Адреналин
------ UniversitГдt---------
Sympathoadrenerges System und Katecholamine im Sport
Dozent: Hr. Dr.----------
HS: ---------------
Referent: ----------
Imtr.Nr.(--): -------- --------- den 31.03.2004
Bei kГ¶rperlicher Arbeit oder bei einer intensiven sportlichen Belastung kann der Energiebedarf einzelner besonders beanspruchter Muskeln auf das Zweihundertfache des Ruhewertes ansteigen, was zu einer entsprechenden ErhГ¶hung des Sauerstoff- und Energiebedarfs fГјhrt. Um diesen gesteigerten Bedarf zu decken, mГјssen sich alle Versorgungssysteme des KГ¶rpers auf die Belastungssituation umstellen. Das Herz muss schneller und krГдftiger schlagen, die Lunge muss tiefer und schneller atmen, die GefГдГЯe der arbeitenden Muskulatur mГјssen sich erweitern usw.
Die Regelung all dieser Anpassungsvorgange Гјbernimmt das vegetative Nervensystem, dessen oberstes Integrations- Внund Befehlszentrurn im zentralen Nervensystem der Hypothalamus ist.
Das periphere vegetative Nervensystem besteht aus zwei anatomisch und funktionell weitgehend getrennten Anteilen, dem Sympathikus und dem Parasympathikus.
FГјr die AnpassungsvorgГдnge der inneren Organe an akute sportliche Belastungssituationen spielt der Sympathikus die wichtigere Rolle, wГдhrend manche TrainingsverГдnderungen dem Parasympathikus zugeschrieben werden.
Anatomische Grundlagen
Die vegetativen Zentren des Sympathikus liegen im RГјckenmark der BrustwirbelsГдule und der oberen LendenwirbelsГдule. Die kurzen Fasern der sympathischen Neurone verlassen das RГјckenmark durch die ZwischenwirbellГ¶cher und enden an den Ganglien (Nervenzellansammlungen) des Grenzstranges. Der Grenzstrang verbindet die 22 rechts und links der WirbelsГдule angeordneten Ganglienknotenpaare durch lГдngs verlaufende NervenstrГдnge.
Ein Teil der sympathischen Fasern zieht durch die Grenzstrangganglien hindurch und endet in den sogenannten terminalen Ganglien, dessen bekanntestes das Sonnengeflecht ist. Das Sonnengeflecht liegt in der Tiefe der Magengegend und versorgt sympathisch sГдmtliche Organe der BauchhГ¶hle. Bei Gewalteinwirkung auf das Sonnengeflecht kommt es zur Bewusstlosigkeit infolge reflektorischer Fehlschaltungen der Blutverteilung (wahrscheinlich K. O. beim Boxen).
ГЬbertragungswege
WГдhrend die prГдganglionaren Fasern ihre Impulse in den Ganglien mit Hilfe des Azetylcholins auf die postganglionГдren Fasern Гјbertragen, kontrollieren die postganglionГдren Fasern das Erfolgsorgan durch einen anderen ГЬbertrГдgerstoff, das Noradrenalin.
Wenn das zentrale Nervensystem die AusfГјhrung einer Bewegung plant, informiert es sofort die vegetativen Zentren Гјber diese Absicht. So kamt es schon vor dem Start zu entsprechenden Funktionsanpassungen der inneren Organe kommen, die man zusammengefasst als zentrale Mitinnervation bezeichnet.
Die durch das vegetative Nervensystem ausgelГ¶sten UmstellungsvorgГдnge (Herzfrequenzsteigerung, BlutdrГјcksteigerung, Atemfrequenzsteigerung, Blutumverteilung usw.)
Im Zusammenhang mit der AktivitГдt des sympathischen Anteils des vegetativen Nervensystems spielt das Nebennierenmark eine besondere Rolle. Das Nebennierenmark ist ein umgewandeltes sympathisches Ganglion, aus dem in Notfallsituationen (Blutverlust, UnterkГјhlung, extreme kГ¶rperliche Belastung) groГЯe Mengen von Adrenalin (80 Prozent) und Noradrenalin (20 Prozent), die man zusammen als Katecholamine bezeichnet, in die Blutbahn ausgeschГјttet werden. Adrenalin und Noradrenalin werden von verschiedenen NNM-Zellen produziert. Die RuheausschГјttung betrГдgt etwa 8тАФ10 ng je kg KГ¶rpergewicht und Minute. Sie ist zentralnervГ¶s bedingt und hГдngt von der RuheaktivitГдt in den prГдganglionГдren Fasern ab. In KГ¶rperruhe sind Гјber 80% der zirkulierenden Katecholamine sulfatgebunden. WГдhrend der Arbeit vermindert sich dieser Prozentsatz aus unbekannten GrГјnden.
