Warum macht Rauchen süchtig?

Posted by Pia Schneider on April 2, 2011 None comments

Nikotin besetzt den Acetylcholinrezeptor und bewirkt so unter anderem, dass im mesolimbischen System, genauer im Nuclus Accumbes, Dopamin freigesetzt wird. Die Freisetzung von Dopamin im mesolimbischen System ist mit „Wanting“ assoziiert – mit dem Verlangen nach mehr. Der Entzug von Nikotin verursacht dann eine Abnahme von Dopamin im Nc. Accumbens. Das führt zu Craving, also dem Verlangen nach einer Zigarette. Acetylcholinrezeptoren weisen eine Besonderheit auf: nachdem sie aktiviert wurden, sind sie zunächst im desensibilisierten Zustand und können während dessen nicht wieder aktiviert werden – das ist dann erst nach einer bestimmten Zeitdauer wieder möglich. Deshalb berichten viele Raucher, dass sie an der ersten Zigarette am Morgen besonders hängen – denn mit dieser Zigarette können die Acetlycholinrezeptoren durch die nächtliche Abstinenz aktiviert werden. Anschließend sind sie dann erst mal im desensibilisierten Zustand.

Doch wieso verursacht das Dopamin, dass durch die Acetylcholinrezeptoren ausgeschüttet wird, Sucht?

Nach der Anreiz-Sensitivierungs-Hypothese führen suchterzeugende Substanzen zu einer erhöhten Sensitivität im mesolimbischen Dopaminsystem. Das System habituiert also nicht, wie man es vielleicht annehmen würde, sondern es reagiert mit der Zeit immer empfindlicher auf die Substanz, so dass geringere Mengen ausreichen um Dopamin auszuschütten. Damit nimmt das „Wanting“, der Drang eine Substanz zu konsumieren, immer mehr zu. Das „Liking“, die durch die Droge verursachten positiven Gefühle, nehmen aber mit der Zeit ab, denn sie werden über Opiatrezeptoren vermittelt.

Dass das mesolimbische überhaupt mit „Wanting“ in Verbindung steht ist bekannt, seit Ods und Milner 1954 eine Elektrode in das Septum einer Ratte implantierten. Die Ratte kehrte daraufhin immer wieder in den Bereich des Käfigs zurück, in dem sie stimuliert worden war. In weiteren Versuchen zeigte sich dann, dass die Ratten sich bis zur Erschöpfung selber stimulierten, wenn sie die Möglichkeit dazu hatten. Später fand man heraus, dass die Strukturen, deren Stimulation belohnend (oder Anreiz hervorrufend) wirkt, zum mesolimbischen System zusammenfassen lassen.

Lerntheoretisch kann die Suchtentstehung über klassische und operante Konditionierung erklärt werden.

Wenn man Suchtverhalten über Operante Konditionierung zu erklären versucht, geht man davon aus, dass ein bestimmter Stimulus (S) wie z.B. Entzugssymptome, negative Stimmung oder mit der Droge assoziierte Reize zu einer erneuten Drogeneinnahme (R) führen. Daraus folgt dann (C) ein positives Gefühl, negative Gefühle werden weniger oder Entzugssymptome nehmen ab (Verstärkung).

Mit Hilfe der klassischen Konditionierung versucht man Substanzkonsum folgendermaßen zu erklären: Mit der Zeit werden bestimmte konditionierte Reize (CS) mit dem unkonditionierten Stimulus also der Substanz, z.B. der Zigarette (US) assoziiert. Beim Raucher kann das z.B. ein Essen sein, dass er gerade beendet hat und nach dem er immer raucht oder der Kaffee, den er sich immer zur Zigarette macht. Diese Assoziation führt aber nun anders als beim üblichen Klassischen Konditionieren nicht dazu, dass dem Raucher von nun an ein Essen oder ein Kaffee reicht um die Wirkung der Zigarette zu spüren. Es nicht die tatsächliche Wirkung der Substanz konditioniert, sondern konditioniert wird der motivationale Zustand die Substanz erneut einzunehmen, also Entzugsymptome, eine der Droge entgegengesetzte Wirkung. (Erinnerung an den Pavlov’schen Hund: Nachdem die Klingel mit dem Futter assoziiert wurde, bekamen die Hunde schon dann Speichelfluss (Reaktion auf Futter), wenn sie die Klingel hörten. Satt wurden sie davon aber nicht.)

