Vegetatives NS, Hormonsystem, Stress

• Geht davon aus, dass der Darm und die Mikribiomzusammensetzung dort einen großen EInfluss auf das menschliche Gehirn und somit auf das psychsiche Wohlbefinden hat

• im Darm wird z.B. großer Teil an Serotonin und Transmittervorläufern produziert

• Durch die Blut-Hirn-Schranke wird selektiert, welche Stoffe in den Blutkrieslauf des Gehirns gelangen dürfen

—> bestimmte Transmitter synthetisiert Gehirn selbst

—> Rolle des Darms: bekomme Tryptophan aus der Nahrung (Annahme: Bakterielle Milliueu steuert wie gut bestimmte Vorläufterstoffe für bestimmte Neurotransmitter aufgenommen werden (Aufnahme stoppen/ gestört oder in Nahrung zu wenig: dann ändert sich im Transmittermillieu im Gehirn etwas —> Wechselwirkungen zwischen dem was zentral-nervös im Gehirn passiert und im Darm)

—> Zu jedem Zeitpunkt nicht nur das eine oder das andere sondern Mischung aus beiden Systemen

—> können Summe von Para- und Sympathikus indirekt messen

Zielorgane werden neuronal und hormonell gesteuert

Gibt 2 Routen

1) neuronal: Hypothalamus -> Medulla -> Kerne im Hirnstamm -> vegetative präganglionäre Kerne -> Signale im peripheren vegetativen NS -> vegetative Organe

2) hormonell: Hypothalamus + Hypophyse -> hormonelle Signale -> vegetative Organe

• links: ein Neurom

• Mitte & rechts: 2 Neuronen

Zielorgane werden neuronal und hormonell gesteuert

Aufbau:

• Rückenmark

• Ganglion

  -> Alle sympathischen Verbindungen zum Zielorgan durchlaufen den Grenzstrang, nachdem das Axon des sympathischen Rückenmarksneurons aus der Wirbelsäule ausgetreten ist

  -> Ein Teil der Verbindungen wird in Ganglien des Grenzstrangs umgeschaltet (von dem ersten auf das 2. Neuron -> Axon des 2. Neurons erstreckt sich bis zum Endorgan hin) -> Paravertebrale Ganglion

  -> Bei den anderen Verbindungen: Faser des ersten Neurons erreicht Ganglion außerhalb des Grenzstangs (prävertebrales Ganglion)

  -> in prävertebralen Ganglien findet dann Umschaltung auf 2. Neuron statt

• Zielorgan

  
  

• Transmitter: Acetylcholin & Norepinephrine (Noradrenalin)

• Beta Blocker Reduzieren Wirkung von Adrenalin/ Noradrenalin an Zielorganen

—> Inputs der inneren Organe haben ihren Ursprung in den Hirnstammgebieten

Hirnnerv: Vagus-Nerv

• besonders wichtig (der 10. Hirnnerv)

• inneren Organe des Bauch- und Brustbereiches (Darm, Herz, Lunge)  werden alle reguliert durch vagus Nerv

Neurotransmitter: Acetylcholin

Neuronaler Übertragungsweg zwischen ZNS und Endorgan im somatischen, sympathischen und parasympathischen Nervensystem.

• Im somatischen Nervensystem versorgt ein Neuron im Rückenmark (bzw. im Hirnstamm für die motorische Versorgung des Kopf- und Halsraums ) direkt die quergestreifte Muskulatur.

• Somatisches NS: Zellkörper liegt in garuer SUbstanz des Rückenmarks (bzz. Hirnstamm) und sendet Fortsätze direkt bis zum Zielorgan (dem Muskel)

Im Vegetativen Nervensystem:

• Im vegetativen Nervensystem sind zwei Neuronen hintereinandergeschaltet

• Wird synaptisch umgeschaltet in der Peripherie

  -> Zellkörper der beteiligten Neuronen sitzen in Ganglien

  -> Informationsweitergabe geschieht von einem präganglionären auf ein postganglionäres Neuron in der Peripherie

• Präganglionäre Neuron hat Zellkörper im Rückenmark/Hirnstamm

  -> Übertragungsweg für motorische SIgnale aus dem ZNS an die viszeralen Organe besteht aus 2 Neuronen

Ausstülpungen = Varikositäten

• Ausstülpungen des Axons eines postganglionären Neurons in der Nähe der Muskelfaserzellen eines inneren Organs

• Varikositäten entsprechen den präsynaptischen ENdigungen im ZNS

Was bedeutet das für Übertragung?