Wirkungen der Katecholamine aus dem NNM
Der Reiz fГјr Katecholaminfreisetzung aus dem Nebennierenniark ist immer ein Impuls aus den prГдganglionГдren sympathischen Fasern bei erhГ¶hter SympathikusaktivitГдt, die wiederum zentral durch den Hypothalamus gesteuert wird.
Diese sind normalerweise wahrscheinlich nur fГјr Organe oder Organbereiche wichtig, die wenig oder nicht durch postganglionГдre Neurone innerviert sind (z. B. Arterien mit groГЯem Durchmesser). FГјr Organe mit dichter norВнadrenerger Innervation (z. B. kleine Arteriolen) spielt sie kaum eine Rolle, weil relativ wenige extrasynaptische Adrenozeptoren vorhanden sind. Die aus dem Nebennierenmark ausgeschГјtteten Katecholamine scheinen Гјberwiegend der Regulation metabolischer Prozesse zu dienen. Sie mobilisieren katalytisch freie FettsГдuren aus Fettgewebe, ferner Glukose und Laktat aus Glykogen. Die Katecholamine des NNM sind also in ersten Linie als Stoffwechselhormone zu betrachten. Diese metabolischen Wirkungen der Katecholamine werden durch (ГЯ) -Adrenozeptoren vermittelt.
In Notfallsituationen, wie bei Blutverlust, UnterkГјhlung, HypoglykГдmie, Hypoxie, Verbrennung oder bei extremer kГ¶rperlicher Belastung, erhГ¶ht sich die AusschГјttung von Katecholaminen aus dein NNM.
Abgesehen von den Notfallsituationen wird das NNM ganz besonders bei emotionaler Belastungen aktiviert. Es kann kurzzeitig zu mehr als dem 10-fachen der RuheausschГјttung der Katecholamine kommen. Diese AusschГјttungen werden durch den Hyporhalamus und das limbische System gesteuert.
Die Reaktionen der Effektororgane, die in Notfallsituationen und bei starkem emotionalem Stress durch die Aktivierung der postganglionГдren sympathischen Neurone und des NNM zustande kommen, werden auch Notfallreaktionen genannt. WГдhrend dieser Reaktionen scheinen nahezu alle AusgГдnge des sympathischen Nervensystems einheitlich aktiviert zu werden. Deshalb spricht man in diesem Zusammenhang auch vom svtnpathikaadrenalen System. Diese einheitliche Reaktion des sympathischen Nervensystems unter Extrembedingungen wird besonders vom Hypothalamus ausgelГ¶st, z.B. beim Abwehrverhalten.
Es bestehen enge Beziehungen zwischen dem belastungsbedingten Anstieg des Lactatspiegels im arteriellen Blut und der Zunahme von Noradrenalin und Adrenalin. Der belastungsbedingte Anstieg des Noradrenalins entstammt vermutlich dem Skelettmuskel. Bei intensiver Arbeit kleiner Muskelgruppen mit entsprechend geringer maximaler Sauerstoffaufnahme steigen die Katecholamine hГ¶her an als bei der Arbeit mit groГЯen Muskelgruppen mit hoher maximaler 02-Aufnahme. Der Plasma- Adrenalinaufstieg ist in Relation zu dem des Noradrenalin bei statischer Arbeit stГдrker als bei dynamischer. Bei konstanter GrГ¶ГЯe der Sauerstoffaufnahme steigen Noradrenalin und besonders Adrenalin bis zum Zeitpunkt der ErschГ¶pfung an. Auch bei Hypoxie nimmt auf gegebenen Belastungsstufen und damit unverГдnderter GrГ¶ГЯe der Sauerstoffaufnahme der Katecholaminspiegel stГдrker zu als unter NormalverhГдltnissen. Umgekehrt bewirkt Hyperoxie eine geringe Reduzierung des Katecholaminspiegels.
