Neurotransmitter und ihre Funktionsweise im Überblick

Neurotransmitter sind wichtige Botenstoffe zwischen Nervenzellen und anderen Zellen im Körper. Erfahre hier, welche wichtigen Funktionen sie erfüllen.

Ein Neurotransmitter ist ein chemischer Botenstoff, der Signale bzw. Reize zwischen Neuronen (auch Nervenzellen genannt) und Zielzellen im Körper überträgt, verstärkt und ausgleicht. Diese Zielzellen können sich in Drüsen, Muskeln befinden oder anderen Neuronen sein.

Milliarden von Neurotransmitter-Molekülen arbeiten ständig daran, durch Informationsübertragung unser Gehirn am Laufen zu halten und alles zu steuern, von der Atmung über den Herzschlag bis hin zum Lern- und Konzentrationsvermögen. Sie können auch eine Reihe von psychologischen Funktionen wie Angst, Stimmung, Vergnügen und Freude beeinflussen.

In diesem Artikel bekommst du einen umfassenden Überblick über folgende Themen:

• alles über die Wirkungsweise von Neurotransmittern,
• wie die Signalübertragung der Neurotransmitter im Detail stattfindet (Physiologie),
• wie sie erzeugt und wieder abgebaut werden,
• was die wichtigsten Neurotransmitter sind und welche Funktionen sie haben,
• was passiert, wenn (bestimmte) Neurotransmitter nicht richtig wirken,
• und welche Medikamente Auswirkungen auf unsere Neurotransmitter haben.

So übertragen Neurotransmitter Informationen zwischen Nervenzellen

Damit die Neuronen (lat. Neuron = Nerv) im ganzen Körper Nachrichten senden können, müssen sie miteinander kommunizieren können, um Signale zu übertragen (Transmission). Die Neuronen sind jedoch nicht einfach miteinander verbunden. Am Ende jeder Nervenzelle befindet sich ein winziger Spalt, der Synapse genannt wird. Das ist also die Kontaktstelle, an der zwei Nerven(-zellen) in Kontakt treten. Um mit der nächsten Zelle kommunizieren zu können, muss das Signal diesen kleinen Raum durchqueren können. Dies geschieht durch einen Prozess, der als Neurotransmission bekannt ist.

In den meisten Fällen wird ein Neurotransmitter vom so genannten Axonende freigesetzt, nachdem ein Aktionspotenzial die Synapse erreicht hat, einen Ort, an dem Neuronen Signale aneinander übertragen können. Aktionspotenziale sind hierbei nichts anderes als eine Menge elektrischer Impulse bzw. Ionenströme, die in den Synapsen anschließend in chemische Informationen umgewandelt werden.

Wenn ein elektrisches Signal das Ende eines Neurons erreicht, löst es die Freisetzung von kleinen synaptischen Bläschen (Vesikel) aus, welche die Neurotransmitter enthalten (Erregungsübertragung). Diese Bläschen schütten ihren Inhalt in die Synapse aus, wo die Neurotransmitter dann über den Spalt zu den benachbarten Zellen wandern. Diese Zellen enthalten Rezeptoren, an welche die Neurotransmitter binden können und so Veränderungen in den Zellen auslösen können.

Nach der Freisetzung überquert der Transmitter den synaptischen Spalt und heftet sich an die Rezeptorstelle des anderen Neurons, wodurch das empfangende Neuron entweder erregt oder gehemmt wird, je nachdem, um welchen Neurotransmitter es sich handelt.

Rezeptoren und Neurotransmitter funktionieren wie ein Schlüssel-Schloss-System. So wie es den richtigen Schlüssel braucht, um ein bestimmtes Schloss zu öffnen, kann ein Neurotransmitter (der Schlüssel) nur an einen bestimmten Rezeptor (dem Schloss) gebunden werden. Wenn der Neurotransmitter an der Rezeptorstelle wirken kann, löst er Veränderungen in der empfangenden Zelle aus.