Nach dem Gegensatz-Prozess-Modell wird davon ausgegangen, dass es als Reaktion auf Stimuli einen A- und einen B-Prozess gibt.
Da der A-Prozess für die erste emotionale Reaktion verantwortlich ist, erreicht er sein Maximum schnell, fällt dann wieder etwas ab und bleibt dann auf etwa konstantem Niveau, solange der Reiz vorhanden ist. Er habituiert jedoch schnell. So führt z.B. Nikotinkonsum zum A-Prozess, solange der Raucher seine Zigarette raucht und einige Zeit danach: der Raucher fühlt sich wacher, konzentrierter, besser gelaunt und hat weniger Hunger etc.
Der B-Prozess ist für die Nachreaktion verantwortlich. Hierbei schlagen die positiven Wirkungen der Zigarette in ihr Gegenteil um. Um dem B-Prozess abzuschwächen raucht der Raucher wieder eine Zigarette, doch der A-Prozess wird immer schwächer, so dass er immer mehr rauchen muss.

Literatur:
Carlson, Neil R. (2004): Physiologische Psychologie. 8. Aufl. München: Pearson.
Schandry, Rainer (2006): Biologische Psychologie. 2. Aufl. Weinheim: Beltz Verlag.
+ Internetquellen

CT

Posted by Pia Schneider on February 10, 2011 None comments

Wie funktioniert ein Computertomograph (CT)?

Das CT arbeitet mit Röntgenstrahlung. Anders als beim „normalen“ Röntgenapparat wird die Röntgenstrahlung aber nicht nur in einer Richtung durch das Gewebe, das dargestellt werden soll, geschickt. So kann die Bildschärfe erhöht werden. Beim CT liegt die Versuchsperson oder der Patient auf einer Art Tisch um den herum als kreisförmige Röhre der Sender, der die Röntgenstrahlen abgibt, und die Empfänger aufgebaut sind. Die Strahlung wird dann aus verschiedenen Richtungen, im 360°-Winkel, durch den Körper, z.B. den Kopf, geschickt. So wird nach und nach von jeder Position ein Röntgenbild des Kopfes aus verschiedenen Richtungen erstellt. Diese Bilder werden dann miteinander kombiniert und so erhält man eine viel schärfere Aufnahme als dies mit Einzelaufnahmen möglich wäre. Um ein Bild einer anderen Schicht zu erhalten fährt das Röntgensystem oder der Tisch mit dem Patienten in kleinen Schritten (1-10 mm) in Längsrichtung weiter und die Prozedur wird wiederholt.

Literatur: Schandry, Rainer (2006): Biologische Psychologie. 2. Aufl. Weinheim: Beltz Verlag.

Depression, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Zytokine

Posted by Pia Schneider on January 13, 2011 None comments

In vielen Untersuchen wurde gezeigt, dass die Sterblichkeit von Patienten mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen, die zusätzlich unter Depressionen leiden, erhöht ist. Miller, Freedland und Carney konnten mit einem Experiment zeigen, dass an diesem Zusammenhang möglicherweise inflamatorische Zytokine beteiligt sind.

Inflamatorische Zyotkine werden vom Körper gebildet, wenn ein Pathogen in den Körper eindringt, um das Pathogen zu bekämpfen. Anhand von Blutuntersuchungen konnten Miller et al. zeigen, dass dies auch bei Patienten mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen funktioniert – unabhängig vom Ausmaß ihrer Depressivität.

Die Reaktion des Körpers auf das Pathogen – also die Produktion der inflammatorischen Zyotokine –muss aber auch zum richtigen Zeitpunkt wieder gestoppt werden. Wird die Reaktion auf das Pathogen zu früh gestoppt, sind möglicherweise noch nicht alle Krankheiterreger bekämpft; wird sie dagegen zu spät gestoppt entwickelt sich eine unkontrollierte Immunantwort und Entzündungen verschlimmern sich.