Bei der allgemeinen aeroben Langzeitausdauer nimmt die hormoВнnelle Regulation eine zentrale Bedeutung ein. Die Katecholamine Adrenalin, Noradrenalin und Dopamin steigen in AbhГдngigkeit von der BelastungsintensitГдt und -dauer an. Die Arbeitsreaktion wird auch von der KГ¶rpertemperatur beeinflusst, welche vor allem Noradrenalin zunehmen lГдsst. Bei Frauen fГдllt die Belastungsreaktion in der Follikelphase hГ¶her aus als in der Lutealphase.
WГдhrend Adrenalin vornehmlich die Glykogenolyse und die Glukoneogenese in der Muskulatur und in der Leber sowie die Lipolyse im Muskel- und Fettgewebe bewirkt, ist Noradrenalin vornehmlich fГјr die Lipolyse im Fettgewebe verantwortlich, weniВнger in den Muskelzellen. ZusГдtzlich fГ¶rdert es die muskulГдre Glukoseaufnahme.
Zur Katecholaminfreisetzung kommt es nicht nur, wenn das sympathische Nervensystem die Organsysteme des KГ¶rВнpers auf die Abwehr ГдuГЯerer Belastungssituationen vorbereitet, sondern auch bei emotionaler Belastung. Es ist denkbar, dass durch zu oft auftretende emotionale Belastungen (Stress-Situationen) im Alltag und Berufsleben der Katecholaminspiegel im Blut oft unnГ¶tig ansteigt und so das Entstehen verschiedener Erkrankungen begГјnstigt.
Parasympathikus
Die vegetativen Zentren des Parasympathikus liegen im Hirnstamm und im Sacralmark. 75 Prozent der parasympathischen Nervenfasern verlassen den Hirnstamm mit dem 10. Gehirnnerv, dem Vagus. Deswegen wird der Parasympathikus oft vereinfachend als Vagus bezeichnet.
Die Umschaltstellen тАФ die Ganglien des Parasympathikus liegen in der NГдhe oder sogar innerhalb der Erfolgsorgane. ГЬbertrГдgerstoff des parasympathischen Nervensystems ist das Acetylcholin, und zwar an den prГдganglionГдren wie an den postganglionГдren Nervenendigungen. Die meisten inneren Organe werden sowohl vom Sympathikus als auch vom Parasympathikus innerviert. Die Wirkung des Parasympathikus ist derjenigen des Sympathikus zumeist entgegengesetzt. So fГ¶rdert zum Beispiel der Parasympathikus den Aufbau der Energiereserven in der Leber und in der Muskulatur. er intensiviert die VerdauungsvorgГдnge und Г¶konomisiert die Herzarbeit.
WГдhrend bei kГ¶rperlicher Arbeit der Sympathikuseinfluss auf alle Organe Гјberwiegt, ist die Aufgabe des Parasympathikus die schnelle WiederauffГјllung des Energiedepots und die Einregulierung der Organfunktionen auf die Ausgangsleistung. Deswegen wird der Parasympathikus auch als Erholungsnerv bezeichnet.
Herz
Sympathikus und Parasympathikus (N.vagus) beeinflussen das Herz vermittels ihrer ГЬbertrГдgerstoffe Noradrenalin bzw. Azetylcholin. EinflГјsse auf die Erregungsbildung (positiv bzw. negativ chronotrope Wirkung) greifen vor allem an den langsamen diastolischen Depolarisationen in den Schrittmacherzellen an. Noradrenalin bewirkt eine Versteilung, Azetylchoin eine Abflachung der diastolischen Depolarisationen. Der Vagus vermindert die KontrakВнtionskraft vor allem in den VorhГ¶fen (negativ inotrope Wirkung). Der Sympathikus verstГдrkt sie in VorhГ¶fen und Ventrikeln (positiv inotrope Wirkung). EinflГјsse der vegetativen Herznerven auf die Erregungsleitung betreffen nur die AV-Region. Der Sympathikus beschleunigt die atrioventrikulГдre Leitung, der Vagus verlangsamt sie.
Katecholaminwirkungen. FГјr die Wirkungen des Sympathikus bzw. seines ГЬbertrГдgerstoffes Noradrenalin ist eine VerstГдrkung des langsamen Ca2+ EinwГдrtsstroms infolge ErhГ¶hung der Ca2+ LeitfГдhigkeit experimentell gut gesichert. Dasselbe gilt fГјr Adrenalin aus dem Nebennierenmark. Dieser Effekt erklГдrt die positiv inotrope Wirkung durch eine Intensivierung der elektromechanischen Koppelung. Die mit der positiv inotropen Wirkung einhergehende Beschleunigung der Erschlaffung wird dagegen auf eine Stimulation der Ca2+ Aufnahme die intrazellularen Speicher zurГјckgefГјhrt. Noch etwas umstritten ist bis heute der Mechanismus der positiv chronotropen Sympathikuswirkung.
