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B978-3-437-41918-8.00007-5

10.1016/B978-3-437-41918-8.00007-5

978-3-437-41918-8

Vegetatives Nervensystem

Kasuistik

Eines Tages im Frühsommer wird die 11-jährige Pia beim Spielen im Garten plötzlich ganz blass im Gesicht und hat Mühe, sich auf den Beinen zu halten. Ihre Atmung ist beschleunigt, doch obwohl sie um Atem ringt, bekommt sie kaum Luft (Dyspnoe). Ihr ist schwindelig. Besorgt rufen die Eltern den Notarzt. Dieser verabreicht Pia sofort intravenös ein Cortison-Derivat (Prednisolon) und ein Beruhigungsmittel. Während der Fahrt ins Krankenhaus bessert sich Pias Zustand unter der Wirkung der Medikamente langsam. Im Krankenhaus angekommen, bekommt sie bereits besser Luft, atmet aber immer noch sehr schnell (Tachypnoe) und hat vor allem Probleme bei der Ausatmung (verlängertes Exspirium).

Patientendaten

  • Allgemeine Daten: Alter: 11 Jahre, Größe: 145 cm, Gewicht: 31 kg

  • Status bei stationärer Aufnahme: guter Allgemeinzustand

  • Anamnese: Pia war bisher nie ernsthaft krank; ihre körperliche Entwicklung ist unauffällig und zeitgerecht. Auf Nachfrage berichten die Eltern allerdings, dass sie schon seit frühester Kindheit häufig hartnäckige Hustenanfälle bekommt, wenn sie mit Freunden herumtobt oder sich anderweitig körperlich anstrengt.

  • Körperliche Untersuchung: alle Befunde samt Auskultation unauffällig

  • Labor: Immunglobulin E erhöht, Eosinophilie

  • Allergietest: Sensibilisierungen gegen verschiedene Gräser, Katzen und Hausstaubmilben

  • Lungenfunktion (Spirometrie, Kap. 10): erniedrigte Ein-Sekunden-Kapazität (FEV1) bei ebenfalls reduzierter Vitalkapazität. Diese Befunde sprechen für einen erhöhten Atemwegswiderstand (Verengung der Atemwege). Der Bronchospasmolysetest (erneute Messung nach Gabe eines bronchienerweiternden Medikaments) zeigt, dass die Verengung reversibel ist: Pias Atemwegswiderstand (Resistance) sinkt dabei deutlich ab (Abb. 7.A).

Die Ergebnisse der Labor- und Lungenfunktionstests führen zusammen mit der Symptomatik zur Diagnose eines allergischen Asthma bronchiale.

Asthma bronchiale

Asthma bronchiale ist gekennzeichnet durch eine Konstriktion der glatten Bronchialmuskulatur, eine Dilatation der kleinen Gefäße und eine erhöhte Venolenpermeabilität mit Austritt von Serum aus den Gefäßen (→ Schleimhautödeme). Beim allergisch bedingten Asthma werden diese Veränderungen durch Histamin vermittelt (Kap. 7.5), das nach Kontakt mit einem Allergen von aktivierten Basophilen und Mastzellen in den Bronchiolenwänden ausgeschüttet wird (Abb. 7.8).

Regulation der Bronchienweite

Die Weite der Bronchiolen wird durch den Tonus der glatten Bronchialmuskulatur bestimmt, der wiederum durch eine konstante Aktivität des Parasympathikus aufrechterhalten wird. Dazu kontaktieren präganglionäre parasympathische Fasern in den kleinen Ganglien nahe den Bronchienwänden kurze postganglionäre Neurone, die die glatten Muskelzellen durch Acetylcholin stimulieren. Der Sympathikus greift nicht direkt an den Muskelzellen an, sondern hemmt die synaptische Übertragung in diesen kleinen Ganglien, indem er präganglionär die Freisetzung von ACh hemmt (Abb. 7.8). Aus dem Gleichgewicht der beiden Systeme ergibt sich also der Durchmesser der Bronchiolen und damit der Atemwegswiderstand.
Die glatte Bronchialmuskulatur ist allerdings dicht mit adrenergen β2-Rezeptoren besetzt. In einer Notfallsituation wird vermehrt Adrenalin aus dem Nebennierenmark ausgeschüttet, das direkt über die β2-Rezeptoren zur Relaxation der Bronchialmuskulatur führt und so die Atemwege erweitert.

Therapie

Bei allen Schweregraden der Erkrankung ist ein β-Sympathomimetikum (z. B. Salbutamol) indiziert, um bei Bedarf die spastisch verengten Bronchien zu erweitern (Bronchospasmolyse). Pias Atemwege reagieren gut auf diese Therapie, doch leider haben diese Medikamente auch Nebenwirkungen. Pia bekommt eine Tachykardie (anhaltende Pulsbeschleunigung), die einen erhöhten Sauerstoffverbrauch mit sich bringt und auch zu Arrhythmien führen kann. Außerdem wird sie unruhig und beginnt zu zittern. Sie selbst beschreibt dieses Gefühl als „flatterig“.
Zusätzlich erhält sie zur Entzündungshemmung in den Atemwegen ein inhalatives Corticosteroid.

Sympathomimetika

Der Ausdruck „β-Sympathomimetikum“ bezieht sich auf die Art des Rezeptors in der Membran der Zielzellen. Es gibt mehrere Typen adrenerger (auf die sympathischen Botenstoffe Adrenalin und v. a. Noradrenalin reagierende) Rezeptoren. Eine wichtige Gruppe sind die β-Rezeptoren, von denen es wiederum mehrere Formen gibt, die sich nicht nur in ihrer Wirkungsweise, sondern auch in ihrer Verteilung auf die verschiedenen Organe des menschlichen Körpers unterscheiden. An den Herzmuskelzellen kommen vor allem β1-Rezeptoren vor. In der Tracheal- und Bronchialmuskulatur dagegen gibt es hauptsächlich β2-Rezeptoren. β-Rezeptoren aktivieren über ein stimulierendes G-Protein die Adenylatcyclase und führen so zur Erhöhung der intrazellulären cAMP-Konzentration (Kap. 1.9). In glatten Muskelzellen hemmt cAMP über die Proteinkinase A (PKA) die Phosphorylierung der leichten Myosin-Ketten durch die Myosin-leichte-Ketten-Kinase (MLCK) und führt so zur Muskelrelaxation (Kap. 4.10). Ein β2-Rezeptor-Agonist kann über den Blutkreislauf oder hier sogar durch Inhalation zum Zielorgan gelangen und führt dort über Bindung an diese Rezeptoren zu einer wirksamen Dilatation der Muskelzellen. Die Bronchialmuskulatur entspannt sich, der Atemwegswiderstand wird geringer, und Pia bekommt wieder besser Luft. Das β-Sympathomimetikum, das Pia verabreicht bekommen hat, besitzt zwar eine höhere Affinität für β2-Rezeptoren, kann allerdings bei hoher Dosis auch β1-Rezeptoren am Herzen stimulieren. Man spricht dabei von der systemischen Wirkung von β-Sympathomimetika. Am Herzen (Kap. 9) steigern sie neben der Herzfrequenz (positiv chronotrope Wirkung) auch die Schlagkraft des Herzens (positiv inotrope Wirkung) und beschleunigen die Überleitungszeit am AV-Knoten (positiv dromotrope Wirkung). Außerdem können sie den Blutdruck erhöhen. Diese systemischen Effekte erklären die Nebenwirkungen, unter denen Pia leidet. Um sie möglichst gering zu halten, gibt man β-Sympathomimetika bei Asthma meist inhalativ.