An der Regulation der Zytokinproduktion sind unter anderem Glucocorticoide beteiligt. Denn diese wirken anti-inflammatorisch und stoppen die Reaktion der Leukozyten auf die Pathogene. Wenn die Leukozyten nun überempfindlich auf Glucocoticoide reagieren, regulieren sie den entzündlichen Prozess nach unten, bevor das Pathogen vernichtet ist. Wenn sie Resistenzen gegen Glucocorticoide entwickeln, dann bleibt die Immunantwort unkontrolliert und Entzündungen verschlimmern sich, weil die inflammatorische Antwort überschießt.

Durch Blutuntersuchungen fanden Miller et al. nun heraus, dass bei depressiven Patienten mit Herz-Kreislauferkrankungen weniger Dexamethason (ein künstlichen Glucocorticoid) benötigt wird um die Produktion von Zytokinen um 50% einzudämmen als bei nicht-depressiven Patienten.

Je stärker die depresssiven Symptome der Patienten ausgeprägt waren, desto weniger Dexamethason wurde benötigt um die Produktion von inflammatorischen Zyotokinen (in diesem Fall IL-L und TNF-alpha) um 50% einzudämmen.

Es ist also möglich, dass bei Patienten mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen depressive Symptome dazu führen, dass die weißen Blutkörperchen sensitiver auf Glucocorticoide reagieren, wodurch die Immunantwort auf Pathogene frühzeitig beendet wird. Das wiederum kann zu chronischen Infektionen und damit zu einer erhöhten Sterblichkeit führen.

Da die Studie korrelativ war, ist es aber auch möglich, dass die Dysregulation des Immunsystems und die daraus folgende chronische Infektion zu vermehrten depressiven Symptomen führen.

Literatur: Miller, G. E., Freedland, K. E., & Carney, R. M. (2005). Depressive symptoms and the regulation of proinflammatory cytokine expression in patients with coronary heart disease. Journal of Psychosomatic Research, (59), 231–236.

Echte und “gefakte” Emotionen

Posted by Pia Schneider on October 7, 2010 None comments

Echte und nur vorgetäuschte Emotionen werden durch zwei verschiedene Hirnmechanismen kontrolliert. Besonders gut sichtbar ist das bei Patienten mit Schädigungen in den entsprechenden Bereichen: Patienten deren Gesichtsregion im primären mototischen Cortex geschädigt ist, können auf der betroffenen Seite ihre Gesichtsmuskeln nicht willkürlich bewegen – der echte emotionale Ausdruck funktioniert aber weiterhin. Wenn dagegen die Insula im Bereich des präfrontalen Kortex, die weiße Substanz im Frontallappen oder Teile des Thalamus geschädigt sind, kann es dazu kommen, dass die betroffene Person auf der beeinträchtigten Gesichtsseite keine Emotionen mehr ausdrücken kann – während sie ihre Gesichtsmuskeln weiterhin willkürlich bewegen kann.

Literatur:
Carlson, Neil R. (2004): Physiologische Psychologie. 8. Aufl. München: Pearson.
Schandry, Rainer (2006): Biologische Psychologie. 2. Aufl. Weinheim: Beltz Verlag.

Head’sche Zonen

Posted by Pia Schneider on August 2, 2010 None comments

Warum wird Schmerz nicht immer dort wahrgenommen wo er entsteht?

Das bekannteste Beispiel für Schmerzen, die nicht dort wahrgenommen werden, wo sie entstehen, sind linksseitige Schulterschmerzen, die einen Herzinfarkt anzeigen. Aber warum werden die Schmerzen in der Schulter und nicht im Herzen wahrgenommen?

Der Grund hierfür liegt in der Verschaltung der Nozizeptoren der Organe (z.B. der Haut, der Muskeln und Gelenke oder der viszeralen Organe) auf die nozizeptiven Rückenmarksneurone.

Da viele Nozizeptoren zu einem Rückenmarksorgan senden (viele Nozizeptoren konvergieren auf ein Rückenmarksneuron), kann aus der Erregung des Rückenmarkneurons nicht mehr unterschieden werden, von welchem Nozizeptor die Information kommt.

