Nervensystem

Abstract

Das Nervensystem steht im Mittelpunkt jeder Narkose. Alle Anästhetika, aber auch viele andere bei einer Narkose eingesetzte Pharmaka, wirken primär auf das Nervensystem bzw. Gehirn und Rückenmark ein. Um die Wirkungsweise und die klinische Anwendung dieser Substanzen zu verstehen, sind bestimmte Grundkenntnisse über den allgemeinen Aufbau und die Physiologie des Nervensystems erforderlich, die in diesem Kapitel dargestellt werden.

Neurophysiologische Grundlagen

Das Nervensystem steht im Mittelpunkt jeder Narkose. Alle Anästhetika, aber auch viele andere bei einer Narkose eingesetzte Pharmaka, wirken primär auf das Nervensystem bzw. Gehirn und Rückenmark ein. Um die Wirkungsweise und die klinische Anwendung dieser Substanzen zu verstehen, sind bestimmte Grundkenntnisse über den allgemeinen Aufbau und die Physiologie des Nervensystems erforderlich, die nachfolgend dargestellt werden.

Allgemeiner Aufbau

Die Grundbausteine des Nervensystems sind die Nervenzellen mit ihren Nervenfasern sowie das Stütz- und Ernährungsgewebe. Zum besseren Verständnis wird das Nervensystem in 2 Komponenten unterteilt, die jedoch anatomisch und funktionell untrennbar miteinander verbunden sind:

• zentrales Nervensystem (ZNS) und

• peripheres Nervensystem.

Das zentrale Nervensystem umfasst die innerhalb des Schädels und der Wirbelsäule eingeschlossenen Anteile, also das Gehirn und das Rückenmark. Das periphere Nervensystem besteht aus Nervenzellen und Nervenfaserbündeln, die das zentrale Nervensystem mit den Sinnesorganen (wie Auge, Ohr usw.) und den Erfolgsorganen (wie Muskeln, Sinnesrezeptoren usw.) verbinden. Diese peripheren Anteile sind die Gehirnnerven und die Spinalnerven. Die Spinalnerven sind mit dem Rückenmark über eine vordere und hintere Wurzel verbunden; die Hirnnerven haben hingegen wechselnde Verbindungen. Die Nerven sind Faserbündel, wobei jede Faser mit dem Körper einer einzelnen Nervenzelle verbunden ist.

Weiterhin wird noch ein autonomes Nervensystem unterschieden, das ebenfalls einen zentralen und einen peripheren Anteil besitzt. Es besteht aus einer Ansammlung von Nerven und Ganglien (Ansammlung von Nervenzellen) durch die das Herz, die Blutgefäße, Eingeweide, Drüsen usw. mit Nerven versorgt werden (Innervation). Diese Organe funktionieren autonom, d. h. unabhängig vom Willen des Menschen und sind doppelt mit Nerven versorgt: durch das sympathische Nervensystem und durch das parasympathische Nervensystem.

Das Neuron

Als Neuron bezeichnet man eine Nervenzelle mit all ihren Fortsätzen. Es ist die anatomische und funktionelle Grundstruktur des Nervensystems. Die Leistungsfähigkeit des Nervensystems wird von der Zahl der Neurone bestimmt. Das menschliche Nervensystem enthält etwa 10–15 Mrd. Neurone.

Aufbau und Funktion

Die Nervenzellen unterscheiden sich von den übrigen Zellen des Körpers nicht nur durch ihren komplizierten Aufbau, sondern auch noch durch zwei besondere Eigenschaften:

• Erregbarkeit und

• Erregungsleitungsvermögen.

Diese beiden Eigenschaften, Erregbarkeit und Erregungsleitungsvermögen, besitzen neben den Neuronen auch noch die Muskeln und die Sinnesorgane.

Erregungen sind gewisse Zustandsänderungen des Neurons, die für den Körper die Bedeutung von Nachrichten besitzen. Zur Verarbeitung von Erregungen sind die Nervenzellen mit zwei Arten von Fortsätzen versehen:

• Dendriten und

• Neuriten (Abb. 2.1).

Dendriten sind kleine, meist stark verästelte Fortsätze, die Erregungen empfangen. Nervenzellen besitzen zahlreiche Dendriten.

Neuriten, auch Axone genannt, übermitteln Erregungen. Die Erregungen werden entweder an eine andere Nervenzelle oder an ein bestimmtes Erfolgsorgan, z. B. Muskel, Drüse usw. übermittelt. Jedes Neuron besitzt nur einen Neuriten.

Arten von Neuronen

Folgende Neurone werden unterschieden:

• sensorische Neurone,

• motorische Neurone,

• sympathische Neurone,

• parasympathische Neurone.

Die Fortsätze der Neurone, die Neuriten und Dendriten, sind – wie die Zelle selbst – von einer Membran umgeben. Viele Neuriten besitzen sogar einen besonderen Mantel, der sie umhüllt. Dieser Mantel wird als Markscheide bezeichnet (Abb. 2.2). Die Markscheide umhüllt den Neuriten nicht durchgängig, sondern wird von sog. Schnürringen (Ranvier-Schnürringe, Abb. 2.2) unterbrochen. Die Schnürringe treten etwa im Abstand von jeweils 1 mm auf und dienen der schnellen Weiterleitung von elektrischen Signalen. Diese Aktionspotenziale wandern entlang der Zellmembran an das Axonende, wo sie die Endknöpfchen (Synapse) erreichen.

Die Synapse

Die Synapse (Abb. 2.3) ist eine Schaltstelle im Nervensystem: hier wird die Erregung von einem Neuron auf ein anderes übertragen. Der Neurit hat im peripheren und zentralen Nervensystem nur die Funktion, Erregungen zu leiten. Die über den Neuriten geleitete Erregung kann nur von einem spezialisierten Teil der Nervenzelle aufgenommen werden, nämlich der Synapse. An der Verbindungsstelle berühren sich die beiden Neuronen nicht; sie sind vielmehr durch einen Spalt, den synaptischen Spalt, voneinander getrennt. Hierbei wird der die Erregung heranführende Teil als präsynaptisches (vor der Synapse liegendes) Element bezeichnet, der die Erregung empfangende Teil hingegen als postsynaptisches Element (hinter der Synapse befindliches).