Glucocorticoide

Zusätzlich zu Sympathomimetika werden noch Glucocorticoide (Cortisonderivate, Kap. 17.7) verabreicht. Diese Steroidhormone vermindern in der Bronchialschleimhaut die Hyperaktivität der Basophilen und Mastzellen, wodurch die Entzündung gehemmt wird und die Schleimhaut abschwillt. Außerdem hemmen sie Bildung bzw. Ausschüttung von Entzündungsmediatoren durch Zellen der Immunabwehr (eosinophile und basophile Granulozyten, T-Lymphozyten). Auch dadurch löst sich die Verkrampfung der Bronchialmuskulatur. Werden Glucocorticoide (Kap. 17.7) längere Zeit therapeutisch eingesetzt, hemmen sie auch die Antikörperproduktion.

Weiterer Verlauf

Pia ist mittlerweile 17 Jahre alt und hat ihre Erkrankung mit einer inhalativen Basistherapie mit einem niedrig dosierten Glucocorticoid (Fluticason) gut im Griff. Sie hat gelernt, auf die Signale ihres Körpers zu hören. So weiß sie z. B., wann sie zusätzlich ein schnell wirksames β-Sympathikomimetikum (Salbutamol) anwenden muss. Dank der vielen Therapiemöglichkeiten, mit denen sie die fehlgesteuerte Regulierung ihrer Bronchien beeinflussen kann, kann sie ein nahezu normales Leben führen.

Physiologie im Fokus

  • Transmitter des Parasympathikus am Zielorgan ist Acetylcholin.

  • Für Acetylcholin gibt es muscarinische M- und nikotinische N-Rezeptoren.

  • Transmitter des Sympathikus am Zielorgan ist v. a. Noradrenalin (Adrenalin ist das Hormon des Nebennierenmarks).

  • Für diese Catecholamine gibt es α- und β-Rezeptoren mit weiteren Subtypen.

  • Die Bronchienweite wird durch den Tonus der glatten Muskulatur in der Wand bestimmt.

  • Der Tonus wird durch den Parasympathikus direkt erhöht und durch den Sympathikus indirekt durch Hemmung der ACh-Ausschüttung erniedrigt.

  • Ein Asthmaanfall kann durch β-Sympathomimetika akut behandelt werden.

Aufgaben und Bauplan

Das vegetative Nervensystem (VNS) reguliert die Funktion der inneren Organe v. a. über die Ansteuerung der glatten Muskulatur von Hohlorganen (Blutgefäße, Darm, Blase, Uterus). Es steuert auch die Aktivität von Speichel-, Verdauungs- und Schweißdrüsen und modifiziert die Herztätigkeit (Abb. 7.1). Es arbeitet mit den Hormonsystemen zusammen, koordiniert Organfunktionen miteinander und passt sie an die akute Situation des Organismus an. Seine Tätigkeit bleibt meist unbewusst (Ausnahmen: Herzklopfen, Schwitzen!) und ist willentlich kaum zu beeinflussen.

Organisation

Das VNS besteht aus Neuronen des Sympathikus (SY), des Parasympathikus (PS) und der beiden enterischen Nervennetze des Verdauungstrakts. Kerne der Medulla, des Hypothalamus und des limbischen Systems koordinieren seine Funktionen.

Efferenzen

Die Zellkörper der 1. Neurone des VNS (präganglionäre Neurone) liegen für den PS in Kernen der Medulla bzw. des Sakralmarks, für den SY im Seitenhorn des Rückenmarks im Brust- und Lendenwirbelbereich (Th1–L3, Abb. 7.1). Ihre Axone sind dünn, häufig myelinisiert und ziehen für den PS über die Hirnnerven III, VII, IX und vor allem X (N. vagus), für den SY über Spinalnerven weiter. Die Zellkörper der 2. Neurone (postganglionäre Neurone), die dann zu den Zielzellen führen, liegen für den PS in vier Ganglien im Kopfbereich, in drei Ganglien im Becken sowie in kleinen, verstreut liegenden Ganglien direkt in den Zielorganen. Für den SY liegen sie im paarigen Grenzstrang (paravertebrale Ganglien) oder in vier unpaaren Ganglien des Abdomens (prävertebrale oder periphere Ganglien, Abb. 7.2). Die Axone der zweiten Neurone sind meist unmyelinisiert und leiten daher langsam. Die sympathischen Fasern aus dem Grenzstrang verlaufen in peripheren somatischen Nerven; die zu den peripheren Ganglien ziehenden Fasern verlaufen in den Nn. cardiaci bzw. Nn. splanchnici.
Zum Nebennierenmark ziehen präganglionäre sympathische Fasern ohne Umschaltung. Die chromaffinen Zellen dort sind selbst umgewandelte (Ganglien-)Neurone und geben Adrenalin direkt ins Blut ab.

Afferenzen

Viszerale Nerven enthalten eine große Zahl afferenter Fasern, die Informationen über das innere Milieu und den Funktionszustand der Organe weiterleiten und Reflexe koordinieren. Die Afferenzen sind mechanosensitiv (z. B. Messung des Blutdrucks über Dehnung herznaher Arterien, Füllung von Magen, Blase oder Enddarm) oder chemosensitiv (pH, pCO2, pO2, Osmolarität im Blut). Schmerzen der inneren Organe werden über spinale Nerven vermittelt, sodass sie auch in den entsprechenden Hautgebieten wahrgenommen werden (Head-Zonen). Unwohlsein, Völlegefühl oder Reizung der Atemwege werden durch vagale (vom N. vagus stammende) Afferenzen bewusst.

Enterische Nervennetze

Die enterischen Nervennetze regeln autonom die Bewegungen des Verdauungstrakts sowie die Sekretion von Verdauungssäften. Sie koordinieren zusammen mit Hormonen die Tätigkeit der einzelnen Abschnitte des Verdauungstrakts sinnvoll miteinander (Kap. 14). SY und PS beeinflussen diese Funktionen mäßig, sind aber an wichtigen Reflexen wie z. B. koordinierter Magenfüllung, Erbrechen und Defäkation (Kap. 7.6) beteiligt.