Dabei gibt es 4 Typen von Rückenmarksneuronen:

Typ A erhält nur Afferenzen von Nozizeptoren der Haut. Daher erzeugt die Erregung von Rückenmarksneuronen des Typs A in jedem Fall Oberflächenschmerz.

Typ C erhält nur Afferenzen von Muskeln und Gelenken. Wenn Ein Rückenmarksneuron vom Typ C erregt ist, wird daher in jedem Fall somatischer Tiefenschmerz erzeugt.

Typ B erhält aber Afferenzen von Nozizeptoren der Haupt und von Muskeln und Gelenken. Wenn also z.B. die Nozizeptoren von Muskeln oder Gelenken erregt werden, kann stattdessen trotzdem das Hautareal, dessen Nozizeptoren ebenfalls auf das gleiche Rückenmarksneuron konvergieren, schmerzen.

Typ D erhält Afferenzen von viszeralen Organen und vom Tiefengewebe (Muskeln, Gelenke) oder der Haut. Auch hier kann das Gehirn wie beim Typ B nicht eindeutig interpretieren, ob die aufsteigenden Rückenmarkszellen von somatischen Nozizeptoren oder viszeralen Nozizeptoren aktiviert werden.

Literatur: Schmidt, Robert F.; Lang, Florian; Thews, Gerhard (Hg.) (2005): Physiologie des Menschen. mit Pathophysiologie. 29. Aufl. Heidelberg: Springer Medizin Verlag.

Hyperalgesie und Ruheschmerzen

Posted by Pia Schneider on August 1, 2010 None comments

Wie entstehen Hyperalgesie und Ruheschmerzen?

Nozizeptoren besitzen Rezeptoren für Gewebs- und Entzündungsmediatoren. Diese Gewebs- und Entzündungsmediatoren (z.B. Bradykinin, Histamin, Serotonin und Prostaglandine) aktivieren und sensibilisieren die Nozizeptoren.

Durch die Sensibilisierung wird die Erregungsschwelle der Nozizeptoren heruntergesetzt, d.h. die Nozizeptoren senden bereits bei weniger starken Reizen elektrische Impulse weiter (siehe hier) die dann im Gehirn letzendlich als Schmerz wahrgenommen werden. So entsteht primäre Hyperalgesie, also eine erhöhte Schmerzempfindlichkeit im geschädigten Bereich.

Zu Ruheschmerzen kommt es, da viele Nozizeptoren im entzündeten Gebiet Spontanaktivität entwickeln.

Sekundäre Hyperalgesie bezeichnet im Gegensatz zur primären Hyperalgesie eine erhöhte Schmerzempfindlichkeit, die über das Gebiet der Schädigung hinausgeht. Für die sekundäre Hyperalgesie sind verschiedene Mechanismen verantwortlich:

1. Die Erregung der Nozizeptoren durch Entzündungsmediatioren führt dazu, dass die Nozizeptoren NGF, CGRP und Substanz P ausschütten (= neurogener Reflex). Durch CGRP und Substanz P Nozizeptoren in der Umgebung erregt und NGF regt die Nozizeptoren zum aussprossen an. Deshalb wird auch das an die Schädigung anschließende Gewebe schmerzempfindlich.

2. Die nozizeptiven Rückenmarksneurone werden sensibilisiert. Da das rezeptive Feld eines Rückenmarksneurons größer ist, als das eines Nozizeptors, kann das Gehirn aus der Erregung eines Rückenmarkssignals (von welchem es seine Eingangssignale erhält) nicht mehr zurückschließen, welcher Nozizeptor den Schmerz verursacht hat und es schmerzt unter Umständen ein größerer Bereich als derjenige, der die eigentliche Schädigung umfasst.

Literatur: Schmidt, Robert F.; Lang, Florian; Thews, Gerhard (Hg.) (2005): Physiologie des Menschen. mit Pathophysiologie. 29. Aufl. Heidelberg: Springer Medizin Verlag.

Wie macht Stress krank?

Posted by Pia Schneider on July 16, 2010 None comments

Warum ist Stress mit körperlichen Erkrankungen assoziiert?