Die Synapse ist somit die Schaltstelle im Nervensystem, während die Neuriten die Leitungsdrähte darstellen. In der Synapse werden Erregungen nicht nur übertragen, sondern auch integriert. Ein Signal kann an der Synapse verstärkt oder abgeschwächt oder von hier auf einen anderen Weg umgeschaltet werden.

Transmitter

Eine Erregung wird gewöhnlich nur in einer Richtung übertragen: vom präsynaptischen zum postsynaptischen Element, nur ausnahmsweise in beide Richtungen, nämlich in sog. reziproken Synapsen. Im präsynaptischen Element (und nur dort) befindet sich eine Anzahl gleichartiger Bläschen (Vesikel). Diese Bläschen (Abb. 2.3) enthalten einen bestimmten Stoff, der als Überträgersubstanz oder Transmitter bezeichnet wird. Dieser Botenstoff vermittelt die Übertragung einer Erregung zwischen den einzelnen Nervenzellen. Bläschen mit Transmittersubstanz finden sich auch an den Kontaktstellen zwischen Nerv und Muskel, den motorischen Endplatten. Hier ist der Transmitter in die Übertragung einer Erregung vom Nerv auf den Muskel eingebunden. Die Wirkung eines Transmitters kann durch folgende 3 Mechanismen rasch beendet werden:

• Der Transmitter diffundiert in das umgebende Gewebe und wird dadurch so verdünnt, dass er nicht mehr wirken kann.

• Der Transmitter wird im synaptischen Spalt enzymatisch abgebaut, z. B. Acetylcholin.

• Der Transmitter wird mit spezifischen Transportern in Zellen aufgenommen (sog. Wiederaufnahmeträger) und gespeichert. Von dort kann er wieder freigesetzt werden und erneut an einer Erregungsübertragung teilnehmen (Recycling). Beispiele: Katecholamine, Serotonin, Aminosäuren).

Zu den wichtigsten Neurotransmittern gehören folgende Substanzen:

• Acetylcholin

• Katecholamine: Dopamin, Adrenalin, Noradrenalin

• Serotonin und Histamin

• Aminosäuren wie GABA (γ-Aminobuttersäure), Aspartat, Glutamat, Glycin

• Adenosintriphosphat (ATP)

• Neurokinine (Tachykinine) A und B, Substanz P

• Oxytocin, Somatostatin, Vasopressin, Neuropeptid S

• Endorphine, Enkephaline, Dynorphin

Acetylcholin

Acetylcholin ist einer der wichtigsten Transmitter und an einer Vielzahl von Funktionen beteiligt, so z. B. an Muskelbewegungen (Motorik) und vegetativen Regulationen, aber auch an Lernen und Gedächtnis. Vorkommen:

• verschiedene Hirnareale, motorische Hirnnervenkerne,

• α- und γ-Motoneurone im Vorderhorn des Rückenmarks,

• alle präganglionären sympathischen und parasympathischen Neurone,

• alle postganglionären parasympathischen Neurone,

• motorische Endplatten.

Katecholamine

Die Katecholamine spielen eine besondere Rolle im sympathischen Nervensystem und bei der (extrapyramidalen) Motorik.

Adrenalin

Als Neurotransmitter beeinflusst Adrenalin den Blutdruck und die Atmung (Freisetzung in den Vaguskernen des Gehirns), außerdem die Sekretion von Oxytocin und Vasopressin (Freisetzung im Hypothalamus). Weiterhin ist Adrenalin an der zentralen Regulation der Nahrungsaufnahme beteiligt.

Noradrenalin

Dieser Transmitter befindet sich in postganglionär-sympathischen, aber auch in zentralen Neuronen. Das zentrale noradrenerge System ist an der Kontrolle der Herz-Kreislauf-Funktion und an der Steuerung der Atmung beteiligt. Außerdem werden die neuroendokrinen Funktionen des Hypothalamus-Hypophysen-Systems beeinflusst und das Aufmerksamkeitsniveau gesteigert („Weckreaktion“). Das noradrenerge System kann durch sensorische Reize aktiviert werden.

Dopamin

Dopamin ist die Vorstufe von Noradrenalin. Dopaminerge Nervenzellkörper befinden sich v. a. im Mittel- und im Zwischenhirn, weiterhin in einigen peripheren postganglionär-sympathischen Neuronen (z. B. in der Niere). Die Substanz spielt eine wichtige Rolle bei der Willkürmotorik; ein Mangel an Dopamin führt zu Bewegungsarmut (Akinesie), Starre der Muskulatur (Rigor) und Tremor (Parkinson-Erkrankung). Dopaminerge Neurone vermitteln die Empfindung von Lust und Freude (mesolimbische, dopaminerge Belohnungsbahn).

Serotonin

Serotonin ist an der Regulation von Blutdruck, Körpertemperatur und endokriner Aktivität beteiligt und beeinflusst außerdem das Ess- und Sexualverhalten sowie Motorik, Schmerzempfindung, Erbrechen und den Schlaf. Bei endogener Depression ist die Konzentration von Serotonin im Gehirn erniedrigt.

Glutamat und GABA

Glutamat ist der wichtigste erregende (exzitatorische) Transmitter des Zentralnervensystems, GABA hingegen der wichtigste hemmende (inhibitorische).

Rückenmark

Das Rückenmark befindet sich im Wirbelkanal . Jedem Wirbel entspricht ein Abschnitt des Rückenmarks, der als Rückenmarksegment bezeichnet wird. Beim Erwachsenen endet das Rückenmark im Bereich der oberen Lendenwirbelsäule. Betrachtet man das Rückenmark im Querschnitt, so ist bereits mit bloßem Auge eine graue, schmetterlingsförmige Struktur, die graue Substanz zu erkennen. Hier befinden sich die Zellkörper von Neuronen. Die graue Substanz wird von weißer Substanz umgeben; sie besteht aus Nervenfasern, die zum Gehirn aufsteigen oder vom Gehirn in die Peripherie ziehen.