Koordination

Nur in einigen Fällen beeinflussen SY und PS ein Organ in antagonistischer Weise, z. B. bei Regulation von Herzfrequenz oder Pupillenweite. Dagegen werden Blutgefäße und Schweißdrüsen fast ausschließlich sympathisch innerviert. Das klassische Beispiel für eine koordinierte Regulation vieler Organe ist eine „Fight and flight“-Situation mit erhöhter Grundfrequenz vieler sympathischer Nerven: Es kommt zur Steigerung von Herzfrequenz und -kraft, Vasokonstriktion in Widerstandsgefäßen von Haut, Splanchnikus, Skelettmuskel (aber lokale Dilatation in der arbeitenden Muskulatur! Kap. 16.4) und den venösen Kapazitätsgefäßen. Aus alldem resultiert ein sinnvoller Anstieg des Blutdrucks. Gleichzeitig werden die Atemwege und die Pupille weit gestellt, die Schweiß- und Adrenalinsekretion nimmt zu.
In einer „Rest and digest“-Phase überwiegt dagegen der Einfluss des PS, und der Verdauungstrakt wird stimuliert.

Klinik

Der hohe Blutglucosespiegel bei unbehandeltem oder schlecht eingestelltem Diabetes mellitus schädigt nicht nur die Blutgefäße, sondern auch periphere Nerven samt den vegetativen Fasern. Diese autonome diabetische Neuropathie kann alle vom VNS gesteuerten Organfunktionen beeinträchtigen: Störungen der Harnentleerung, der Sexualfunktionen (v. a. bei Männern), Diarrhö, aber auch Obstipation. Auch das massiv erhöhte Auftreten von kardialen Komplikationen bei Diabetikern könnte z. T. darauf beruhen.

Ganglien

In den Ganglien des VNS (v. a. in den prävertebralen Ganglien des Bauchraums) kontaktiert jedes präganglionäre Axon viele postganglionäre Neurone (Divergenz), von denen wiederum jedes von vielen präganglionären Axonen innerviert wird (Konvergenz). Diese Verschaltungen verstärken die zentralnervösen Ausgänge, erlauben gleichzeitig aber auch wichtige Verrechnungsvorgänge.
Die Verschaltung in den Ganglien ist komplex. Abb. 7.2 zeigt sie für den Sympathikus. Präganglionäre Neurone (orange gestrichelt) ziehen vom Seitenhorn des Rückenmarks über die ventrale Wurzel eines Spinalnervs und den R. albus (= weiß, myelinisierte Axone!) in das zugehörige Grenzstrangganglion. Je nachdem, ob sie in die Peripherie oder zu viszeralen Organen ziehen, unterscheidet sich ihr Verlauf:
    • Fasern, die im Grenzstrangganglion auf das 2. Neuron (orange) umgeschaltet werden (Abb. 7.2 rechts), ziehen in somatischen Nerven in die Peripherie.

    • Fasern, die ohne Umschaltung durch das Grenzstrangganglion ziehen (Abb. 7.2 links), verlaufen in den Nn. splanchnici oder den Nn. cardiaci zu den viszeralen Organen bzw. zum Herzen und werden in prävertebralen Ganglien auf das 2. Neuron (orange) umgeschaltet.

Afferenzen (rot, grün) zur Ausführung vegetativer Reflexe und zur Information höherer Zentren, z. B. über Schmerzen in viszeralen Organen, nehmen die gleichen peripheren Bahnen zum Rückenmark. Ihre Zellkörper liegen im Spinalganglion. Sie schalten über Interneurone in der grauen Substanz auf präganglionäre Neurone in Reflexbögen (Kap. 5.3) bzw. auf zum ZNS aufsteigende Neurone um.

Präganglionäre Transmitter

Präganglionäre Nervenendigungen beider Systeme reagieren auf ankommende Aktionspotenziale (AP) mit der Ausschüttung des Neurotransmitters Acetylcholin (ACh), das in Vesikeln gespeichert wird (Abb. 7.3). ACh wird im synaptischen Spalt durch hochaktive ACh-Esterase (AChE) gespalten und damit rasch inaktiviert, um die ACh-Rezeptoren zur Aufnahme neuer Signale bereit zu machen (Kap. 2.11). Die Spaltprodukte Acetat und Cholin werden in die präganglionäre Nervenendigung wieder aufgenommen und erneut zu ACh verestert. Zusätzlich benutzen die Neurone im VNS diverse Neuropeptide als Cotransmitter (Abb. 7.3), z. B. Substanz P, deren Vesikel jedoch erst bei hohen AP-Frequenzen (= hoher Aktivierungszustand) freigesetzt werden. Man nimmt an, dass dadurch in den postganglionären Neuronen längerfristige Effekte induziert werden, und nennt solche Substanzen auch Neuromodulatoren. Besser verstanden ist die Rolle von solchen Cotransmittern an den Erfolgsorganen (Kap. 7.3).

Vorgänge an den postganglionären Neuronen

In den Ganglien bindet ACh an nikotinische (nikotinerge) Rezeptoren der postganglionären Neurone. Nikotinische Rezeptoren sind stets ligandengesteuerte Ionenkanäle (= ionotrope Rezeptoren, Kap. 2.9). Bindung des Liganden ACh erhöht also ohne Beteiligung weiterer Proteine oder intrazellulärer Botenstoffe die Offenwahrscheinlichkeit der Kanalpore, sodass es zur Depolarisation der postsynaptischen Membran kommt. Erst bei genügend hoher Erregung durch räumliche und/oder zeitliche Bahnung (Kap. 2.14) sendet das postganglionäre Neuron APs zum Zielorgan.
Nicotin ist ein Agonist an diesen postganglionären ACh-Rezeptoren (N2-Typ). Im Unterschied zur motorischen Endplatte (N1-Typ) wird die ACh-Wirkung jedoch hier nicht durch Curare, sondern durch Ganglienblocker wie Hexamethonium antagonisiert. Offensichtlich unterscheiden sich die Proteinuntereinheiten der nikotinischen Rezeptoren in ihrer Primärsequenz, sind also Produkte ähnlicher Gene. Solche Unterschiede haben für die Pharmakologie und damit für die Klinik große Bedeutung. So können Curare und analoge Substanzen in der Anästhesie eingesetzt werden, um die Skelettmuskulatur des Patienten vor einer Operation für die Intubation zu relaxieren, ohne dass dabei vegetative Funktionen an den Ganglien blockiert werden. Das würde zu großen Problemen bei der Aufrechterhaltung des Kreislaufs führen.

