vom Körper produzierte Opioid ähnliche Eigenschaften wie Morphium.

Einige der Neurotransmitter werden in der Medizin gezielt zur Behandlung von beispielsweise psychischen Störungen eingesetzt. Hierzu zählen Beruhigungs- und Schlafmittel, Opiate zur Schmerzlinderung, Amphetamine (Aufputschmittel), Antidepressiva und Neuroleptika (Medikamente gegen Psychosen). Auch Koffein, Nikotin, Alkohol oder die sogenannten „harten Drogen“, wie Heroin und Kokain, beeinflussen die synaptische Erregungsübertagung.

Die Wissenschaft hat drei bedeutende Systeme, die beim Menschen einen weitreichenden Einfluss haben, identifiziert. Dies sind:

  • Cholinerge System (Acetylcholin)
  • Serotonerge System (Serotonin)
  • Dopaminerge System (Dopamin)

Im Vergleich zu Glutamat wirken diese drei Botenstoffe deutlich länger, da sie über ein größeres Gehirngebiet verteilt werden und so auf zahlreiche Prozesse Einfluss nehmen.

Acetylcholin spielt eine wichtige Rolle an motorischen Prozessen, also an Nervenzellen der Skelettmuskulatur. Im Gehirn steuerte es u.a. die Aufmerksamkeit und ist am Schlaf- und Wachrhythmus beteiligt. Auch beim Lernen scheint es eine entscheidende Rolle zu spielen.

Serotonin wirkt ebenfalls sowohl im Gehirn als auch außerhalb des zentralen Nervensystems. Es wirkt auf den Blutdruck, da es die Spannung der Blutgefäße reguliert. Im Gehirn beeinflusste es aus dem Hirnstamm heraus u.a. das Schmerzempfinden, Körpertemperatur, Schlaf- und Wachrhythmus und Gemütszustände. Ein Übermaß an Serotonin führt zu Unruhe, wohingegen ein Serotoninmangel Angst, Aggression und Depression auslöst. Serotonin ist in vielen Nahrungsmitteln enthalten, kann aber nicht die Blut-Hirn-Schranke überwinden. Im Gehirn wird Serotonin aus der Vorstufe Tryptophan gebildet. Auch Tryptophan ist in zahlreichen Nahrungsmitteln, vor allem in Kohlenhydraten, enthalten. Tryptophan- bzw. Serotonin-Mangel bewirken Schlafstörungen und Depressionen. Viele Antidepressiva und Medikamente gegen Angst zielen deshalb auf eine Erhöhung des Serotoninspiegels im Gehirn ab. Doch eine einfache Erhöhung des Serotoninspiegels im Gehirn führt nicht unmittelbar zum Ziel, denn sie entfalten ihre Wirkung meist erst nach Wochen und haben bei sehr schweren Depressionen oft auch gar keine Wirkung. Daraus lässt sich schließen, dass nicht das Serotonin allein für eine Depression verantwortlich ist.

Dopamin entsteht wie Noradrenalin und Adrenalin (beide wirken hauptsächlich im peripheren vegetativen Nervensystem) aus der Aminosäure Tyrosin. Im Zentralnervensystem steuert Dopamin willkürliche Bewegungsabläufe. Im Gehirn ist es am Belohnungssystem, das bei Tieren und Menschen  überlebenswichtig Verhaltensweisen steuert, beteiligt. Eine Erhöhung des Dopaminspiegels wirkt stimulierend; kann aber auch eine Sucht hervorrufen, wie beim Kokain. Denn Kokain hemmt die Wiederaufnahme von Dopamin und sorgt so für Wachheit und Eurphorie. Dopaminmangel ruft verschiedene psychische Krankheiten hervor. So hängen u.a. Schizophrenie und ADHS mit einem fehlerhaft funktionierendem Dopaminsystem zusammen.

Das Belohnungssystem
Hunger und Durst sind überlebenswichtige Bedürfnisse. Werden sie gestillt, so stellen sich Glücksgefühle ein. Das gilt auch für zahlreiche andere Bedürfnisse, wie das Verlangen nach Sexualität aber auch nach scheinbar banalen Dingen, wie den Sprung vom Fünfmeterturm. Unser ganzes Leben ist ausgerichtet auf das Erhalten von Belohnungen. So spielt Dopamin auch beim Lernen eine wichtige Rolle.
Das Belohnungssystem funktioniert wie ein Schaltkreis: In der Großhirnrinde entsteht ein Verlangen. Gibt man ihm nach, gehen Signale u.a. an das limbische System und en Hippocampus und auch als Rückmeldung an die Großhirnrinde zurück. Auslöser für das Verlangen ist das Dopamin.

Kindliche Entwicklungsphasen und Pubertät

By unknwon (Wikipedia) [Public domain], via Wikimedia Commons
By unknwon (Wikipedia) [Public domain], via Wikimedia Commons
Das Belohnungssystem verändert sich im Laufe des Lebens. Im Gegensatz zu anderen Neurotransmitter-Systemen ist dopaminerge System mit der Geburt noch nicht voll ausgereift. Die Reifungszeit dauert bis zum 20. Lebensjahr an. Die Bahnen auf denen das Dopamin verteilt wird werden in dieser Zeit gebildet. Dabei werden unterschiedliche Hirnregionen in zeitlichen Abständen „aktiviert“, so dass sich hierdurch die Reifungsphasen eines Kindes erklären lassen. Denn in diesen Entwicklungsstadien sind die neuen Areale besonders empfänglich für äußere Reize.
Dies zeigt sich besonders in der Pubertät. Durch den massiven Umbau des Gehirns in dieser Zeit versagen einige Kontrollmechanismen übergangsweise. So wird bei Jugendlichen besonderes viel Dopamin ausgeschüttet, wenn sie riskante Handlungen erfolgreich bewältigen. Dies motiviert über das Belohnungssystem zu weiteren waghalsigen Handlungen.

Infografik: Glückshormone im Gehirn

Wie entsteht unser Glücksgefühl?Wie entsteht unser Glücksgefühl? – eine Infografik von Lottoland

Quellen:

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