• in Varikosiäten befindet sich Übertragungsstoff

• Abstand zwischne Varikosiäten und Muskelfaserzellen ist groß -> Nueurotransmitter muss über relativ weite Strecken diffundieren, bevor er Zielzelle erreicht

• Konsequenz: durch Ausschüttung eines Transmitters aus einer einzelnen Varikosität könnne mehrere Zellen erregt werden

• besser für langsamer ablaufende, aber dafür großflächigere Effekte geeignet (z.B. glatte Muskulatur in Darmwand)

  
  

  —> eher langsamere und großflächigere Effekte in den Zielorganen!

• Links: Start im Rückenmark

• Rechts: Start im Hirnstamm

Buch:

• Sowohl im sympathischen als auch im parasympathischne System erfolgt Übertragung vom präganglionären auf das postganglionäre Neuron durch Acetycholin

• Übertragung vom postganglionären Neuron auf das Zielorgan geschieht im sympathischen System durch Noradrenalin

• Im Parasympathischen System Übertragung vom postganglionären Neuron auf Endorgan durch Acetylcholin

-> Die Ausschüttung der beiden unterschiedlichen Neurotransmitter bei sympathsicher bzw. parasympathishcer Aktivität führt zu den untersch. Reaktionen des Endorgans

Sympathisches NS:

• Polynerge Überbauung im 1. Schritt; danach Noadrenaline Übertragung im zweiten Schritt

• Kann bestimmte Aspekte von Sympathikus mit bestimmten Medikamenten beeinflussen (z.B. Betablocker)

Hormonproduzierenden Regionen der Nebenniere:

• Wirken als Neurotransmitter & in Peripherie auch als Hormon

• Beeinflussen was an 2. Synapse bei Sympathikus Verschalung passiert

Exkurs: Pharmakologie

• Arzneimittel zur Therapie von Bluthochdruck, Asthma, Herzrhythmusstörungen uvm. wirken auf Rezeptoren des vegetativen Nervensystems

Man unterscheidet

• Sympatho- / Parasympathomimetika die die Wirkung von Sympathikus / Parasympathikus imitieren

– Sympatho- / Parasympatholytika, die die Wirkung von Sympathikus/Parasympathikus blockieren

—> Propanolol ist ein β1 und β2 Adrenorezeptor- Antagonist.

—>  Propanolol ist ein....?

Zusammenfassung ANS

• Sympathisches vs. Parasympathisches Nervensystem + zentralnervöse Steuerung

• Unterschiedliche gegenläufige Effekte auf Zielorgane

• Unterschiedliche Anatomie und synaptische Transmissionsmechanismen

—> im einen Fall nur Cholinerge und im anderen noch zusätzlich

noradrenaline Übertragung; kann unterschiedliche. Pharmakologisch eingreifen

• Senderzelle die Hormon ausschüttete in Blutkreislauf

• Kann in bestimmten Zielorganen  an Rezeptor anknüpfen und dort Einfluss ausüben

—> zentralnervöse Freisetzung von Hormonen wird größtenteils Neuronal gesteuert

• Zentralnervöses Signal erreicht ganzen Körper —> wird im ganzen Körper verteilt

• Abbildung zeigt beiden unterschiedlichen Wege der Hormonwirkung in der Zelle

• Lipophile Hormone können direkt in die Zelle gelangen und Prozesse im Zellkern in Gang setzten

• Hydrophyle Hormone können nur über Rezeptoren in der Zellmembran intrazelluläre Wirkungen entfalten

• Bei der autokrinen Signalübertragung wirkt eine Zelle durch den sezenierten Botenstoff auf sich selbst zurück

• Beim parakrinen Übertragungsmodus wirkt ein Hormon auf Zellen, die der sezenierenden Zelle benachbart sind

• Bei der endokrinen Übertragung entfaltet ein Hormon seine Wirkung an weit entfernten Zielzellen, die über die Blutbahn erreicht werden

• Alles was Lipidlöslich ist kann über Endothenmembran diffundieren

• Passive Wege, diffusion von Lipidlösliche Stoffen und aktiven Transport (über Transporterproteine

• Aminosäure: um Transmitter zu bauen; diese Stoffe werden über aktiven Transport aus dem Blut ins Gehirn transportiert (gleiche gilt für Glukose)

• Hypophyse = Hormonanhangsdrüse

• Hierarchie

  
  

Hypothalamus & Hypophyse

• Hypothalamus reguliert Hormonausschüttung über die Hypophyse

• Adenohypophyse (Hypophysenvorderlappen) –> Hormonausschüttung wird über spezielles Hormonsystem reguliert -> regelt welches Hormon freigesetzt wird