Vorder- und Hinterwurzeln

In jedem Rückenmarksegment treten hinten (dorsal) Nervenfasern in das Rückenmark ein und vorne (ventral) aus dem Rückenmark heraus. Alle afferenten (die Erregung zum Gehirn leitenden) Nervenfasern verlaufen über die Hinterwurzeln in das Rückenmark, während alle efferenten (die Erregung vom Gehirn zur Peripherie leitenden) bzw. motorischen und vegetativen Fasern das Rückenmark über die Vorderwurzeln verlassen und zu ihren Erfolgsorganen in der Peripherie ziehen. Die Zellkörper der efferenten Nervenfasern liegen alle in der grauen Substanz. Hingegen befinden sich die Zellkörper der afferenten Nervenfasern alle außerhalb des Rückenmarks und zwar nahe den Durchtrittsstellen der Wurzeln aus dem Wirbelkanal. Diese lokale Anhäufung von vielen Nervenzellen außerhalb des zentralen Nervensystems wird als Ganglion bezeichnet (hier genauer als Spinalganglion). Im Übrigen bilden auf jeder Seite die Vorder- und Hinterwurzeln einen gemeinsamen Nerv, den Spinalnerv, der durch eine Lücke zwischen zwei Wirbelbögen (Zwischenwirbelloch) aus dem Wirbelkanal austritt. Die aus dem Rückenmark austretenden Nerven versorgen den ganzen Körper – mit Ausnahme des Kopfes, der von 12 paarigen Kopfnerven innerviert wird.

Physiologie des Neurons

Wie leitet die Nervenzelle Informationen weiter?

Dies geschieht mit Hilfe von elektrischen und chemischen Signalen, die in 2 Gruppen eingeteilt werden:

• Aktionspotenziale und

• synaptische Potenziale.

Aktionspotenziale leiten die elektrische Erregung am Neuriten entlang, vergleichbar der Stromleitung im Haushalt. Hierbei fließt der Strom immer einem Spannungsgefälle entlang, d. h. vom Ort hoher Spannung zum Ort mit niedrigerer Spannung.

Synaptische Potenziale bewirken mit Hilfe von Transmittern eine chemische Erregungsübertragung zwischen Nervenzelle und Sinneszelle, Nervenzelle und Nervenzelle, Nervenzelle und Muskelfaser, Nervenzelle und Drüse usw.

Rezeptoren

Rezeptoren sind Sinneszellen, die auf verschiedene Reize ansprechen, z. B. für das Sinnesorgan Auge ist das Licht der zugehörige Reiz. Alle Sinneszellen sind normalerweise für eine bestimmte Energieform besonders empfindlich, für andere Energieformen nur in geringerem Maße oder gar nicht. So ist z. B. der Schlag auf das Auge kein adäquater Sinnesreiz, um einen Sehvorgang („Sterne“) auszulösen.

Die von außen auf eine Sinneszelle eintreffende Energie (z. B. das ins Auge fallende Licht) muss vor der Weiterleitung in das Gehirn, wo der eigentliche Sehvorgang stattfindet, in Erregung umgewandelt werden. Diese Erregung wird von den sensiblen Nervenzellen dem zentralen Nervensystem als elektrisches Signal zugeleitet.

Beispiel

Das auf die Netzhaut des Auges einfallende Licht wird nicht als Lichtstrahl zur Sehrinde geleitet, sondern vorher in eine Erregung umgewandelt, die dann als elektrisches Signal zum Sehzentrum gelangt.

Aufbau und Funktion des autonomen Nervensystems

Das autonome oder vegetative Nervensystem innerviert das Herz und die Gefäße sowie die Drüsen und die glatte Muskulatur aller Organe, nicht jedoch die quergestreifte Muskulatur. Es besteht aus einem afferenten, den Reiz zum ZNS hintragenden Anteil und einem efferenten (motorischen) Teil, der die Impulse vom ZNS zu den Organen leitet. Der efferente Teil des sympathischen und parasympathischen Leitungsbogens besteht aus 2 Neuronen, den prä- und den postganglionären Neuronen. Die Zellkörper des afferenten (viszerosensiblen) Neurons befinden sich in den Spinalganglien und in den sensiblen Ganglien. Die übergeordneten Integrationszentren liegen im verlängerten Rückenmark (Medulla oblongata) und im Hypothalamus. Diese Zentren regeln Atmung und Herz-Kreislauf-Funktion, Stoffwechsel, Temperatur, Schlaf, Drüsensekretion, Gefühle (Emotionen) usw. Da diese Funktionen nicht direkt dem Willen des Menschen unterworfen sind und auch nicht bewusst erlebt werden, wird das vegetative Nervensystem auch als unwillkürliches (autonomes, selbstregulierendes) Nervensystem bezeichnet. Für die Anästhesie spielt das autonome Nervensystem eine wichtige Rolle, weil seine Funktionen durch die meisten Anästhetika und viele andere bei einer Narkose zugeführte Substanzen beeinflusst werden.

Aufbau des peripheren autonomen Nervensystems

Das periphere autonome Nervensystem (Abb. 2.4) besteht aus zwei Komponenten, die überwiegend einander entgegen gerichtete Wirkungen besitzen:

• Sympathikus und

• Parasympathikus .