Fehlsteuerungen
So kann eine ГЬberempfindlichkeit (Allergie) gegenГјber bestimmten EiweiГЯen (z. B. Pollen) zum Bronchialasthma fГјhren. In dem Falle Гјberwiegt der Parasympathikus gegenГјber dein Sympathikus so stark, dass daraus eine krankhafte Verengung der Bronchien mit Luftnot und Absonderung eines zГдhen Sekrets resultiert. Krampfartige Verengungen der HerzkranzgefГдГЯe durch ErhГ¶hung der AktivitГдt des Parasympathikus kГ¶nnen eine akute Sauerstoffnot am Herzmuskel oder sogar den Eintritt von Gewebstod (Myokardinfarkt) zur Folge haben. Die Ursachen dafГјr sind meistens Bewegungsarmut in Verbindung mit psychischer ГЬberbelastung, FehlernГдhrung und Genussmittelmissbrauch.
Aber auch eine Dominanz des Sympathikus kann StГ¶rungen verursachen oder Ausdruck von Krankheiten sein. Die Fehlsteuerung ГдuГЯert sich hier in NervositГдt, Unruhe und fehlender Ausgeglichenheit. Wie ein mit zu hoher Ruhedrehzahl laufender Motor arbeiten hier Herzkreislaufsystem, Atmung und Stoffwechsel auf einem viel zu hohen Niveau auch in der Ruhephase. HГдufig wird eine solche sympathikotone Lage durch eine ГЬberfunktion der SchilddrГјse erzeugt. Eine Verbesserung des Ausdauertrainingszustandes fГјhrt aufgegebenen submaximalen Belastungsstufen zu einer Reduktion der KatecholammausschГјttung. Sie bezieht sich vor allem auf Noradrenalin.
ГЬbertraining
Bei Sportlergruppen, in denen systematisch ein ГЬbertrainingszustand angestrebt wurde, eine vorГјbergehende ВлErschГ¶pfungВл des sympaВнthoadrenergen Systems beobachten. Die Untersuchungen bezogen sich auf 8 erfahrene Mittel- und LangstreckenlГдufer, deren TraiВнningsumfang von 86km/Woche 4 Wochen lang auf 175 km/Woche gesteigert wurde. Davon lagen stets ungefГдhr 80% der Belastung im Bereich von 50 70% der maximalen Sauerstoffaufnahme. Nach Ende der ГЬbertrainingsphase sanken die Dopaminplasmaspiegel signifikant ab, ebenso die nГдchtliche Ausscheidung von Adrenalin, Noradrenalin und Dopamin. Je schlechter das subjektive Befinden der Probanden war, desto stГдrker nahm die NoradrenalinausseheiВнdung ab. Wichtiger als der Absolutwert der Hormone erschien die ГДnderung der Ausscheidungsrate.
Immunsystem (psychophysiologischer Effekt)
Die Abb. 1 (unten) stellt den Schaltplan dar, wie das Gehirn auf Stress reagiert. Signale aus der Umwelt werden nach der Reizverarbeitung und Verwertung im Gehirn, besonders im Hippokampus, anschlieГЯend im Hypothalamus in chemische AktivitГдt verwandelt. Der Corticotropin-releasing-Faktor (CRH) und Vasopressin werden vom HvpoВнthalamus freigesetzt. Es handelt sich um Neuropeptide, welche die Produktion von ACTH veranlassen. Dieses wiederum stimuliert die Bildung von Kortisol, einem Stresshormon. Es hemmt in einer RГјckkopplungsschleife die weitere Freisetzung von CRH und ACTH. Viele Neurotransmitter und andere Neuropeptide wirken auf verschiedenen Wegen regulierend. lmntunopeptide sind dabei von besonderer Bedeutung. Kortisol kann die Rezeptoren fГјr Serotonin und Noradrenalin ebenso verГдndern (erhГ¶hen) wie die ProduktionsgroГЯe dieser Neurotransmitter.