Manchmal können Neurotransmitter (Überträgerstoffe) an Rezeptoren binden und bewirken, dass ein elektrisches Signal in der Zelle übertragen wird (erregend). In anderen Fällen kann der Neurotransmitter die Weiterleitung des Signals blockieren und so verhindern, dass die Nachricht weitergegeben wird (hemmend).

All das geht übrigens auf die Forschungen von Otto Loewi am Froschherzen zurück, der bereits im Jahre 1921 die Grundlage für das heutige Verständnis über die Physiologie von Neurotransmittern geschaffen hat.

Inaktivierung von Neurotransmittern

Was passiert mit einem Neurotransmitter nach seiner Ausschüttung, nachdem er seine Aufgabe erfüllt hat? Wenn der Neurotransmitter seine Wirkung entfaltet hat, kann seine Aktivität durch drei Mechanismen gestoppt werden:

• Abbau: Ein Enzym verändert die Struktur des Transmitters, sodass er vom Rezeptor nicht mehr erkannt werden kann.
• Diffusion: Der Neurotransmitter driftet vom Rezeptor weg.
• Wiederaufnahme: Das gesamte Neurotransmitter-Molekül wird vom Axon des Neurons, das ihn freigesetzt hat, wieder aufgenommen (Wiederaufnahme durch präsynaptische Membran)

Kriterien: wann ist eine Substanz eigentlich ein Neurotransmitter?

Die eigentliche Identifizierung von Neurotransmittern kann ziemlich schwierig sein. Wissenschaftler können zwar die synaptischen Bläschen mit den Neurotransmittern beobachten, aber herauszufinden, welche Chemikalien in den Bläschen gespeichert sind, ist nicht ganz so einfach.

Aus diesem Grund haben Neurowissenschaftler eine Reihe von Richtlinien entwickelt, um zu bestimmen, ob eine chemische Substanz als Neurotransmitter definiert werden sollte oder nicht (1):

• Vorhandensein der chemischen Substanz in der Zelle. Die Substanz wird entweder in der Nervenzelle synthetisiert oder auf andere Weise in ihr gefunden.
• Stimulusabhängige Freisetzung. Er wird von der Nervenzelle bei Stimulation in entsprechenden Mengen freigesetzt.
• Wirkung auf die postsynaptische Zelle. Die Chemikalie muss von der präsynaptischen Nervenzelle freigesetzt werden, und die postsynaptische Nervenzelle muss Rezeptoren enthalten, an die die Chemikalie bindet.
• Mechanismus zur Beseitigung. Es gibt einen spezifischen Mechanismus, um die Chemikalie nach ihrer Wirkung vom Ort der Aktivierung zu entfernen.

Klassifizierung von Neurotransmittern nach ihrer Funktion

Neurotransmitter spielen eine wichtige Rolle für das tägliche Leben und Funktionieren. Die Wissenschaftler wissen noch nicht genau, wie viele Neurotransmitter es gibt, aber es wurden mehr als 60 verschiedene Substanzen identifiziert, die als Neurotransmitter in Frage kommen (2).

Neurotransmitter können nach ihrer Funktion klassifiziert werden (3):

• Exzitatorische Neurotransmitter: Diese Art von Neurotransmittern hat eine erregende Wirkung auf das Neuron, d.h. sie erhöhen die Wahrscheinlichkeit, dass das Neuron ein Aktionspotenzial auslöst. Zu den wichtigsten erregenden Neurotransmittern gehören Epinephrin (Adrenalin) und Norepinephrin (Noradrenalin).
• Hemmende Neurotransmitter: Diese Art von Neurotransmittern hat eine hemmende Wirkung auf das Neuron; sie verringern die Wahrscheinlichkeit, dass das Neuron ein Aktionspotenzial auslöst. Zu den wichtigsten inhibitorischen Neurotransmittern gehören Serotonin und γ- Aminobuttersäure (GABA).
• Modulierende Neurotransmitter: Diese Neurotransmitter, die oft auch als Neuromodulatoren bezeichnet werden, sind in der Lage, eine größere Anzahl von Neuronen gleichzeitig zu beeinflussen. Diese Neuromodulatoren beeinflussen auch die Wirkung anderer chemischer Botenstoffe. Während synaptische Neurotransmitter von den Axonenden freigesetzt werden und sich schnell auf andere Rezeptorneuronen auswirken, verbreiten sich Neuromodulatoren über ein größeres Gebiet und wirken eher langsam.