Sympathisches Nervensystem

Die Zellkörper der präganglionären sympathischen Neurone liegen in den Seitenhörnern des Rückenmarks, und zwar im gesamten Brust- und im oberen Lendenmarkbereich (C₈‒L₂ oder L₃), also thorakolumbal (Abb. 2.4). Ihre Neuriten verlassen das Rückenmark durch die Vorderwurzeln und ziehen von dort zu den sympathischen Ganglien. Hier verbinden sie sich über Synapsen mit den dort befindlichen Neuronen. Von den Ganglien aus verlaufen die postganglionären (nachganglionären) Nervenfasern zu den verschiedenen Organen, Blutgefäßen, Drüsen usw. Die Ganglien sind rechts und links der Wirbelsäule von oben nach unten durch Nervenstränge miteinander verbunden; diese Ganglienkette bildet den rechten und linken Grenzstrang (Abb. 2.4). Sympathische Ganglien gibt es außerdem noch im Bauch und im Becken. Das sympathische Nervensystem wirkt u. a. erregend auf das Herz und die Gefäßmuskulatur sowie die Pupillen, hingegen hemmend auf die Darm- und Bronchialmuskulatur.

Der Überträgerstoff von den postganglionären Neuronen auf die Effektoren, z. B. das Herz oder die Gefäßmuskeln, ist das Noradrenalin (Abb. 2.5).

Darum werden die postganglionären Neurone auch als adrenerg bezeichnet.

Im sympathischen Nervensystem gibt es keine afferenten Fasern!

Zum sympathischen Nervensystem gehört auch das Nebennierenmark. Dieses Organ ist ein sympathisches Ganglion, das aus postganglionären Neuronen besteht. Diese postganglionären Neurone werden durch präganglionäre Neuriten aktiviert. Werden die präganglionären Neurone erregt, so setzt das Nebennierenmark Hormone frei, die Katecholamine:

• Adrenalin und

• Noradrenalin.

Diese Substanzen gelangen in den Kreislauf und wirken v. a. auf den Stoffwechsel, sodass vermehrt Brennstoffe wie Glukose und freie Fettsäuren für „Stressreaktionen“ („Kampf- oder Fluchtreaktion“) bereitgestellt werden. Hierbei überwiegt Adrenalin mit einem Anteil von 80%.

Parasympathisches Nervensystem

Die Zellkörper der präganglionären Neurone des parasympathischen Nervensystems liegen im Hirnstamm und im sakralen Teil des Rückenmarks (S₂–S₄, Abb. 2.4). Wichtigster parasympathischer Nerv ist der X. Hirnnerv, der N. vagus; daneben verlaufen präganglionäre Axone auch in den Hirnnerven III, VII und IX.

Die Ganglien des parasympathischen Nervensystems liegen dicht bei den versorgten Organen, also nicht, wie die des Sympathikus, neben der Wirbelsäule. Der periphere Anteil besteht immer aus 2 Nervenzellen, die miteinander über Synapsen in den Ganglien verbunden sind. Das erste Neuron läuft zum Ganglion hin; der entsprechende Neurit ist eine präganglionäre Nervenfaser. Das zweite Neuron liegt im Ganglion; der zugehörige Neurit wird als postganglionäre Nervenfaser bezeichnet.

Die präganglionären Nervenfasern sind lang, die postganglionären Fasern hingegen kurz. Die meisten Organe des Körpers sind parasympathisch und sympathisch innerviert.

Der Überträgerstoff im parasympathischen Nervensystem ist prä- und postganglionär das Acetylcholin (Abb. 2.5).

Wegen ihres Überträgerstoffs werden die parasympathischen Neurone auch als cholinerg bezeichnet. Statt parasympathischer Innervation wird auch der Begriff vagale Innervation verwendet, wenn Vagusfasern das entsprechende Organ versorgen.

Unterschied zwischen Sympathikus und Parasympathikus

Der wesentliche Unterschied zwischen beiden Systemen besteht in ihrer Wirkung auf die Organe und in den jeweiligen Überträgerstoffen. Der Sympathikus wirkt meist erregend auf die Organfunktion, der Parasympathikus hemmend.

Der Sympathikus wird auch als Notfallsystem betrachtet, das unter „Stress“ maximal aktiviert werden kann. Der Parasympathikus hingegen ist der Nerv des Schutzes und Ausgleichs. Er dient der Erhaltung und Neugewinnung von Energien und dominiert im Stadium der Ruhe und Entspannung.

Pharmakologie des autonomen Nervensystems

Bei einer Narkose, aber auch bei Patienten auf der Intensivstation, werden häufig Medikamente eingesetzt, die auf das autonome Nervensystem einwirken. Hierbei können Substanzen unterschieden werden, die wie ein Überträgerstoff (Transmitter) des autonomen Nervensystems wirken; sie werden wegen der imitierenden Wirkung als Mimetika bezeichnet. Daneben gibt es Substanzen, die den Überträgerstoff bzw. seine Wirkung blockieren; sie werden als Lytika bezeichnet.

Je nach Wirkmechanismus können diese Substanzen direkt oder indirekt auf das autonome Nervensystem einwirken:

• Direkt wirkende Medikamente reagieren mit dem Rezeptor des autonomen Nervensystems. Entweder erregen sie ihn, dann sind sie Agonisten, oder sie besetzen und blockieren ihn, dann sind sie Antagonisten.

• Indirekt wirkende Medikamente greifen in den Stoffwechsel der Überträgerstoffe ein. Auch sie können erregend oder hemmend wirken. Acetylcholin spielt als Überträgerstoff eine zentrale Rolle im autonomen Nervensystem. Die Substanz befindet sich

  • in allen präganglionären Fasern des Parasympathikus und Sympathikus,
  • in allen postganglionären parasympathischen Fasern,
  • in einigen postsynaptischen Sympathikusfasern (z. B. Schweißdrüsen).

Außerhalb des autonomen Nervensystems vermittelt Acetylcholin die Erregungsübertragung an allen motorischen Endplatten der Skelettmuskulatur.

Pharmakologie des parasympathischen Nervensystems

Parasympathikomimetika

Diese Substanzen wirken wie eine Acetylcholinfreisetzung im postganglionären Parasympathikus; sie erregen also den Parasympathikus. Zwei Gruppen von Parasympathikomimetika können unterschieden werden:

• direkte Parasympathikomimetika, z. B. Acetylcholin, Pilocarpin, Muskarin, Arecholin, und

• indirekte Parasympathikomimetika, z. B. Cholinesterasehemmer wie Physostigmin, Neostigmin, Pyridostigmin.