ГЬber den Hippokampus, den Organisator fГјr das LangzeitgedГдchtnis und einer Schaltstelle fГјr GefГјhle, kann in Verbindung mit dem limbischen System die GefГјhlswelt geprГдgt werden. Gleichzeitig werden Herzschlagzahl, Blutdruck, EГЯ-, Sexual- und Schlafverhalten beeinflusst. z.T. Гјber die AdrenalinausschГјttung im Nebennierenmark. Die initiale Aktivierung des vegetativen Nervensystems und damit von Adrenalin und Noradrenalin erfolgt wiedertun im Hypothalanius und im limbischen System. Adrenalin und Noradrenalin erweitern die Bronchien und die arteriellen GefГдГЯe der Skelettmuskulatur, ferner mobilisieren sie Glykogen- und Fettdepots. Im Gehirn und im Nebennierenmark gebildete Endorphine und Enkephaline wirken schinerzdГдmpfend. Akuter Schmerz lГ¶st spontan die AusschГјttung von Substanz P und Glutamat aus. Die Information wird der Formatio reticularis und dem Locus coeruleus zugeleitet. wГдhrend die Schmerzwahrnehrung im GroГЯhirn erfolgt in Verbindung mit dem limbischen System. Endorphine hemmen die ReizГјbertragung im RГјckenmark.
In tierexperimentellen Untersuchungen konnte nachgewiesen werden, dass durch klassische Konditionierung analog Pawlow nicht nur ErnГдhrungsweisen von Tieren beeinflusst werden kГ¶nnen, sondern sie gegebenenfalls auch durch psychisch ausgelГ¶ste SchwГдchung des Immunsystems Infektionskrankheiten zum Opfer fallen. Sicherlich kommt dabei auch Glukokortikoiden wie Kortisol mit ihren hemmenden Effekten auf Immunzellen eine maГЯgebliche Bedeutung zu. Damit war aber erstmals die Psychoneuroimmunologie auf eine naturwissenschaftlich fassbare Basis gestellt.
Auch das vom Gehirn produzierte Stresshormon CRH kann die Funktion der natürlichen Killerzellen im Blut unterdrücken, ohne eine Erhöhung von ACTH oder eines der anderen Stresshormone.
Eine zu schwache Stressreaktion aufgrund einer zu geringen Funktion der Achse Hvpothalamus-HypophyseВн-Nebenniere haben manche depressive Personen, die sich meist mГјde und affektlos fГјhlen. ГДhnliche Symptome finden sich beim тАЮchronischen MГјdigkeitssyndromтАЬ und bei lichtabhГдngigen Winterdepressionen. HierfГјr sind gleichzeitig Esslust und Gewichtszunahme charakteristisch. Gleichzeitig ist ein Mangel an Kortisol vorhanden.
Inaktivierung adrenerger Transmitter
Die Beendigung der Wirkung adrenerger Transmitter erfolgt vor allem durch eine rasche Wiederaufnahme (,,reuptakeтАЬ der frei gesetzten ГЬbertrГдgersubstanz in die prГдsynaptischen Endigungen. Dies ist ein energiefordernder Prozess, durch den innerhalb weniger Sekunden bis zu 80% der adrenergen Transmitter aus dem synaptischen Spalt wieder entfernt werden. Ein Teil des freigesetzten Transmitters diffundiert rasch in die umgebende InterzellularflГјssigkeit und verliert dadurch seine Bedeutung fГјr die synaptische ErregungsГјbertragung. Der gleichzeitig mit diesen beiden InaktivierungsvorgГдngen ablaufende enzymatische Abbau von Adrenalin und Noradrenalin im synaptischen Spalt durch die Katechol-O-Methyltransferase (COMT) und Monoaminoxidase (MAO) zu VanillinmandelsГдure spielt dagegen fГјr die Beendigung der ErregungsГјbertragung im sympathischen Nervensystem nur eine geringe Rolle. Anders ist dies heim Abbau von adrenergen Transmittern, die in groГЯer Menge aus dein Nebennierenmark freigesetzt werden. Allerdings hГдlt die Wirkung der aus dein Nebennierenmark frei gesetzten Katecholamine zirka 10 mal so lang (10 bis 30 Sekunden) an. Ihre Inaktivierung erfolgt in der Leber. Sie werden dort aus dein Blut aufgenommen und durch COMT und MAO enzymatisch abgeballt.
Literatur:
R.F. Schmidt, G. Thews, тАЮPhysiologie des MenschenтАЬ springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1997.
W. Hollmann, T.Hettinger, тАЮSportmedizinтАЬ, Schattauer Verlag, 2000.
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