Klinik

Ganglienblocker wie Hexamethonium wurden in den 60er-Jahren versuchsweise zur Blutdrucksenkung eingesetzt in der Absicht, die „trope“ Wirkung des Sympathikus auf das Herz und seine vasokonstriktorische Wirkung schon auf Ganglienebene koordiniert zu senken. Dies musste jedoch aufgegeben werden, da solche Substanzen zu schwerwiegenden Bronchokonstriktionen führten. Offensichtlich wird bei genereller Blockade der Ganglien die Balance zugunsten des bronchokonstriktorisch wirkenden PS verschoben (Kap. 7.5). Inhaliertes Hexamethonium wurde später dann sogar zur Provokation von künstlichen Asthmaanfällen in klinischen Studien zur Entwicklung neuer, bronchodilatorisch wirksamer Substanzen genutzt. Dieses Beispiel zeigt eindrucksvoll, wie ein theoretisch sinnvolles therapeutisches Prinzip in der Praxis versagen kann.

Sympathische Übertragung an Zielorganen

Neurotransmitter fast aller sympathischer, postganglionärer Neurone ist Noradrenalin (NA). Lediglich die chromaffinen Zellen des Nebennierenmarks schütten bei Stimulation Adrenalin (Adr) ins Blut aus, das durch Methylierung aus NA entsteht. Eine weitere Ausnahme stellen die sympathischen Neurone an den Schweißdrüsen dar, die ACh als Transmitter nutzen.
Die synaptischen Kontakte erscheinen an den Zielzellen des VNS generell weniger präzise als im ZNS, die Endigungen sind meist perlschnurartig zu sog. Varikositäten aufgebläht (Abb. 7.3).

Präsynaptische Vorgänge

NA wird in den Varikositäten in mehreren Zwischenschritten aus der Aminosäure Tyrosin gebildet (Abb. 7.4). Es wird meist zusammen mit ATP als Cotransmitter in Vesikeln gespeichert, die erst bei höheren AP-Frequenzen ausgeschüttet werden (Grundaktivität postganglionärer Neurone ist etwa 1–2 AP/s, Kap. 7.8). Zusätzlich enthalten viele sympathische Neurone noch Vesikel mit Neuropeptiden, z. B. Neuropeptid Y (NPY). Dieses wird im Soma an Ribosomen gebildet, axonal transportiert und erst bei sehr hohem Aktivierungsgrad ausgeschüttet. An Blutgefäßen führt es so z. B. zu einer langfristigen Vasokonstriktion.
Noradrenalin wird nicht wie ACh durch Spaltung inaktiviert, sondern über hochspezifische Transporter in die Varikosität wiederaufgenommen (Reuptake). Die Droge Kokain hemmt die Wiederaufnahme von NA, ein wichtiger Grund für seine anregende Wirkung (Abb. 7.4).
Die Membran der Varikosität trägt Rezeptoren (α2-Autorezeptoren), über die NA im Sinne einer negativen Rückkopplung die weitere Freisetzung hemmt, während zirkulierendes Adrenalin die Freisetzung in einer Notfallsituation (fight and flight) weiter steigert (β-Rezeptor).

Vorgänge an den Zielzellen

Auch an den Zielzellen des Sympathikus gibt es unterschiedliche Typen adrenerger Rezeptoren, die in ihrer molekularen Struktur recht einheitlich aufgebaut sind. Es handelt sich um Transmembran-Proteine mit sieben Helixstrukturen, die sich in ihrer pharmakologischen Beeinflussbarkeit durch Agonisten und Antagonisten und ihrer intrazellulären Signalweiterleitung jedoch erheblich unterscheiden (Tab. 7.1):
α1-Rezeptoren bewirken die Konstriktion der glatten Muskulatur der sympathisch innervierten Blutgefäße (Kap. 4.10), des Urogenitalsystems, des M. dilatator pupillae und der Sphinkteren des Verdauungstrakts. Sie aktivieren über stimulatorische Gq-Proteine die Phospholipase C (PLC), die aus dem Membranlipid Phosphatidylinositolbisphosphat (PIP2) das Inositoltrisphosphat (IP3) freisetzt (Kap. 1.9, Abb. 7.5). Dieses bewirkt eine Ca2+-Ausschüttung aus dem endoplasmatischen Retikulum. Außerdem wird dabei Diacylglycerol (DAG) gebildet, das die Proteinkinase C (PKC) aktiviert, was zur Phosphorylierung von Zielproteinen führt. Ca2+ und Phosphorylierung von Proteinen des kontraktilen Apparats verstärken die Kontraktion glatter Muskelzellen (Kap. 4.10).
α2-Rezeptoren finden sich v. a. autoregulatorisch an den Varikositäten (Abb. 7.4), wirken jedoch auch inhibitorisch auf Nerven des enterischen Nervensystems (→ Hemmung der Motilität). Sie aktivieren inhibitorische Gi-Proteine (Kap. 1.9), hemmen dadurch die Adenylatcyclase (AC), senken den cAMP-Spiegel und vermindern so die Transmitterfreisetzung.
β1-Rezeptoren wirken v. a. am Herzen: Sie stärken seine Schlagkraft und Frequenz (Kap. 9). Alle β-Rezeptoren aktivieren die Adenylatcyclase (AC) über stimulatorische Gs-Proteine und erhöhen dadurch den cAMP-Spiegel (Abb. 7.5). Das cAMP aktiviert die Proteinkinase A (PKA), wodurch über die Phosphorylierung von Ca2+-Kanälen, der Myosin-leichte-Ketten und Phospholamban die Frequenz und die Kontraktilität zunehmen.
β2-Rezeptoren finden sich an der glatten Muskulatur der Bronchien, mancher Widerstandsgefäße (Skelettmuskulatur) und an Leber und Fettgewebe. Sie haben v. a. eine hohe Affinität zu zirkulierendem Adrenalin, wirken erweiternd auf die Atemwege, verbessern die Muskeldurchblutung und mobilisieren Glucose und Fettsäuren aus den Speichern.
β3-Rezeptoren finden sich speziell im braunen Fettgewebe im Schulterbereich von Neugeborenen und vermitteln dort die Wärmebildung (Kap. 15.3, Kap. 18.8).
ATP bindet als Cotransmitter von NA an purinerge Rezeptoren, die als ligandengesteuerte Kanäle direkt oder indirekt über Membrandepolarisation zur Ca2+-Erhöhung führen (Abb. 7.5).

Klinik

β1-Rezeptor-Antagonisten (Betablocker) werden aufgrund ihrer Wirkung am Herzen zur Therapie des Bluthochdrucks eingesetzt, oft zusammen mit Diuretika und vasodilatorisch wirkenden Ca2+-Kanal-Blockern oder ACE-Hemmern.

Parasympathische Übertragung an Zielorganen

Neurotransmitter der parasympathischen, postganglionären Neurone ist ACh, das aber – im Gegensatz zur motorischen Endplatte und zu den vegetativen Ganglien – an den Zielzellen an muscarinische Rezeptoren bindet (Agonist Muscarin = Gift des Fliegenpilzes, Abb. 7.3). Auch hier findet man häufig Varikositäten anstatt präziser Synapsen. Da die parasympathischen Ganglien direkt an oder in den Organen liegen, sind die postganglionären Neurone kurz.