• Neurohypophyse (Hypophysenhinterlappen) -> Hormonausschüttung wird neuronal reguliert

Signalübertragung vom Hypothalamus zur Hypophyse und damit an das endokrine System geschieht auf 2 unterschidliche Wege:

Adenohypophyse (Hypophysenvorderlappen):

• Releasing Hormon: Hormon fördert Freisetzung von anderen Hormonen im Kreislauf

• Inhibiting Hormon: Hormon hemmt Freisetzung

Neurohypophyse:

• zwei Hinterlappenhormone: ADH, Oxytocin

• Haben Neuronen im HAT die Axone in den Hypophysenhinterlappen leiten und dort direkt an den Axonterminalen die Hormone in den Blutkreislauf direkt freisetzen

• sollen wissen welche Hormone über welche Hypophyse freigesetzt werden, nicht ganze Tabelle

• Oxytocin: Wehenfördernd, wichtig für sozialverhalten (Bildungsort: Hypothalamus)

• ADH (Vasopressin): Regulation des Wasserhaushaltes, wichtige Rolle bei der Steuerung sexueller Aktivität, wichtig bei bestimmten Lernprozessen & evtl. Aggression (Bildungsort: Hypothalamus)

  
  

Hormone der Neurohypophyse

Vasopressin (antidiuretisches Hormon, ADH):

• Regulation des Wasserhaushaltes

• Rolle bei der Steuerung sexueller Aktivität, bei bestimmten Lernprozessen, evtl. bei Aggression

Oxytocin:

• Wichtig bei Geburt (wehenfördernde Wirkung) und Laktation

• Wirkt auf Rezeptoren u.A. in Hippokampus, Amygdala,

  Hirnstamm

• Evtl. mit Aspekten des Sozialverhaltens assoziiert (und Kognitionsprozesse)

Generalisierte Stressreaktion

• Seyle, Österreichisch-Kanadischer Endokrinologe

• International Institute of Stress (McGill University)

• „Vater der Stressforschung“

• Idee der generalisierten Stressreaktion auf verschiedenste Stressoren

• Heute in strenger Form eher nicht mehr haltbar:

  -> Unterschiedliche Stressoren führen nicht immer zu identischen Reaktionen

  -> Individuelle Unterschiede (manche reagieren stark, mache haben größere Resilienz; also generalisierte nicht immer der Fall)

• „Fight-and-flight“ response ≈ Stressreaktion (Sympathikus)

• Bei tierischen und frühen menschlichen Vorfahren: Gefahr durch Fressfeinde. (schnelle Physiologische Reaktion zeigen um adequat reagieren zu können)

Moderner Stressbegriff (Schandry, 2016): Belastungen die einen Organismus zur Anpassungsleistung zwingen sind „Stressbelastungen“:

• Entscheidungen bei Unsicherheit

• Nahrungsmangel

• Temperaturschwankungen

• Arbeit unter Zeitdruck

• Emotionale Belastungen ohne Bewältigungsmöglichkeiten

-> Ist hier eine physiologische „fight-and-flight“ Reaktion angemessen? (in modernen Sit. Nicht immer angemessen)

Herausforderungen im Tierreich bei denen uU eine Stressreaktion eine sinnvolle Anpassung sein kann (Schandry 2016):

-       Rangordnungen in der Gruppe

-       Territorium verteidigen

-       Nachwuchs zeugen und verteidigen

-       Reaktionen auf wechselnde Umweltbedingungen

Stresstypisches Verhalten:

-       Freezing („Erstarren“)

-       Aggressivität z.B. bei sozialen Stressoren

-       Nahrungsaufnahme (Sympathikus wird hochgefahren, Parasympathikus runter)/Reproduktion werden zurückgestellt

Gesundheitliche Konsequenzen bei Dauerstress

Dauerstress

• Reduktion des Reproduktionsverhaltens

• Reduktion des Aggressionsverhaltens -> Stabilisierung der

Rangordnung (Menschen die wiederholt Aggressionen ausgesetzt sind ohne Fluchtmöglichkeiten zeigen apathische, depressive Verhaltensmuster

• Schwächung des Immunsystems

• M. Seligmann (1975): „Theorie der erlernten Hilflosigkeit“:

theoretische Verknüpfung von Stress, Angst und Depression

• ABB. Zeigt uns die 2 Pfade über die das ZNS kommuniziert mit den inneren Organen