Stressoren werden im limbischen System, unter anderem in der Amygdala und im Hippocampus verarbeitet. Die Amygdala und der Hippocamus haben Verbindungen zum Hypothalamus, die Amygdala aktiviert den Hypothalamus, der Hippocamus hat inhibitorische Verbindungen zu ihm.

Wenn die Amygdala aktiviert ist führt das also zu vermehrter CRH-Freisetzung aus der medianen Eminenz des Hypothalamus.

50% der CRH-Neurone setzten unter Stress auch ADH frei, welches Blutdruck steigernd wirkt. Eine erhöhte CRH-Konzentration selber wird mit Depressionen in Verbindung gebracht.

Durch das CRH wird eine erhöhte Menge an ACTH aus dem Hypophysenvorderlappen freigesetzt.
ACTH wiederrum regt die Glucocorticoidfreisetzung aus dem Nebennierenmark an.

Glucocorticoide haben mehrere wichtige Wirkungen: Sie wirken immunosuppressiv, so dass sie möglicherweise eine latente Infektion in den Geweben des Körpers festsetzt was Krankheiten – und durch die Produktion von Zytokinen das Krankheitsgefühl – steigert. In hohen Dosen wirken sie Blutdruck steigernd.

Außerdem führt ein erhöhter Kortisolspiegel zur Aktivierung von Glucocorticoidrezeptoren im Hippocampus. Normalerweise wird so über rückgekoppelte Hemmung die Aktivität der HPA-Achse heruntergekoppelt. Bei depressiven, oder Menschen die unter starken Stress stehen oder standen funktioniert diese rückgekoppelte Hemmung aber oft nicht.
Dies wurde mit dem Dexamethason-Inhibitiontest untersucht: Bei normalen Menschen ist eine Gabe von Dexamethason am Abend fähig den Mogen-Kortisol-Peak zu unterdrücken, bei Depressiven hingegen nicht. Man nimmt an, dass dies mit einer verminderten Sensitivität oder Anzahl der Gluccocorticoid-Rezepotoren im Hippocampus zusammenhängt. Möglicherweise wirken Antidepressiva indem sie diese Sensitivität wieder erhöhen.

Doch das ist nicht der einzige Mechanismus über den Stress krank macht. Weil er das Immusystem beeinflusst, ist aber denkbar, dass so viele Krankheiten mitverursacht werden.

Speziell für Herzkreislauferkrankungen ist auch von Bedeutung, dass der Hypothalamus auch noch eine Vermindung zu präganglinonäre Sympathikusneuronen des Rückenmarks hat. Wenn diese aktiviert werden, werden mehr Adrenalin und Noradrenalin aus der Nebennierenrinde ausgeschüttet.

A und NA erhöhen das Herzzeitvolumen. Dadurch steigt der systolische Blutdruck. Außerdem verengt NA die Blutgefäße, dadurch steigt auch der diastolische Blutdruck. Wenn diese Situation länger vorliegt, adapieren die Barorezeptoren und der Setpoint im Kreislaufzentrum wird nach oben gestellt. So wird der Bluthochdruck chronisch.

Eine nicht physiologische Erklärung für den Zusammenhang zwischen Stress und körperlichen Erkrankungen ist, dass Menschen, die unter Stress stehen sich gesundheitssschädlicher Verhalten, z.B. in dem sie weniger schlafen, mehr rauchen, schlechter essen, sich weniger bewegen, etc. Außerdem entwickeln Menschen ist unter Stress stehen eher psychische Störungen als Menschen die nicht unter Stress stehen (Vulnerabilitäts-Stress-Modell). Auch das kann sich dann auf die Gefährung für körperliche Erkrankungen auswirken.

Literatur:
Bear, M. F., Connors, B. W., & Paradiso, M. A. (Eds.) (2001). Neuroscience: Exploring the Brain (2nd ed.). Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins.
Miller, G. E., Freeland, K. E., & Carney, R. M. (2005). Depressive symptoms and the regulation of proinflammatory cytokine expression in patients with coronary heart disease. Journal of Psychosomatic Research, (59), 231–236.
Rüegg, J. C. (2007). Gehirn, Psyche und Körper: Neurobiologie von Psychosomatik und Psychotherapie (4th ed.). Stuttgart: Schattauer.