Rezeptoren an den Zielzellen

Die muscarinischen Rezeptoren an den Zielzellen werden aufgrund ihrer pharmakologischen Beeinflussbarkeit, v. a. durch ihre unterschiedliche Affinität (Bindungsfähigkeit) zu einer ganzen Reihe von verschiedenen Antagonisten, in fünf Subtypen (M1–M5) eingeteilt (Tab. 7.1). Alle M-Rezeptoren werden von Acetylcholin sowie von Carbachol stimuliert (stabiler als ACh, wird nicht so rasch von der ACh-Esterase gespalten). Solche Substanzen werden auch als Parasympathomimetika bezeichnet. Atropin, das Gift der Tollkirsche, wirkt entgegengesetzt (antagonistisch) und ist damit ein Parasympatholytikum. Die Verteilung der fünf M-Rezeptor-Subtypen in den Zielorganen ist sehr heterogen, sodass die Wirkung von ACh oder Carbachol nur schwer vorhersagbar ist.
Die Subtypen M1 und M3 stimulieren über ein Gq-Protein die Phospholipase C (PLC, Abb. 7.6) und erhöhen so über IP3 die Ca2+-Konzentration bzw. aktivieren über DAG die PKC (analog zur NA-Wirkung am α1-Rezeptor, Kap. 4.10, Kap. 7.3). Die Folgen sind z. B. eine erhöhte Aktivität der glatten Muskeln des Verdauungstrakts, Verengung der Atemwege und gesteigerte Sekretionsleistung vieler Drüsen.
M2- und M4-Rezeptoren hemmen über inhibitorische Gi-Proteine die Adenylatcyclase (AC), senken dadurch den cAMP-Spiegel, was den Aktivierungsgrad der PKA senkt. Dies führt z. B. im Sinusknoten zur Verlangsamung der spontanen diastolischen Depolarisation und damit zur Senkung der Herzfrequenz (Tab. 7.2 in Kap. 7.8).
Außerdem wird durch Gs-Proteine ein K+-Kanal aktiviert, der im Sinusknoten durch K+-Ausstrom ebenfalls der diastolischen Depolarisation entgegenwirkt.

Parasympathische Cotransmitter

Die parasympathischen Nervenendigungen nutzen häufig Cotransmitter. Abb. 7.7 erläutert dies am Beispiel der Dilatation von Arteriolen im erektilen Gewebe (Kap. 18): Erhöhung der AP-Frequenz parasympathischer Neurone führt zur Freisetzung von ACh, das aber nicht direkt an Rezeptoren der Gefäßmuskelzellen, sondern an M3-Rezeptoren des Endothels bindet. Dort führt es zur Erhöhung der Ca2+-Konzentration, wodurch die endotheliale NO-Synthase (eNOS) stimuliert wird. NOS befindet sich auch in den parasympathischen Endigungen selbst und setzt aus der Aminosäure Arginin das leicht durch das Gewebe diffundierende NO (Stickoxid) frei (Kap. 1.9). NO ist ein hochpotenter Vasodilatator und ist generell im Kreislauf an der Herabsetzung des Gefäßwiderstands beteiligt. Zum Beispiel vermittelt es bei lokaler Dilatation von kleinen Arteriolen in vielen Geweben bei zunehmender Aktivität eine aufsteigende Erweiterung auch der davor liegenden größeren Gefäße, um den vermehrten Sauerstoffbedarf zu decken. Auslöser ist dabei die Zunahme von Scherkräften am Endothel. NO stimuliert in den glatten Muskelzellen der Gefäße eine lösliche Guanylatcyclase (GC) und erhöht damit die Konzentration von cGMP. Dies führt über eine Proteinkinase G (PKG) zur Relaxation des Gefäßes (Kap. 4.10). Blut strömt so vermehrt in das erektile Gewebe ein.
Vasoaktives intestinales Peptid (VIP) kann in einem solchen Fall, allerdings erst bei hohem Aktivierungsstatus, als Cotransmitter ausgeschüttet werden und verlängert dann die Vasodilatation, indem es über ein weiteres G-Protein letztlich die Ca2+-Konzentration erniedrigt und/oder die cAMP-Konzentration erhöht.

Klinik

Mit steigender Zahl von Menschen, die in gutem allgemeinem Gesundheitszustand ein hohes Alter erreichen, werden Störungen von Sexualfunktionen ein häufiger auftretendes Problem. Erektionsprobleme bei Männern und Lubrikationsprobleme bei Frauen sind mit einem erheblichen Leidensdruck verbunden. Mit Sildenafil (Viagra®), einem Hemmstoff der Phosphodiesterase Typ 5, die besonders in den glatten Muskeln der Arteriolen des erektilen Gewebes und in den vaginalen Drüsen vorkommt und dort cGMP abbaut, kann dieses Problem gut behandelt werden. Bei Einnahme des Medikaments, aber nur bei gleichzeitig erhöhtem parasympathischem Tonus, also entsprechender Bereitschaft zum Verkehr, wird die cGMP-Konzentration erhöht; es kommt zu verstärkter Vasodilatation und Drüsentätigkeit. In Kombination mit anderen gefäßerweiternden Substanzen, die NO freisetzen (Nitrate), kam es aber in seltenen Fällen aufgrund gefährlichen Blutdruckabfalls zu kardiovaskulären Ereignissen.

Steuerung spezieller Organfunktionen (1)

Anhand von wichtigen Beispielen soll die Steuerung einiger Organfunktionen durch das VNS hier genauer beschrieben werden. Die Regulation der Herz- und Kreislauffunktionen, des Verdauungstrakts und der Körpertemperatur werden in den entsprechenden Kapiteln ausführlich behandelt.

Atemwege

Die Aktivität des Parasympathikus erhält über Varikositäten einen bestimmten Grundtonus der glatten Muskulatur der Atemwege aufrecht und sorgt für eine konstante Produktion von Sekreten der Gll. bronchiales. Präganglionäre Fasern kontaktieren in kleinen Ganglien nahe der Wand der Bronchien kurze postganglionäre Neurone (Abb. 7.8), die glatte Muskeln und schleimproduzierende Zellen über M-Rezeptoren und PLC, IP3 und DAG (Kap. 7.4) stimulieren. Der Sympathikus greift nicht direkt an den Zielzellen an, sondern hemmt die synaptische Übertragung in den kleinen Ganglien, indem er präganglionär die Freisetzung von ACh hemmt.
Aus dem Gleichgewicht der beiden Systeme ergibt sich unter Ruhebedingungen ein bestimmter Durchmesser der Bronchiolen und somit ein bestimmter Atemwegswiderstand. Die glatte Muskulatur ist hier aber dicht mit adrenergen β2-Rezeptoren besetzt. In einer Notfallsituation wird vermehrt Adrenalin ausgeschüttet, das über diese β2-Rezeptoren zur Relaxation der Bronchialmuskulatur führt und so die Atemwege erweitert.
Umgekehrt führen Entzündungen, mechanische und chemische Reizung, z. B. über Histamin und andere Gewebshormone, zur Bronchokonstriktion.