• Hormoneller Pfad: Hypothalamus kann hormonelle Empfangen und ausendne und so auf innere Organe eineirken

Neuronale Pfad: Sympathikus und Parasympathikus

• Kerngebiete im Hirnstamm; über die synaptische Übertragung kann Aktivität bestimmter Körperfunktionen reguliert werden

• Bei Stressreaktion auch einen hormonellen und einen neuronalen Pfad

• Stressreaktion kann über HPA-Achse oder sympathisches Nervensystem erfolgen

• HPA Achse langsamer

• Sympathikus schnellere Reaktion

  
  

• Hypophyse = hormonelle Ausführungsorgan des Hypothalamus

• setzt das Kortikotropin-Releasing Hormon (CRH) frei, das die Adenohypophyse erreicht

• im Hypophysenvorderlappen regt CRH die Freisetzung von ACTH (adrenokortikotrope Hormon) an

• wenn ACTH Nebennierenrinde erreicht, kann die Sekretion von Glukokortikoiden angeregt werden

• HPA Achse wird durch zahlreiche Feedbackschleifen eng reguliert

• Hypophyse und Hypothalamus besitzen Chemosensoren zur Registrierung der im Blut vorhandenen Konzentrationen verschiedener Hormone

• Hippocampus wirkt eher hemmend auf die HPA Achse, Amygdala stimulierend (verantwortlich für negative EMotionen und dadurch dann auch Stressreaktion)

Negative Feedback Schleife:

• wenn ausreichend Glukokortikoide im Blut vorhanden sind wird Stress wieder runtergefahren durch hemmende Reaktionne des Hippocampus

Glukokortikoide Funktion:

• ENergiebereitstellung

• wirkt immunsuppressiv

• langanhaltende erhöhte Konzentration im Blut: erhöhter Blutdruck, Unfruchtbarkeit, Wachstumshemmung, Hemmung von Immunreaktionen, Diabetes usw.

Glukokortikoide Funktion:

• ENergiebereitstellung

• wirkt immunsuppressiv

• langanhaltende erhöhte Konzentration im Blut: erhöhter Blutdruck, Unfruchtbarkeit, Wachstumshemmung, Hemmung von Immunreaktionen, Diabetes usw.

• Glukokortikoide wirken u.a. in der Amygdala und im Hippocampus und haben somit Effekte auf Emotionen, Lernen und Gedächtnis

• Kortisol beeinflusst genau die Bereiche, die wiederum seine eigene Freisetzung fördern

• Präsynaptischer Effekt von Kortisol: Kortisol führt dazu, das vermehrt SNARE-Proteine gebildet werden und somit mehr Vesikel an die Membran binden und Transmitter freigesetzt werden (deshalb kann Stress sich auch positiv anfühlen)

• Postsynaptischer Effekt von Kortisol: Freisetzung von körpereigenen Canabinoiden

• Glukokortikoide bewirken außerdem verstärkte Konsolidierung, aber gleichzeitig auch geschwächten Gedächtnisabruf (Hippocampus) sowie Minderung von zielgerichtetem Verhalten / Verstärktes habituelles Verhalten (Amygdala)

• Endocannabinoid = Retrograder Messanger

Beispiele für synaptische Effekte von Glukokortikoiden

Präsynaptisch:

• Modulation der Transmitterfreisetzung, z.B. durch Erhöhung der verfügbaren SNARE-Komplexe (wichtig für Exozytose der Vesikel)

Postsynaptisch:

• Freisetzung von retrograden Botenstoffen (Endocannabinoide = körpereigene Cannabinoide) à-> Feedbackschleife

• Direkte und indirekte (sekundärer Botenstoff) Effekte auf Gentranskription

• Dauerstress = lange Zeit erhöhter Level von Kortisol

• Kann Anzahl von den Kortisol Rezeptoren runterregulieren (wenn System überstimuliert wird passt sich System an Überstimulation an)

• Problem: Hippocampus inhibitorische Wirkung -> wichtig um HPH Achse runter zu regulieren/abzuschalten, wird aktiviert durch Kortisol

• Teufelskreis (rechts) Viel Kortisolfreisetzung: schädift neuronen im Hippocampus (H); H hat reduzierte Fähigkeit HPA Achse runter zu regulierne, wieder mehr Kortisol.. usw

• Schrumpfung des Hippocampus bei Depression (bei Langzeit erhöhten Cortisolspiegel)

• Beeinflussen Aufgaben HPA Reaktion?

• ACTH im Blut (rechts), Kortisol Konzentration in Mitte

• Dramatische Ansteig von ACTH und Kortisol