Wirkmechanismus von Antidepressiva

Posted by Pia Schneider on July 4, 2010 None comments

Wie wirken Antidepressiva?

Trizyklika und SNRI (selektive Serotonin- und Noradrenalinwiederaufnahmehemmer) verhindern die Wiederaufnahme von Noradrenalin (NA) und Serotonin (S) in das präsynaptische Neuron. So bleibt es länger im synaptischen Spalt aktiv. MAO-Hemmer verhindern die Deaktivierung von Serotonin und Noradrenalin durch das Enzym Monoaminoxidase. Das hat ebenfalls zur Folge, dass Noradrenalin und Serotonin länger im synaptischen Spalt aktiv bleiben können. SSRI (selektive Serotoninwiederaufnahmehemmer) verhindern nur die Wiederaufnahme von Serotonin in das präsynaptische Neuron, so dass dieses länger im synaptischen Spalt aktiv bleibt.

Die erhöhte Konzentration der Neurotransmitter (NA und S, bzw. nur S) im synaptischen Spalt scheint aber nicht der Grund für die antidepressive Wirkung zu sein. Denn nach einigen Tagen oder Wochen erreichen die Spiegel wieder ihr altes Niveau. Möglicherweise ist die kurzfristig erhöhte Konzentration von Serotonin im synaptischen Spalt ein Grund für die Verschlimmerung der depressiven Symptome bei manchen Patienten, denn die Aktivierung des 5-HT1A-Rezeptors (dem Serotonin-Rezeptor) steht mit Angst und evtl. mit Depression in Verbindung.

Möglicherweise reduzieren Antidepressiva längerfristig (innerhalb eines Zeitraums von Tagen bis Wochen) die Sensitivität der Serotonin-Rezeptoren, so dass deren Erregungsschwelle steigt und Angst und Depression abnehmen.

Möglicherweise verändern Antidepressiva aber auch die Botenstoffe, der Serotonin-Rezeptor in das postsynaptische Neuron schickt.

Oder Antidepressiva beeinflussen die Sensitivität oder Anzahl der Glucocorticoid-Rezeptoren im Hippocampus. Diese Rezeptoren sind Teil eines negativen Feedback-Systems, dass die Aktivität der HPA-Achse herunterreguliert und so zu verminderter Kortisol-Ausschüttung führt. Die Kortisol-Werte von Depressiven sind meist erhöht. Wenn nun die Sensitivität oder die Anzahl der Glucocorticoidrezeptoren zunimmt, dann reduziert sich die Kortisol-Ausschüttung und die CRH-Ausschüttung auf ein normales Maß. In Tierstudien konnte durch Injektion von CRH depressives Verhalten verursacht werden, es ist also möglich, dass Depression eine Folge dieser Disregulation ist.

Literatur:
Bear, M. F., Connors, B. W., & Paradiso, M. A. (Eds.) (2001). Neuroscience: Exploring the Brain (2nd ed.). Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins.
Wittchen, H.-U., & Hoyer, J. (Eds.) (2006). Klinische Psychologie & Psychotherapie. Heidelberg: Springer Medizin Verlag.
Zobel, A. W., Nickel, T., Künzel, H. E., Ackl, N., Sonntag, A., Ising, M., et al. (2000). Effects of the high-affinity corticotropin-releasing hormone receptor 1 antagonist R121912 in major depression: the first 20 patients treated. Journal of Psychiatric Research, (34), 171–181.

Langzeitpotenzierung

Posted by Pia Schneider on June 26, 2010 None comments

Man unterscheidet assoziative und nicht-assoziative Langzeitpotenzierung (LTP). Assoziative Langzeitpotenzierung ist die molekulare Basis der klassischen Konditionierung.

Beide, assoziative und nicht-assoziative Langzeitpotenzierung, bestätigen die Hebb’sche Regel, die vom Psychologen Donald Hebb schon 1949 aufgestellt wurde:

Wenn eine Synapse wiederholt dann aktiviert wird, wenn das postsynaptische Neuron feuert, dann bilden sich in der Struktur oder den biochemischen Vorgängen an der Synapse Veränderungen aus, die zur Stärkung der Synapse führen.