Pupillen

Die Pupillenweite wird von zwei antagonistisch wirkenden glatten Muskelgruppen reguliert: dem M. sphincter pupillae und dem M. dilatator pupillae. Gemeinsam bestimmen sie die „Blendenweite“ des Auges und damit den Lichteinfall (Abb. 7.9). Der SY (Ggl. cervicale superius) gibt durch Aktivierung des radial ausgerichteten M. dilatator pupillae die Grundeinstellung der Pupille vor.
Bei zunehmender Helligkeit kann sich die Pupille unter Einfluss des parasympathisch (PS) innervierten ringförmigen M. sphincter pupillae innerhalb von etwa 1 s (Reaktionszeit < 0,5 s) von einem maximalen Durchmesser von 7,5 bis auf 1,5 mm verengen (Lichtreaktion, Pupillenreflex). Die Fläche, durch die das Licht durchtritt, verkleinert sich dadurch um den Faktor 25 (F = π r2), die Lichtdichte auf der Retina wird so möglichst konstant gehalten. Wird nur ein Auge beleuchtet, reagiert auch das andere Auge, da die Summe der in beide Augen einfallenden Lichtmenge über N. opticus, Chiasma und Corpus geniculatum in der prätektalen Region des Mittelhirns verrechnet wird (konsensuelle Lichtreaktion). Unter Einfluss parasympathischer Efferenzen aus dem Okulomotoriuskern (Edinger-Westphal-Teil) kontrahiert sich der M. sphincter pupillae (Miosis), die Verschaltung erfolgt im organnahen Ggl. ciliare.
Umgekehrt wird beim Übergang zur Dunkelheit der parasympathische Einfluss zentral gehemmt, sodass der Tonus des SY überwiegt und die Pupille sich erweitert (Mydriasis). Der sympathische Grundtonus zeigt sich auch darin, dass aufgeregte Menschen in großer Angst weite Pupillen haben, während sie sich bei Müdigkeit verengen.
Zusätzlich wird über die Erregung des PS die Pupille auch beim Wechsel vom Blick in die Ferne zur Nähe eng gestellt (Naheinstellung, Akkommodation, Kap. 3), was die Tiefenschärfe verbessert.

Klinik

Zur Erweiterung der Pupille vor der augenärztlichen Untersuchung wird Atropin, ein Antagonist der M-Rezeptoren, eingesetzt (Parasympatholytikum). Andererseits äußert sich auch der Missbrauch von Kokain und ähnlichen Drogen in weit gestellten Pupillen, da diese die Wiederaufnahme von NA in die Varikositäten blockieren und so die lokale NA-Konzentration erhöhen (Abb. 7.9).

Die Auslösbarkeit des Pupillenreflexes ist eines der Kriterien zur Feststellung des Hirntods, da bei seinem Ausbleiben offenbar auch einfachste vegetative Funktionen erloschen sind.

Nebennierenmark

Das Nebennierenmark besteht aus chromaffinen Zellen, die entwicklungsgeschichtlich postganglionären sympathischen Neuronen entsprechen (Neuralleiste). ACh aus präganglionären Fasern vermittelt über N2-Rezeptoren die Ausschüttung von Adrenalin und Noradrenalin (NA) ins Blut (Verhältnis 4:1). Da NA auch an sympathischen Varikositäten ins Blut freigesetzt wird, ist seine Konzentration in Ruhe höher als die Konzentration von Adrenalin. In Notsituationen (Blutverlust, Gefahr, schwere Verletzung oder Erschöpfung) kann durch Aktivierung des Nebennierenmarks die Adrenalinkonzentration aber um das 10-Fache ansteigen und mobilisiert dann, parallel zu den Effekten des gleichzeitig erhöhten Sympathikotonus (Kap. 7.1), über β2-Rezeptoren Glucose aus dem Glykogen der Leber, Fettsäuren aus dem Fettgewebe und dilatiert Gefäße in der Skelettmuskulatur sowie die Atemwege.

Steuerung spezieller Organfunktionen (2)

Enddarm- und Harnblasenkontrolle

Enddarm und Harnblase werden über einen längeren Zeitraum gefüllt, wobei sie sich reflektorisch vergrößern und den Inhalt zunächst speichern (Kontinenz), um dann kontrolliert entleert zu werden (Defäkation bzw. Miktion). Die daran beteiligten quergestreiften äußeren Sphinktermuskeln (Willkürmotorik) (grün) werden vom N. pudendus innerviert, der seine Fasern aus den Rückenmarkssegmenten S2–S4 erhält (Abb. 7.10). Die präganglionären parasympathischen (blau) und letztlich auch die postganglionären sympathischen Neurone (orange) gelangen mit den Nn. splanchnici pelvici zu Blase und Enddarm. Die parasympathischen Ganglien liegen organnah im Plexus hypogastricus inferior, die sympathischen Fasern kommen aus L1–L2 und werden im Ggl. mesentericum inferius (Enddarm) bzw. dem Plexus hypogastricus superior (Blase) umgeschaltet. Die Afferenzen (rot), die uns die Füllung von Harnblase und Rektum bewusst werden lassen und für die Entleerungsreflexe zuständig sind, verlaufen v. a. in den Nn. splanchnici pelvici, einige Fasern des distalen Anus und der Urethra auch im N. pudendus (Abb. 7.10). Diese Reflexe stehen – anders als andere vegetative Reflexe (Kap. 7.5) und die Regulation von Kreislauf, Körpertemperatur und Verdauungstätigkeit – unter der bewussten Kontrolle des Kortex. Dadurch ist es möglich, selbst bei starkem Drang die Kontinenz aufrechtzuerhalten, aber auch die Entleerung dann zu initiieren, wenn der geeignete Zeitpunkt gekommen ist.

Darmkontinenz und -entleerung

Der Enddarm wird durch die aus glatter bzw. quergestreifter Muskulatur bestehenden Mm. sphincter ani internus bzw. externus abgeschlossen (Abb. 7.10a). In der Kontinenzphase stehen diese Muskeln unter einem ständigen Tonus, der sowohl lokal myogen (Kap. 4.9) als auch zusätzlich sympathisch (α1-vermittelt) sowie somatisch erzeugt wird. Sobald Stuhl aus dem Colon descendens das Rektum erreicht, kontrahiert der äußere Sphinkter reflektorisch, um den Verschluss aufrechtzuerhalten. Die Wand und der innere Sphinkter erschlaffen gerade so weit, um das Volumen aufnehmen zu können (Akkommodationsreflex, Kap. 14.6). Stuhl kann zur Speicherung durch aufsteigende Peristaltik wieder ins Colon ascendens zurückbefördert werden (v. a. nach willentlicher Unterdrückung des Stuhldrangs).
Bei starker Füllung kommt zur Defäkation eine komplexe Reaktionskette in Gang: Dabei kontrahiert reflektorisch die parasympathisch innervierte glatte Muskulatur der Enddarmwand (aktivierende enterische Interneurone), während der interne Sphinkter erschlafft (inhibierende enterische Interneurone). Gleichzeitig erschlaffen auch der somatisch innervierte äußere Sphinkter und die Beckenbodenmuskulatur. Durch Anspannung der Bauchmuskulatur und Kontraktion des Zwerchfells wird der abdominale Druck erhöht, sodass es zum Ausscheiden der Stuhlsäule kommt.
Während der Defäkation kommt es bei gefüllter Blase immer auch zur Miktion (nicht aber umgekehrt!), was auf die gegenseitige Beeinflussung der Reflexbahnen zurückzuführen ist. Sowohl die Kontinenzmechanismen als auch die Defäkationsvorgänge stehen unter der Kontrolle von supraspinalen Bahnen aus Hirnstamm und Kortex.