Einige Neurotransmitter, wie Acetylcholin und Dopamin, können je nach Art der vorhandenen Rezeptoren sowohl erregende als auch hemmende Wirkungen haben.

Die einzelnen Neurotransmitter im Überblick

Es gibt eine Reihe von Möglichkeiten, Neurotransmitter zu klassifizieren und zu kategorisieren. In einigen Fällen werden sie einfach in Monoamine, Aminosäuren und Neuropeptide unterteilt (4).

Neurotransmitter können auch in eine von sechs Arten eingeteilt werden:

Aminosäuren

• Gamma-Aminobuttersäure (GABA): Diese natürlich vorkommende Aminosäure ist der wichtigste hemmende chemische Botenstoff des Körpers. GABA trägt zum Sehvermögen und zur motorischen Kontrolle bei und spielt eine Rolle bei der Regulierung von Angstzuständen. Benzodiazepine, die zur Behandlung von Angstzuständen eingesetzt werden, erhöhen die Effizienz der GABA-Neurotransmitter, was das Gefühl von Entspannung und Ruhe verstärken kann.
• Glutamat: Glutamat ist der am häufigsten vorkommende Neurotransmitter im Nervensystem und spielt eine Rolle bei kognitiven Funktionen wie dem Gedächtnis und dem Lernen. Übermäßige Mengen von Glutamat können Excitotoxizität verursachen, die zum Zelltod führt. Diese durch Glutamat verursachte Exzitotoxizität wird mit einigen Krankheiten und Hirnverletzungen in Verbindung gebracht, darunter Alzheimer, Schlaganfälle und epileptische Anfälle (5).

Peptide

• Oxytocin: Dieses starke Hormon wirkt als Neurotransmitter im Gehirn. Es wird vom Hypothalamus produziert und spielt eine Rolle bei der sozialen Anerkennung, der Bindung und der sexuellen Fortpflanzung (6). Synthetisches Oxytocin wie Pitocin wird oft als Hilfsmittel bei Wehen und Entbindung eingesetzt. Sowohl Oxytocin als auch Pitocin bewirken, dass sich die Gebärmutter während der Wehen zusammenzieht.
• Endorphine: Diese Neurotransmitter hemmen die Übertragung von Schmerzsignalen und fördern euphorische Gefühle. Diese Botenstoffe werden auf natürliche Weise vom Körper als Reaktion auf Schmerzen produziert, können aber auch durch andere Aktivitäten wie aerobischen Ausdauersport ausgelöst werden (7). Ein Beispiel für angenehme Gefühle, die durch die Produktion von Endorphinen ausgelöst werden, ist das sogenannte Runner’s High.