Acetylcholin

Acetylcholin wird wegen seiner diffusen Wirkung und raschen Spaltung in unwirksame Metabolite nicht als Medikament eingesetzt. Körpereigenes Acetylcholin hat folgende Wirkungen:

• Herz-Kreislauf: Erweiterung der Blutgefäße (Vasodilatation) mit Blutdrucksenkung, Abnahme der Herzfrequenz (negativ chronotrop), Verminderung der Kontraktionskraft der Vorhöfe (negativ inotrop),

• Auge: Pupillenverengung (Miose),

• Magen-Darm-Trakt: Tonuserhöhung, Zunahme von Kontraktion und Peristaltik, Steigerung der Drüsensekretion, Übelkeit, Erbrechen, Krämpfe,

• Harnblase: Kontraktion des parasympathischen Blasenmuskels, Abnahme der Blasenkapazität, Entleerung der Blase.

Cholinesterasehemmer

Diese Substanzen sind Anticholinesterasen, d. h. indirekte Parasympathikomimetika (die aber auch noch an der motorischen Endplatte wirken). Sie hemmen die Cholinesterasen, das sind Enzyme, die das Acetylcholin abbauen (10.1007/978-3-662-50444-4_11). Hierdurch wird Acetylcholin verzögert abgebaut; die Acetylcholinkonzentration am Rezeptor steigt an, der Tonus des Parasympathikus nimmt zu.

Cholinesterasehemmer, wie Neostigmin (Prostigmin) und Pyridostigmin (Mestinon), erregen den Darm und die motorische Endplatte, kontrahieren die Bronchien und verlangsamen die Herzfrequenz. Lokal am Auge angewandt, wirken sie pupillenverengend.

Die Substanzen werden z. B. angewandt bei:

• Darm- oder Blasenatonie,

• Antagonisierung von nichtdepolarisierenden Muskelrelaxanzien,

• Myasthenia gravis,

• Glaukom.

Parasympathikolytika

Diese Substanzen hemmen die Wirkung von Acetylcholin in Organen, die durch postganglionäre cholinerge Fasern innerviert werden. In der Anästhesie werden sie eingesetzt zur

• Hemmung der Drüsensekretion und

• Blockierung vagaler Herz-Kreislauf-Reaktionen.

Atropin

Atropin ist der Prototyp eines Parasympathikolytikums. Die Substanz gehört zu den Belladonna-Alkaloiden, die in früheren Zeiten gern von schönen Frauen (bella donna) gehobener Gesellschaftsschichten angewandt wurden, um wundersam große Pupillen zu erhalten. Andere Belladonna-Alkaloide sind Scopolamin und Homatropin.

Wirkmechanismus

Atropin und die anderen Substanzen dieser Gruppe üben eine kompetitive (verdrängende) Wirkung auf Acetylcholin und andere muskarinartige Stoffe aus. Antagonisten dieser Substanz sind die Cholinesterasehemmer.

Wirkort

Exokrine Drüsen, glatte Muskelzellen und das Herz: Hier wird der Parasympathikus geblockt.

Pharmakologische Eigenschaften

ZNS

Atropin stimuliert in klinischen Dosen (0,5–1 mg) die Medulla oblongata und höhere zerebrale Zentren. In toxischen Dosen ist die erregende Wirkung ausgeprägter: Unruhe, Erregbarkeit, Desorientiertheit, Halluzinationen, Delir (z. B. Tollkirschenvergiftung). Bei sehr hohen Dosen tritt der Tod durch zentrale Atemlähmung ein.

Scopolamin erzeugt in klinischen Dosen (0,3–0,5 mg) Müdigkeit und Amnesie.

Auge

Der M. sphincter pupillae und der M. ciliaris werden bei lokaler Anwendung gelähmt; hierdurch kommt es zur Pupillenerweiterung (Mydriasis) und Akkomodationslähmung mit Sehstörungen. Intramuskulär verabreichtes Atropin beeinflusst das Auge nicht (10.1007/978-3-662-50444-4_25) Die lokalen Wirkungen am Auge können mit Pilocarpin oder Cholinesterasehemmern aufgehoben werden.

Respirationstrakt

Atropin hemmt die Sekretion der Drüsen in Nase, Mund, Rachen und Bronchien. Hierdurch trocknen die Schleimhäute aus. Dieser Effekt ist in der Anästhesie erwünscht, wenn sekretionssteigernde Anästhetika (z. B. Ketamin) eingesetzt oder sekretionsfördernde Manipulationen (z. B. Bronchoskopie) durchgeführt werden.

Atropin relaxiert in gewissem Maße die glatten Muskeln der Bronchien und kann so eine durch Parasympathikomimetika bzw. cholinerge Substanzen hervorgerufene Bronchokonstriktion antagonisieren.

Herz

Nach i.v. Injektion von Atropin steigt die Herzfrequenz an, weil die vagalen Einflüsse auf den Sinusknoten blockiert werden. Die Wirkung ist am deutlichsten bei jungen Menschen mit hohem Vagotonus, während sie bei Kindern und sehr alten Menschen ganz ausbleiben kann.

Atropin wird auch eingesetzt, um vagal bedingte Bradykardien oder Asystolien zu beseitigen. Die Wirkungen auf den Blutdruck sind gering.

Magen-Darm-Trakt

Atropin hemmt im gesamten Magen-Darm-Trakt die Peristaltik.

Schweißdrüsen

Die Schweißdrüsen werden in ihrer Aktivität gehemmt.

Körpertemperatur

Nach der Gabe von höheren Dosen kann bei Erwachsenen die Körpertemperatur ansteigen. Hingegen genügen bei Neugeborenen und Kleinkindern oft bereits niedrige Dosen, um ein „Atropin-Fieber“ hervorzurufen. Die Hemmung der Schweißdrüsensekretion scheint hierbei der wesentliche Faktor zu sein.