Blasenkontinenz und -entleerung

Die Funktionen laufen bei der Harnblase in ähnlicher Weise ab. Sie wird kontinuierlich durch peristaltische, von endogenen Schrittmachern ausgelöste Kontraktionswellen in den Ureteren mit Urin gefüllt. In dieser Füllungsphase dehnt sie sich dank der extremen Plastizität ihrer dreischichtigen glatten Muskulatur aus (M. detrusor vesicae). Gleichzeitig wird der Tonus des Detrusormuskels durch Einfluss des SY gesenkt (β2-vermittelt), während der Tonus des inneren glattmuskulären Sphinkters ansteigt (α1-vermittelt, Abb. 7.10b). Der äußere, quergestreifte Sphinkter unterliegt der somatischen Willkürmotorik. Unter physiologischen Bedingungen kann die Blase maximal etwa 500 mL Harn aufnehmen, wobei das Gefühl der Blasenfüllung erstmals bewusst wahrgenommen wird, wenn sie etwa halb voll ist.
Bei starker Füllung steigt der Innendruck steil an. Dehnungsafferenzen in der Wand (rot) aktivieren einen Reflexbogen, der zur Miktion führt. Dabei wird der M. detrusor parasympathisch aktiviert (M-Rezeptoren), während Motoneurone des äußeren Sphinkters im Miktionszentrum in der vorderen Brückenregion des Hirnstamms, also zentral, gehemmt werden. Wenn der Harn den proximalen Teil der Urethra erreicht, halten Afferenzen den Reflexvorgang so lange in Gang, bis die Blase durch wellenförmige Kontraktionen entleert ist.

Klinik

Harninkontinenz mit „Einnässen“ betrifft ca. 8 Mio. Menschen in Deutschland. Sie kann durch Schädigung der harnleitenden Wege (Infektionen, Unfälle) verursacht sein, aber auch nach Mehrfachgeburten, Querschnittslähmung und als Begleiterscheinung der Altersdemenz aufgrund zentralnervöser Schäden auftreten.

Steuerung spezieller Organfunktionen (3)

Genitalreflexe

Diese komplexen Vorgänge laufen bei beiden Geschlechtern prinzipiell ähnlich ab und ermöglichen die Kohabitation. Sinneseindrücke oder alleine Imagination können über supraspinale Zentren parasympathische Fasern aus dem Sakralmark (blau) aktivieren. Sie werden im Plexus hypogastricus inferior umgeschaltet und versorgen die erektilen Gewebe im Penis bzw. in Klitoris, Labiae und äußerer Vagina über den N. splanchnicus pelvicus (Abb. 7.11). Sympathische Fasern (orange) kommen aus dem unteren Thorakal- und oberen Lumbalmark und führen über den N. splanchnicus lumbalis zu Penis und akzessorischen Drüsen bzw. Uterus (Abb. 7.11). Außerdem kontaktiert der SY zusätzlich über den N. hypogastricus parasympathische Neurone, und zwar im Plexus splanchnicus pelvicus, was wichtig für den teilweisen Erhalt der Funktionen bei Querschnittslähmung (s. u.) ist. Sensible Afferenzen (rot) stammen v. a. aus der Glans penis bzw. der Klitoris und den Labiae und ziehen mit dem N. pudendus zum Sakralmark. Der N. pudendus führt darüber hinaus auch somatische Motoneurone zum Beckenboden (grün).
Bei sexueller Erregung schwellen die erektilen Gewebe durch parasympathisch vermittelte Vasodilatation von Arteriolen und gleichzeitiger venöser Stauung an (Abb. 7.7). Außerdem werden durch Transsudation des vaginalen Epithels und Aktivierung der Gll. vestibulares bzw. der bulbourethralen Drüsen beim Mann Sekrete zur Erhöhung der Gleitfähigkeit gebildet. Die Transsudation kommt v. a. durch die venöse Stauung (Vasokongestion) zustande. Über die sensiblen Afferenzen werden Erektion und Sekretion reflektorisch aufrechterhalten und weiter verstärkt.
Bei sehr starker afferenter Erregung kommt es, nun über sympathische Fasern gesteuert, beim Mann zur Emission, bei der Frau zu Aufrichtung und Kontraktionen des Uterus und des unteren Teils der Vagina (orgastische Manschette), die mit dem subjektiven Gefühl des Orgasmus einhergehen (können). Die Emission von Samen und Drüsensekreten zur Bildung der Samenflüssigkeit beruht auf koordiniert nacheinander erfolgenden Kontraktionen von Prostata, der Ampullen des Ductus deferens, der Nebenhoden, der Vesicula seminalis und schließlich des Samenleiters. Gleichzeitig kontrahiert sich unter Einfluss des Sympathikus der Sphincter vesicae internus (Kap. 7.6) und verhindert das Aufsteigen der Samenflüssigkeit in die Blase.
Die Ejakulation des Samens beruht auf einer reflektorischen Aktivierung motorischer Fasern (grün) zur Beckenbodenmuskulatur und zu anderen Muskeln im Becken und unteren Rumpfbereich, die rhythmisch kontrahieren. Diese Kontraktionen werden durch die Erregung von Afferenzen in Prostata und Urethra interna durch die Samenflüssigkeit ausgelöst. Durch die Aufrichtung des Uterus vergrößert sich der dorsale Raum zwischen Zervix und Vaginalwand für ihre Aufnahme (Receptaculum seminalis).

Klinik

Querschnittslähmung führt nicht nur zum Ausfall aller Sinneseindrücke aus den Regionen unterhalb der Verletzung und zum Verlust der motorischen Kontrolle, sondern auch zu schwerwiegenden Störungen vegetativer Funktionen. In der Akutphase kommt es zunächst für Wochen zum Ausfall aller Funktionen (spinaler Schock). Dabei fällt der Blutdruck aufgrund fehlender sympathischer Vasokonstriktion ab.