Monoamine

• Adrenalin (Epinephrin): Epinephrin, auch bekannt als Adrenalin, ist sowohl ein Hormon als auch ein Neurotransmitter. Im Allgemeinen ist Epinephrin ein Stresshormon, das vom Nebennierensystem ausgeschüttet wird. Es funktioniert aber auch als Neurotransmitter im Gehirn (8).
• Noradrenalin (Norepinephrin): Diese natürlich vorkommende Chemikalie ist ein Neurotransmitter, der eine wichtige Rolle für die Wachsamkeit spielt und an der Kampf- oder Fluchtreaktion des Körpers beteiligt ist.  Die Aufgabe von Noradrenalin ist es, den Körper und das Gehirn zu mobilisieren, um in Zeiten von Gefahr oder Stress aktiv zu werden. Der Spiegel dieses Neurotransmitters ist im Schlaf am niedrigsten und in Stresssituationen am höchsten.
• Histamin: Diese organische Verbindung wirkt als Neurotransmitter im Gehirn und Rückenmark (9). Sie spielt eine Rolle bei allergischen Reaktionen und wird als Teil der Reaktion des Immunsystems auf Krankheitserreger produziert.
• Dopamin: Dopamin ist allgemein als Wohlfühl-Neurotransmitter bekannt und spielt eine Rolle bei Belohnung, Motivation und Suchtverhalten (10). Verschiedene Arten von Suchtmitteln erhöhen den Dopaminspiegel im Gehirn. Dieser chemische Botenstoff spielt auch eine wichtige Rolle bei der Koordination von Körperbewegungen. Die Parkinson-Krankheit, eine degenerative Krankheit, die zu Zittern und motorischen Bewegungsstörungen führt, wird durch den Verlust von Dopamin-erzeugenden Neuronen im Gehirn verursacht. Dopamin und Serotonin, welches nachfolgend beschriebenen wird, werden auch als Glückshormone bezeichnet, weil sie für unsere psychische Stimmung so wichtig sind.
• Serotonin: Als Hormon und Neurotransmitter spielt Serotonin eine wichtige Rolle bei der Regulierung und Steuerung von Stimmung, Schlaf, Angst, Sexualität und Appetit. Selektive Serotonin-Wiederaufnahmehemmer (SSRIs) sind eine Art von Antidepressiva, die häufig zur Behandlung von Depressionen, Angstzuständen, Panikstörungen und Panikattacken verschrieben werden. SSRIs gleichen den Serotoninspiegel aus, indem sie die Wiederaufnahme von Serotonin im Gehirn blockieren, was die Stimmung verbessern und Angstgefühle verringern kann (11).

Purine

• Adenosin: Diese natürlich vorkommende Chemikalie wirkt als Neuromodulator im Gehirn und ist an der Unterdrückung von Erregung und der Verbesserung des Schlafs beteiligt.
• Adenosintriphosphat (ATP): ATP gilt als Energiewährung des Lebens und wirkt als Neurotransmitter im zentralen und peripheren Nervensystem (12). Es spielt eine Rolle bei der autonomen Steuerung, der sensorischen Weiterleitung und der Kommunikation mit Gliazellen. Die Forschung legt nahe, dass es auch bei einigen neurologischen Problemen wie Schmerzen, Traumata und neurodegenerativen Störungen eine Rolle spielt.

Gasotransmitter

• Stickstoffmonoxid: Diese Verbindung spielt eine Rolle bei der Beeinflussung der glatten Muskulatur, indem sie diese entspannt, so dass sich die Blutgefäße weiten und der Blutfluss in bestimmten Körperregionen erhöht wird.
• Kohlenmonoxid: Dieses farb- und geruchlose Gas kann giftige und potenziell tödliche Auswirkungen haben, wenn Menschen hohen Konzentrationen dieser Substanz ausgesetzt sind. Es wird jedoch auch auf natürliche Weise vom Körper produziert und wirkt dort als Neurotransmitter, der dazu beiträgt, die Entzündungsreaktion des Körpers zu regulieren (13).

Acetylcholin

• Acetylcholin: Dies ist der einzige Neurotransmitter in seiner Klasse. Er kommt sowohl im zentralen als auch im peripheren Nervensystem vor und ist der wichtigste Neurotransmitter für die Reizweiterleitung in den Motoneuronen (14). Er spielt eine Rolle bei Muskelbewegungen sowie beim Gedächtnis und beim Lernen.

Wenn Neurotransmitter nicht richtig funktionieren

Wie bei vielen Vorgängen im Körper kann auch hier manchmal etwas schief gehen. Es ist daher nicht verwunderlich, dass ein so umfangreiches und komplexes System wie das menschliche Nervensystem anfällig für Probleme ist.