Für nicht-assoziative Langzeitpotenzierung muss ein Neuron tetanisch – d.h. meist mit 10-100 Reizen pro Sekunde für 1 Sekunde – erregt werden. Wenn das Neuron zur nicht-assoziativen LTP fähig ist, dann reagiert es daraufhin auch auf andere Reize sehr viel stärker als vor der Langzeitpotenzierung.

Wichtig dabei ist, dass die aufeinanderfolgenden potenzierenden Impulse schnell genug hintereinander einlaufen (10-100 Reize pro Sekunde) damit das exzitatorische postsynaptische Potenzial (EPSP) des vorherhigen Impulses noch nicht wieder abgeklungen ist, bevor der nächste Reize einläuft und sich die einlaufenden Potentiale auf diese Weise aufsummieren und Veränderungen in der Zelle bewirken können.

Bei vielen Neuronen, v.A. im Hippocampus, kann aber kein Langzeitpotenzierung über eine einzelne Synapse erzeugt werden. Hier ist nur assoziative Langzeitpotenzierung möglich.

Das besondere an assoziativer Langszeitpotenzierung ist, dass zwei synaptische Kontakte auf ein Zielneuron zugreifen.
Bild assoziative LTP

Über den einen Kontakt wird der konditionierte, über den anderen Kontakt der unkonditionierte Stimulus an das Zielneuron weitergegeben, so dass die assoziative LTP die Basis für das klassische konditionieren darstellt.

Für klassische Konditionierung muss der konditionierte Reiz dem unkonditionierten Reiz vorausgehen, damit er den unkonditionierten Reiz vorhersagen kann. Also wird das Zielneuron bei der assoziativen LTP zunächst über die Synapse die die Information über den konditionierten Reiz weitergibt tetanisch erregt. Kurz darauf (oder gleichzeitig) wird das Zielneuron auch von dem Kontakt, der die Information über den unkonditionierten Reiz weitergibt tetanisch erregt. Erst diese beiden tetanischen Erregungen gemeinsam führen zur Langzeitpotenzierung. Durch die Langzeitpotzenzierung wird die Synapse zwischen dem Neuron, dass die Information über den CS weitergibt und dem Zielneuron gestärkt (=schwache Synapse). Das heißt, nach der klassischen Konditionierung, bzw. der Langzeitpotenzierung ist auch der Kontakt der die Information über das Auftreten des CS weitergibt allein fähig das Zielneuron zu depolarisieren also eine Reaktion auszulösen, da die Synapse gestärkt wurde.

Wieso ist nicht jedes Neuron zur Langzeitpotzenzierung fähig?

Für die Langzeitpotenzierung ist es notwendig, dass NMDA und non-NMDA-Rezeptoren (z.B. AMPA-Rezeptoren) eng benachbart vorhanden sind. Nachgewiesen wurde das mit NMDA-Antagonisten: Denn wenn NMDA-Antagonisten injeziert werden, findet keine Langzeitpotenzierung mehr statt.

NMDA-Rezeptoren steuern einen Ionenkanal, der aber nur geöffnet wird, wenn Glutamat und Glycin an ihren Bindungsorten andocken und sich im Inneren des Kanals kein Magnesium-Ion befindet. Dieses wird nur dann aus dem Kanal herausgeschleudert, wenn die postsynaptische Membran (auf der sich der Rezeptor befindet) teilweise depolarisiert ist.

Um die Membran zu depolarisieren sind also andere Rezeptoren (z.B. AMPA-Rezeptoren, ebenfalls Glutamat-Rezeptoren, welche einen Natriumkanal steuern) notwendig. Wenn nun die Zielzelle durch einen Zufluss (entweder den Zufluss der die Information über den CS überträgt bei der assoziativen LTP oder den einzigen Zufluss bei der nicht-assoziativen LTP) über AMPA-Rezeptoren tetanisch erregt wird, depolarisiert sie teilweise.

Dadurch wird dann das Magnesium-Ion aus dem Kanal des NMDA-Rezeptors geschleudert und auch hier ist nun eine Kanalöffnung möglich.