Läsionen oberhalb des Sakralmarks: In der chronischen Phase kehren die Reflexe für Darmkontinenz und -entleerung wieder zurück. Da der Stuhldrang jedoch nicht wahrgenommen wird, lässt er sich nicht kontrollieren. Auch die willentliche Unterstützung der Entleerung gelingt nicht. Die Blase wird über den in Kap. 7.6 beschriebenen Reflex häufig entleert. Der Patient kann lernen, die Blasenentleerung durch Beklopfen des Unterbauchs (→ Aktivierung präganglionärer parasympathischer Neurone zum M. detrusor) auszulösen. Da der äußere Sphinkter bei Querschnittslähmung nicht reflektorisch erschlafft, entwickelt sich eine kompensatorische Hypertrophie der Blasenwand.

Da sogar bei zerstörtem Sakralmark eine psychogene Erektion (bzw. ihr weibliches Pendant) dank der lumbalen sympathischen Eingänge (s. o.) häufig noch funktioniert, sind auch Emission und Orgasmus möglich.

Läsionen des Zervikal- oder Thorakalmarks: Beim Aufrichten des Patienten kann es wegen des fehlenden Baroreflexes zu dramatischen Blutdruckabfällen kommen. Andererseits besteht jedoch auch die Gefahr bedrohlicher Blutdruckanstiege: Da sich die volle Blase während der Miktion isovolumetrisch gegen den sich nicht reflektorisch öffnenden äußeren Sphinkter kontrahiert (Detrusor-Sphinkter-Dyssynergie), kommt es zu einer generellen massiven Erregung sympathischer Vasokonstriktorneurone. Gleichzeitig kann auch eine starke Schweißsekretion ausgelöst werden. Solche Phänomene müssen bei der Pflege dieser Patienten beachtet werden.

Steuerung vegetativer Funktionen durch höhere Zentren

Die präganglionären Neurone des VNS werden von höheren Zentren angesteuert, um die Funktion der inneren Organe den Bedürfnissen und der akuten Situation des Organismus anzupassen.
Tab. 7.2 fasst die wichtigsten Organfunktionen und ihre Steuerung durch das VNS zusammen.

Kerngebiete

Präganglionäre sympathische Neurone
Die präganglionären Neurone des SY (Seitenhorn zwischen Th1–L3) erhalten einen ständigen Zustrom über Bahnen in den Hinterseitensträngen aus Regionen v. a. der rostralen ventrolateralen Medulla, den Raphekernen, der Pons und dem Ncl. paraventricularis hypothalami. Dieser Zustrom erhält eine Grundaktivität aufrecht, die als Sympathikotonus mit einer AP-Frequenz von etwa 1 Hz für eine Grundaktivität der Zielzellen (glatte Muskeln, Drüsen, Sinusknoten) sorgt. Diese Grundaktivität kann durch Zu- bzw. Abnahme der AP-Frequenz moduliert werden und entsteht auf bisher unbekannte Weise in den genannten Kerngebieten. Sie besteht auch unabhängig von übergeordneten Hirnregionen, kann von diesen jedoch moduliert werden.
Bei Blutdruckabfall steigen Herzfrequenz und peripherer Widerstand kompensatorisch an, während Afferenzen von Pressorezeptoren bei Blutdruckerhöhung inhibitorisch auf den Sympathikotonus wirken (negative Rückkopplung). Auf diese Weise wird der Blutdruck möglichst konstant gehalten. Alle anderen Afferenzen von Mechano-, Nozi- und arteriellen Chemorezeptoren (pH, pCO2, pO2) wirken stimulierend auf die Neurone der ventrolateralen Medulla und erhöhen damit den Sympathikotonus. Den gleichen Effekt hat die Aktivierung inspiratorischer Neurone. Dies ist der Grund, warum bei der Einatmung die Herzfrequenz steigt (respiratorische Arrhythmie). Auch zerebrale Durchblutungsstörungen (Ischämie) und intrakranielle Druckerhöhung (Hirnblutungen) stimulieren die ventrolaterale Medulla.
Präganglionäre parasympathische Neurone
Die präganglionären Neurone des kranialen Parasympathikus liegen im Ncl. dorsalis nervus vagi bzw. Ncl. ambiguus (N. vagus [X]), in den Ncll. salivatorii (N. facialis [VII] bzw. N. glossopharyngeus [IX]) und dem Ncl. Edinger-Westphal (N. oculomotorius [III]). Der dorsale Vaguskern innerviert vorwiegend die Organe im Abdomen, der Ncl. ambiguus vor allem die im Thorax. Auch in diesen Kernen entsteht eine parasympathische Grundaktivität, die regulatorisch in beide Richtungen moduliert werden kann. V. a. die vagalen Neurone, die die Sinusknotenfrequenz senken, erhalten Informationen von arteriellen Presso- und Chemorezeptoren, deren Aktivierung eine Bradykardie auslösen kann. In den kardialen Vagusfasern nimmt während der Ausatmung die Aktivität zu und führt zur exspiratorischen Abnahme der Herzfrequenz (respiratorische Arrhythmie).

Hypothalamus

Als Homöostase bezeichnet man das Aufrechterhalten des inneren Milieus, dem die Körperzellen direkt ausgesetzt sind und das trotz ständiger Störeinflüsse durch die Umwelt in engsten Grenzen konstant gehalten werden muss, um lebenswichtige Funktionen zu ermöglichen. Der Hypothalamus ist die zentrale Hirnregion, die Informationen, z. B. über die Zusammensetzung des Blutes, erhält und verrechnet. Neben Hormonen, die über die beiden Hypophysen an solchen Regulationen beteiligt sind, und somatosensorischen Bahnen spielt hier auch das VNS eine zentrale Rolle. Es ist maßgeblich beteiligt an der Konstanthaltung der Körpertemperatur (Hautdurchblutung), der Organdurchblutung (Herz und Gefäße), der Volumen- und Osmoregulation (Niere), der Regulation von Nahrungsaufnahme und Stoffwechsel (Darm, Leber, Fettgewebe), zirkadianen Rhythmen (z. B. Schlaf-Wach-Rhythmus) und der Antwort auf Schmerz und Stress. Bei Beginn körperlicher Arbeit z. B. sorgt der Hypothalamus für eine sofortige adäquate Anpassung des Herz-Kreislauf-Systems und der Atmung (Kap. 16.4), die wiederum von neokortikalen Regionen gesteuert werden.

Klinik

Als Koma bezeichnet man den kompletten Ausfall des Bewusstseins, verursacht durch Hirninfarkt, -tumor, -infektion, -trauma, durch Stoffwechselstörungen oder Vergiftungen. Je nach Komatiefe können vegetative Funktionen (Pupillenreflex) und andere Reflexe (Augenbewegungen nach Reizung des Gleichgewichtsorgans, Abwehrbewegung auf Schmerzreiz) noch voll erhalten, reduziert oder ganz erloschen sein. Der Hirntod muss dabei – bei künstlich aufrechterhaltener Beatmung – nicht zwangsläufig eingetreten sein.

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