Einige der Dinge, die schief gehen können, sind:

• Die Neuronen stellen vielleicht nicht genug von einem bestimmten Neurotransmitter her.
• Neurotransmitter können zu schnell resorbiert werden
• Zu viele Neurotransmitter können durch Enzyme deaktiviert werden
• Es kann zu viel eines bestimmten Neurotransmitters freigesetzt werden

Falls zu wenig Serotonin zur Verfügung steht, spricht man auch von einem Serotoninmangel. Wenn Neurotransmitter durch Krankheiten oder Medikamente beeinträchtigt werden, kann dies eine Reihe von negativen Auswirkungen auf den Körper haben. Krankheiten wie Alzheimer, Epilepsie und Parkinson werden mit Defiziten bei bestimmten Neurotransmittern in Verbindung gebracht.

Mediziner/innen wissen, dass Neurotransmitter bei psychischen Erkrankungen eine Rolle spielen können. Deshalb werden zur Behandlung verschiedener psychiatrischer Erkrankungen oft Medikamente verschrieben, die die Wirkung der körpereigenen Botenstoffe beeinflussen.

Dopamin wird zum Beispiel mit Sucht und Schizophrenie in Verbindung gebracht. Serotonin spielt eine Rolle bei Stimmungsstörungen wie Depressionen und Zwangsstörungen (11). Medikamente wie SSRIs können von Ärzten und Psychiatern verschrieben werden, um die Symptome von Depressionen oder Angstzuständen zu behandeln.

Medikamente werden manchmal allein eingesetzt, können aber auch in Verbindung mit anderen therapeutischen Maßnahmen wie kognitiver Verhaltenstherapie verwendet werden.

Medikamente, die Neurotransmitter und Nervenzellen beeinflussen

Die vielleicht größte praktische Anwendung der Entdeckung und des detaillierten Verständnisses der Funktionsweise von Neurotransmittern war die Entwicklung von Medikamenten, die die chemische Übertragung beeinflussen. Diese Medikamente sind in der Lage, die Wirkung von Neurotransmittern zu verändern, wodurch die Symptome einiger Krankheiten gelindert werden können.

• Agonisten vs. Antagonisten: Einige Medikamente werden als Agonisten bezeichnet und wirken, indem sie die Wirkung bestimmter Neurotransmitter verstärken. Andere Medikamente werden als Antagonisten bezeichnet und blockieren die Wirkung von Neurotransmittern (15).
• Direkte vs. Indirekte Wirkungen: Diese neurowirksamen Medikamente können weiter unterteilt werden, je nachdem, ob sie eine direkte oder indirekte Wirkung haben. Diejenigen, die eine direkte Wirkung haben, wirken, indem sie die Neurotransmitter nachahmen, weil sie in ihrer chemischen Struktur sehr ähnlich sind. Diejenigen, die eine indirekte Wirkung haben, wirken auf die synaptischen Rezeptoren.

Zu den Medikamenten, die die Neurotransmission beeinflussen können, gehören Psychopharmaka, die zur Behandlung von psychischen Krankheiten wie Depressionen und Angstzuständen eingesetzt werden, wie SSRIs, trizyklische Antidepressiva, MAO-Hemmer, Benzodiazepine oder andere Antidepressiva wie Mirtazapin. Selbst pflanzliche Stimmungsaufheller wie Johanniskraut haben einen Einfluss auf bestimmte Neurotransmitter.

Drogen

Illegale Drogen wie Heroin, Kokain und Marihuana haben ebenfalls Auswirkungen auf die Neurotransmission. Heroin wirkt als direkt wirkender Agonist, der die natürlichen Opioide des Gehirns so stark nachahmt, dass die entsprechenden Rezeptoren stimuliert werden. Kokain ist ein Beispiel für eine indirekt wirkende Droge, die die Übertragung von Dopamin beeinflusst (16).

Mein Fazit

Neurotransmitter spielen eine entscheidende Rolle in der neuronalen Kommunikation und beeinflussen alles von unwillkürlichen Bewegungen über das Lernen bis hin zur Stimmung. Dieses System ist sowohl komplex als auch stark vernetzt. Neurotransmitter wirken auf bestimmte Art und Weise, aber sie können auch durch Krankheiten, Medikamente oder andere chemische Botenstoffe beeinflusst werden.