Zufuhr

Atropin kann s.c., i.m. oder i.v. gegeben werden. Per os wird die Substanz nur zu 25% resorbiert. Atropin verschwindet rasch aus dem Blut und verteilt sich im restlichen Körper.

Anästhesie und Anticholinergika

Die routinemäßige Zufuhr von Atropin bzw. Parasympathikolytika für Narkosen ist überholt! Die Substanzen werden nur bei speziellen Indikationen eingesetzt:

• Behandlung einer vagalen Stimulation des Herzens,

• Prophylaxe starker Speichel- und Bronchialsekretion, z. B. bei Bronchoskopien,

• gleichzeitige Gabe mit Cholinesterasehemmern bei der Antagonisierung von Muskelrelaxanzien.

Für eine komplette Vagusblockade sind beim Erwachsenen etwa 3 mg Atropin erforderlich. Bei einer i.v.-Injektion beginnt die Wirkung innerhalb von 1 min und hält etwa 30 min an.

Nicht zugeführt wird Atropin bei:

• Fieber,

• bestimmten Herzerkrankungen,

• Hyperthyreose.

Physiologie des sympathoadrenergen Systems

Adrenerger Rezeptor

Alle Nervenfasern, die Noradrenalin freisetzen, werden als adrenerg bezeichnet. Hierzu gehören die postganglionären sympathischen Nervenfasern von Herz, Drüsen und glatten Muskelzellen.

Im peripheren Nervensystem gibt es 2 Arten von adrenergen Rezeptoren: α-Rezeptoren und β-Rezeptoren. Eine Stimulation der α-Rezeptoren bewirkt eine erregende Reaktion, eine Stimulation der β-Rezeptoren zumeist eine hemmende Reaktion.

α-Rezeptoren

Bei diesen Rezeptoren können α₁- und α₂-Rezeptoren unterschieden werden:

• α₁-Rezeptoren finden sich postsynaptisch; sie steigern die Erregbarkeit und vermitteln die typischen α-adrenergen Reaktionen, wie z. B. die Kontraktion der glatten Muskelzellen.

• α₂-Rezeptoren befinden sich v. a. präsynaptisch; ihre Stimulation hemmt die Freisetzung des Überträgerstoffs Noradrenalin aus den Nervenendigungen, d. h. die Erregbarkeit nimmt ab. Hingegen wirkt die Blockade des α₂-Rezeptors durch sog. α-Blocker wie eine vermehrte Noradrenalinfreisetzung.

β-Rezeptoren

Bei den β-Rezeptoren können 3 Gruppen unterschieden werden: β₁-, β_2- und β₃-Rezeptoren. Die β₁- und β₂-Rezeptortypen steigern die Erregbarkeit.

• β₁-Rezeptoren befinden sich v. a. im Herzen. Hier wirken Noradrenalin und Adrenalin etwa gleich stark.

• β₂-Rezeptoren finden sich in Blutgefäßen und Bronchien, im Magen-Darm-Trakt und im Uterus. Hier wirkt Adrenalin wesentlich stärker als Noradrenalin.

• β₃-Rezeptoren befinden sich im Fettgewebe. Ihre Stimulation steigert den Abbau von Fett (Lipolyse).

Dopaminerge Rezeptoren

Folgende Typen von Dopaminrezeptoren werden unterschieden: DA₁-, DA₂-, DA₃-, DA₄- und DA₅-Rezeptoren.

Die DA₁-Rezeptoren befinden sich in den glatten Muskeln der Blutgefäße von Niere, Herz, Splanchnikusgebiet und Gehirn, außerdem in den proximalen Tubuluszellen der Niere. Ihre Aktivierung führt zur Vasodilatation, in den Tubuluszellen der Niere zur Hemmung der Na⁺-Rückresorption aus der Tubulusflüssigkeit.

Die DA₂-Rezeptoren befinden sich in autonomen Ganglien und sympathischen Nervenendigungen. Ihre Stimulation bewirkt eine Hemmung der Noradrenalinfreisetzung in den sympathischen Nervenendigungen und in den Ganglien; die Sympathikusaktivität nimmt ab. Die Aktivierung der DA₂-Rezeptoren im Nebennierenmark hemmt die Synthese und Freisetzung von Aldosteron. Außerdem befinden sich diese Rezeptoren in der Hypophyse und in den Karotiskörperchen.

In Tab. 2.1 sind die Wirkungen der verschiedenen Rezeptoren im autonomen Nervensystem zusammengestellt.

Organ	Rezeptoren	Adrenerge	Cholinerge
Herz
SA-Knoten	β1	Tachykardie	Bradykardie
Vorhöfe	β1	Erhöhte Automatie	Verminderte Inotropie
AV-Knoten und Leitungsgewebe	β1	Gesteigerte Leitungsgeschwindigkeit	Verminderte Leitungsgeschwindigkeit
Ventrikel	β1	Positiv inotrop und chronotrop	Geringe Abnahme der Kontraktilität
Blutgefäße
Haut und Schleimhäute	α	Kontraktion	Dilatation
Skelettmuskel	α, β2	Kontraktion, Dilatation	Dilatation
Koronarien	α, β2	Kontraktion, Dilatation	Dilatation
Magen-Darm-Trakt
Tonus und Motilität	α2, β2	Abnahme	Zunahme
Sphinkter	α	Kontraktion	Relaxation
Harnblase
M. detrusor	β	Relaxation	Kontraktion
Sphinkter	α	Kontraktion	Relaxation
Thrombozyten	α2	Aggregation
Auge
Sphincter pupillae	α	Kontraktion	Keine Wirkung
M. ciliaris	β	Relaxation	Kontraktion
Haut
Pilomotoren	α	Kontraktion	Keine Wirkung
Schweißdrüsen	α	Lokale Sekretion	Generalisierte Sekretion

Pharmakologie des sympathischen Nervensystems

Im sympathischen Nervensystem gibt es verschiedene Rezeptoren und Überträgerstoffe. Die Rezeptoren werden, wie oben beschrieben, als α₁-, α₂-, β₁-, β₂- und β₃-Rezeptoren sowie als Dopaminrezeptoren bezeichnet; ihre Erregung oder Blockade führt jeweils zu unterschiedlichen Reaktionen an den Erfolgsorganen. Die wichtigsten postganglionären Überträgerstoffe sind die Katecholamine:

• Adrenalin,

• Noradrenalin,

• Dopamin.