So kann die Zielzelle nun auch über NMDA-Rezeptoren erregt werden und die Membranspannung steigt kaskadenartig an. Das führt dazu, dass auch weitere spannungsabhängige NMDA-Rezeptoren sich leichter öffnen –> Potenzierung.

Auf den Dornfortsätzen (=dentritische Spines) der Neuronen im Hippocampus (v.A. im Feld CA1) befinden sich NMDA und AMPA-Rezeptoren in sehr nah beieinander. Deshalb ist dort Langzeitpotenzierung möglich.

Wie wird die Synapse durch Langzeitpotzenzierung gestärkt?

Durch die Öffnung der NMDA-Rezeptoren erhöht sich der Ca2+Einstrom in die Zielzelle. Durch die höhere Ca2+Konzentration wird über verschiedene Zwischenschritte (wie bei der Sensitivierung) CREB aktiviert, welches wiederum für die Freisetzung eines reterograden Botenstoffes (hier Stickstoffmonoxid und Kohenstoffmonoxid) sorgt. Dieser Botenstoff wird von der präsynaptischen Endigung wieder aufgenommen und führt dort zu einer längerfristigen Steigerung der Glutamatausschüttung.

Die höhere intrazelluläre Ca2+Konzentration sorgt außerdem dafür, dass Proteinkinasen aktiviert werden, welche an CERB binden und so immediate early genes und late effector genes anregen. Diese führen zur Synthese von neuen Proteinen die führ die Langzeitpotenzierung verantwortlich sind.

Die Aktivzone der postsynaptischen Spines wird im Laufe der Langzeitpotentizierung immer länger und teilt sich dann langsam in zwei Hälften auf, so dass dann aus einer Synapse zwei werden. So wird natürlich auch mehr Botenstoff und mehr Erregung übertragen.

Außerdem nimmt die Zahl der AMPA-Rezeptoren zu (im Laufe der Langzeitpotenzierung “wandern” die Rezeptoren von einem anderen Ort an die postsynaptische Membran).

Literatur:
Carlson, Neil R. (2004): Physiologische Psychologie. 8. Aufl. München: Pearson.
Schandry, Rainer (2006): Biologische Psychologie. 2. Aufl. Weinheim: Beltz Verlag.

Schmerzleitung

Posted by Pia Schneider on June 20, 2010 None comments

Wie wird Schmerz geleitet?

Nozizeptoren nehmen noxische Reize auf. Nozizeptoren sind dünne, unmyelinisierte Nervenendigungen. Die meisten Nozizeptoren sind polymodal, d.h. sie reagieren auf thermische, chemische und mechanische Reize. In den Nozizeptoren findet die Transduktion des Reizes in einen elektrischen Impuls statt. Da Nozizeptoren eine hohe Erregungsschwelle haben, werden nur starke, potentiell schädigende Reize, übertragen.

Dieser Reize wird dann über den Dendrit (A-delta oder C-Fasern) weiter zum Spinalganglion des Rückenmarks geleitet. Am Spinalganglion werden die Eingangsignale mehrerer Nozizeptoren auf ein Rückenmarksneuron zusammengeschaltet. Daher ist das rezeptive Feld eines Rückenmarkneurons größer als das eines Nozizeptors.

Der nozizeptive Reiz wird dann im zentralnervöses nozizeptiven System weitergeleitet. Dieses besteht aus den nozizeptiven Neuronen des Rückenmarks und des Trigeminuskerns (für den Kopfbereich) und dem nozizeptiven thalamokortikalen System.

Im Rückenmarkstrakt findet unter anderem die Reflexverschaltung statt, die wichtig für die Fluchtbewegung (=motorische Schmerzkomponente) ist. Außerdem wird die Information über die Vorderseitenstrangbahn (=Tractus spinothalamicus und Tractus spinoreticularis) ins Gehirn in das nozizeptive thalamokortikale System weitergeleitet. Dort wird der Schmerz bewusst.

Literatur:
Ehlert, Ulrike (Hg.) (2003): Verhaltensmedizin. Berlin, Heidelberg: Springer.
Schmidt, Robert F.; Lang, Florian; Thews, Gerhard (Hg.) (2005): Physiologie des Menschen. mit Pathophysiologie. 29. Aufl. Heidelberg: Springer Medizin Verlag.