Präganglionär ist hingegen auch im sympathischen Nervensystem Acetylcholin der Überträgerstoff.

Die Wirkungen der Transmitter beruhen auf einer dosisabhängigen Stimulation dopaminerger und β- sowie α-adrenerger Rezeptoren.

Sympathikomimetika

Diese Substanzen sind adrenerge Agonisten, d. h. sie wirken wie die Freisetzung eines natürlichen Überträgerstoffes im sympathischen Nervensystem; sie imitieren dessen Wirkungen. Entsprechend den unterschiedlichen sympathischen Rezeptoren gibt es auch verschiedene Sympathikomimetika (Tab. 2.2).

Substanz	Rezeptoren	Dosierung
Adrenalin	α, β	0,01–1 µg/kgKG/min
Noradrenalin	α, β	0,01–1 µg/kgKG/min
Dopamin	Dopaminerge (D1, D2), β, α	2–20 μg/kgKG/min
Dobutamin	β	1–10 μg/kgKG/min

Adrenalin

Adrenalin (z. B. Suprarenin, Epinephrin) wird hauptsächlich im Nebennierenmark gebildet. Allgemein ähneln die Wirkungen einer Adrenalinzufuhr von außen denen einer Stimulation adrenerger Nerven. Die Wirkungen sind jedoch nicht identisch, da Unterschiede zwischen Adrenalin und Noradrenalin, dem eigentlichen Überträgerstoff des postganglionären Sympathikus, bestehen. Dieser Unterschied ergibt sich im Wesentlichen aus der Wirkung auf die α- und β-Rezeptoren.

Blutdruck

Adrenalin (Suprarenin) steigert in klinischen Dosen den systolischen Blutdruck, während der diastolische Druck meist unverändert bleibt bzw. sogar etwas abfallen kann. Die Gefäße der Haut (Blässe!), Schleimhäute und Nieren verengen sich, die der Skelettmuskulatur werden erweitert. Die Hirndurchblutung bleibt unbeeinflusst. Pulmonalarteriendruck und Pulmonalvenendruck steigen an; die Koronardurchblutung nimmt zu.

Herz

Adrenalin stimuliert das Herz. Es wirkt direkt auf die β-Rezeptoren des Herzens (β₁-Rezeptoren). Diese Rezeptoren befinden sich in Leitungs- und Schrittmachergewebe sowie im Myokard:

• Tachykardie (positiv chronotrope Wirkung),

• beschleunigte Erregungsleitung (positiv dromotrope Wirkung),

• Zunahme der Kontraktionskraft (positiv inotrope Wirkung),

• Senkung der Reizschwelle des Myokards (positiv bathmotrope Wirkung),

• Zunahme von Arbeit und Sauerstoffverbrauch (O₂-Verbrauch) des Herzens,

• Gefahr von Arrhythmien.

Magen-Darm-Trakt

Die glatten Muskeln des Magen-Darm-Traktes werden relaxiert.

Uterus

Adrenalin stimuliert die β-Rezeptoren des schwangeren Uterus: Tonus des Uterus und Wehenstärke nehmen ab („Wehenhemmung“).

Atemwege

Die Bronchien werden durch Stimulierung der β₂-Rezeptoren erweitert (Bronchodilatation oder -lyse).

ZNS

Während der Infusion von Adrenalin können Unruhe, Angst, Kopfschmerzen und Tremor auftreten.

Stoffwechsel

Der Blutzucker wird gesteigert, Kalium kann vorübergehend ansteigen.

Zufuhr

Adrenalin kann s.c., i.m., i.v. oder per Infusion zugeführt werden. Die orale Anwendung ist unwirksam. Im Körper wird Adrenalin sehr rasch, d. h. innerhalb von Sekunden inaktiviert.

Bei der i.v. Injektion sollte die Substanz wegen der ausgeprägten Nebenwirkungen verdünnt werden. Als Einzeldosis reichen meist 0,25 mg oder weniger. Dosierung bei Dauerinfusion: Tab. 2.2.

Bei s.c. Injektionen können lokale Reizungen des subkutanen Gewebes auftreten. Handelspräparationen von Adrenalin sind:

• Injektionslösung 1:1.000, z. B. Suprarenin,

• Nasentropfen zur Schleimhautabschwellung,

• Aerosol für Asthmatiker beim Asthmaanfall,

• wässrige Lösung,

• Zusatz in Lokalanästhetikalösungen.

Therapeutische Anwendung

Adrenalin wird bei folgenden Krankheitsbildern eingesetzt:

• Bronchospasmus,

• allergischer Schock,

• Herzstillstand,

• lokale Blutstillung,

• Zusatz für Lokalanästhetika als Vasokonstriktor (Verlängerung der Wirkdauer).

Nebenwirkungen

Folgende Nebenwirkungen können bei der Gabe von Adrenalin auftreten:

• Furcht, Angst, Spannung, Kopfschmerzen, Zittern, Benommenheit, Blässe, Atemnot, Herzklopfen,

• Hypertonie mit Hirnblutungen,

• Herzrhythmusstörungen und Tachykardie,

• Abnahme der Nierendurchblutung.

Noradrenalin

Noradrenalin (z. B. Arterenol) ist der natürliche Transmitter an postganglionären adrenergen Nerven. Die Substanz wirkt vorwiegend auf die α-Rezeptoren und nur wenig auf die β-Rezeptoren – mit Ausnahme der β-Rezeptoren des Herzens.

Herz

Die Wirkung ist positiv inotrop, jedoch geringer als bei Adrenalin. Der Sinusknoten wird stimuliert; die Herzfrequenz kann jedoch abnehmen, weil durch den ausgelösten Blutdruckanstieg die Karotis- und Aortenkörperchen erregt werden (Reflexbradykardie). Die Koronardurchblutung nimmt zu.

Kreislauf

Systolischer und diastolischer Blutdruck steigen durch die Stimulation der α-Rezeptoren an. Die begleitende Bradykardie kann durch Atropin beseitigt werden. Das zirkulierende Blutvolumen nimmt ab, weil eiweißfreie Flüssigkeit in den Extrazellulärraum verlagert wird.

Bronchien

Noradrenalin führt zu einer geringen Erweiterung der Bronchien.

Stoffwechsel

Der Blutzucker steigt nur nach höheren Dosen an.

Nebenwirkungen

Die Nebenwirkungen sind ähnlich wie bei Adrenalin. Von besonderer Bedeutung ist die starke Abnahme der Nierendurchblutung und des Blutflusses im Magen-Darm-Trakt.

Zufuhr

Noradrenalin (Arterenol) sollte nur per Infusion zugeführt, nicht als i.v. Bolus (Wirkung nicht steuerbar) und auch nicht per os (unwirksam).

Wegen der Nekrosegefahr darf Noradrenalin (Arterenol) niemals paravasal infundiert werden!

Therapeutische Anwendung

Als generalisierter Gefäßkonstriktor bei Blutdruckabfällen unterschiedlicher Ursache (vorher Volumen ausgleichen!). Dosierung und Richtlinien: 10.1007/978-3-662-50444-4_45.

Dopamin

Dopamin ist die direkte Vorstufe von Noradrenalin. Die Substanz befindet sich in hoher Konzentration in sympathischen Nerven und im Nebennierenmark, weiterhin ist Dopamin ein zentraler Neurotransmitter. Dopamin steigert die Erregbarkeit von D₁-Rezeptoren, während die Erregbarkeit der D₂-Rezeptoren vermindert wird.

Herz

• Steigerung der Herzfrequenz,

• Zunahme der Kontraktionskraft.

Kreislauf

Die Wirkungen sind dosisabhängig. Arterieller Blutdruck und Herzfrequenz nehmen erst in höheren Dosen zu, Nierendurchblutung und Herzzeitvolumen hingegen bereits mit geringeren Dosen. Außerdem wird die Urinausscheidung gesteigert.

Nebenwirkungen

Bei der Gabe von Dopamin können folgende Nebenwirkungen auftreten:

• ventrikuläre Arrhythmien, Tachykardien,

• in niedriger Dosis Blutdruckabfall,

• Übelkeit und Erbrechen.

Zufuhr

Dopamin wird immer per Infusion zugeführt, bevorzugt über einen zentralen Venenkatheter.

Dopamin darf nicht zusammen mit alkalischen Lösungen (z. B. Natriumbikarbonat) infundiert werden.

Therapeutische Anwendung

Anstelle von Dopamin wird in der Regel Dobutamin als kardiovaskuläres Medikament eingesetzt.

Dobutamin

Dobutamin (z. B. Dobutrex) ist ein synthetisches Sympathikomimetikum mit geringeren Wirkungen auf die Herzfrequenz und den peripheren Gefäßwiderstand als die anderen Katecholamine. Primär werden β-Rezeptoren stimuliert, die dopaminergen Rezeptoren der Nierengefäße werden jedoch nicht beeinflusst.

Wirkung

Die wichtigsten Wirkungen von Dobutamin sind:

• Zunahme der Kontraktionskraft des Herzens, der Herzfrequenz und des Herzzeitvolumens,

• periphere Gefäßerweiterung mit Abnahme des peripheren Gefäßwiderstandes.

Therapeutische Anwendung

Herzinsuffizienz, v. a. bei hohem peripherem Widerstand mit normalem Blutdruck. Bei niedrigem Blutdruck sollte die Substanz nicht eingesetzt bzw. mit Noradrenalin kombiniert werden. Eine Kombination mit anderen inotropen Substanzen oder mit Vasodilatatoren ist ebenfalls möglich; zur Dosierung: Tab. 2.2.

Nebenwirkungen

Unter Dobutamin können folgende Nebenwirkungen auftreten:

• Tachykardie und Herzrhythmusstörungen,

• Blutdruckabfall durch periphere Gefäßdilatation.

Orciprenalin

Orciprenalin (z. B. Alupent) wirkt fast ausschließlich auf β-Rezeptoren. Die Wirkungen entsprechen im Wesentlichen den β-adrenergen Wirkungen von Adrenalin (s. dort). Die Substanz wird parenteral oder als Aerosol zugeführt. Die Wirkdauer beträgt nur wenige Minuten, die Nebenwirkungen entsprechen weitgehend denen von Adrenalin.

Therapeutisch angewendet wird Orciprenalin z. B. bei:

• Bradykardien (atropinresistent, adrenalinresistent),

• absoluter Bradyarrhythmie,

• Adam-Stokes-Anfall.

Beim Herzstillstand darf Orciprenalin wegen der vasodilatierenden Wirkung nicht eingesetzt werden.

Sympathikolytika

Diese Substanzen hemmen die Wirkung der sympathischen Überträgerstoffe an den Erfolgsorganen. Sie können auf die α-Rezeptoren oder auf die β-Rezeptoren wirken:

• α-Blocker: z. B. Phenoxybenzamin (Dibenzyline),

• β-Blocker: z. B. Propranolol (Dociton), Pindolol (Visken).

α-Blocker werden zur Hypertoniebehandlung eingesetzt, β-Blocker ebenfalls bei Hypertonie, v. a. aber bei koronarer Herzkrankheit (Einzelheiten: 10.1007/978-3-662-50444-4_50).