Адреналин

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Sympathoadrenerges System und Katecholamine im Sport

Dozent: Hr. Dr.----------

HS: ---------------

Referent: ----------

Imtr.Nr.(--): -------- --------- den 31.03.2004

Bei krperlicher Arbeit oder bei einer intensiven sportlichen Belastung kann der Energiebedarf einzelner besonders beanspruchter Muskeln auf das Zweihundertfache des Ruhewertes ansteigen, was zu einer entsprechenden Erhhung des Sauerstoff- und Energiebedarfs fhrt. Um diesen gesteigerten Bedarf zu decken, mssen sich alle Versorgungssysteme des Krpers auf die Belastungssituation umstellen. Das Herz muss schneller und krftiger schlagen, die Lunge muss tiefer und schneller atmen, die Gefe der arbeitenden Muskulatur mssen sich erweitern usw.

Die Regelung all dieser Anpassungsvorgange bernimmt das vegetative Nervensystem, dessen oberstes Integrations- ­und 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.

Fr die Anpassungsvorgnge der inneren Organe an akute sportliche Belastungssituationen spielt der Sympathikus die wichtigere Rolle, whrend manche Trainingsvernderungen dem Parasympathikus zugeschrieben werden.

Anatomische Grundlagen

Die vegetativen Zentren des Sympathikus liegen im Rckenmark der Brustwirbelsule und der oberen Lendenwirbelsule. Die kurzen Fasern der sympathischen Neurone verlassen das Rckenmark durch die Zwischenwirbellcher und enden an den Ganglien (Nervenzellansammlungen) des Grenzstranges. Der Grenzstrang verbindet die 22 rechts und links der Wirbelsule angeordneten Ganglienknotenpaare durch lngs verlaufende Nervenstrnge.

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 smtliche Organe der Bauchhhle. Bei Gewalteinwirkung auf das Sonnengeflecht kommt es zur Bewusstlosigkeit infolge reflektorischer Fehlschaltungen der Blutverteilung (wahrscheinlich K. O. beim Boxen).

bertragungswege

Whrend die prganglionaren Fasern ihre Impulse in den Ganglien mit Hilfe des Azetylcholins auf die postganglionren Fasern bertragen, kontrollieren die postganglionren Fasern das Erfolgsorgan durch einen anderen bertrgerstoff, das Noradrenalin.

Wenn das zentrale Nervensystem die Ausfhrung einer Bewegung plant, informiert es sofort die vegetativen Zentren ber 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 ausgelsten Umstellungsvorgnge (Herzfrequenzsteigerung, Blutdrcksteigerung, Atemfrequenzsteigerung, Blutumverteilung usw.)

Im Zusammenhang mit der Aktivitt des sympathischen Anteils des vegetativen Nervensystems spielt das Nebennierenmark eine besondere Rolle. Das Nebennierenmark ist ein umgewandeltes sympathisches Ganglion, aus dem in Notfallsituationen (Blutverlust, Unterkhlung, extreme krperliche Belastung) groe Mengen von Adrenalin (80 Prozent) und Noradrenalin (20 Prozent), die man zusammen als Katecholamine bezeichnet, in die Blutbahn ausgeschttet werden. Adrenalin und Noradrenalin werden von verschiedenen NNM-Zellen produziert. Die Ruheausschttung betrgt etwa 8—10 ng je kg Krpergewicht und Minute. Sie ist zentralnervs bedingt und hngt von der Ruheaktivitt in den prganglionren Fasern ab. In Krperruhe sind ber 80% der zirkulierenden Katecholamine sulfatgebunden. Whrend der Arbeit vermindert sich dieser Prozentsatz aus unbekannten Grnden.

Wirkungen der Katecholamine aus dem NNM

Der Reiz fr Katecholaminfreisetzung aus dem Nebennierenniark ist immer ein Impuls aus den prganglionren sympathischen Fasern bei erhhter Sympathikusaktivitt, die wiederum zentral durch den Hypothalamus gesteuert wird.

Diese sind normalerweise wahrscheinlich nur fr Organe oder Organbereiche wichtig, die wenig oder nicht durch postganglionre Neurone innerviert sind (z. B. Arterien mit groem Durchmesser). Fr Organe mit dichter nor­adrenerger Innervation (z. B. kleine Arteriolen) spielt sie kaum eine Rolle, weil relativ wenige extrasynaptische Adrenozeptoren vorhanden sind. Die aus dem Nebennierenmark ausgeschtteten Katecholamine scheinen berwiegend der Regulation metabolischer Prozesse zu dienen. Sie mobilisieren katalytisch freie Fettsuren 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 () -Adrenozeptoren vermittelt.

In Notfallsituationen, wie bei Blutverlust, Unterkhlung, Hypoglykmie, Hypoxie, Verbrennung oder bei extremer krperlicher Belastung, erhht sich die Ausschttung 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 Ruheausschttung der Katecholamine kommen. Diese Ausschttungen 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 postganglionren sympathischen Neurone und des NNM zustande kommen, werden auch Notfallreaktionen genannt. Whrend dieser Reaktionen scheinen nahezu alle Ausgnge 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 ausgelst, 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 hher an als bei der Arbeit mit groen Muskelgruppen mit hoher maximaler 02-Aufnahme. Der Plasma- Adrenalinaufstieg ist in Relation zu dem des Noradrenalin bei statischer Arbeit strker als bei dynamischer. Bei konstanter Gre der Sauerstoffaufnahme steigen Noradrenalin und besonders Adrenalin bis zum Zeitpunkt der Erschpfung an. Auch bei Hypoxie nimmt auf gegebenen Belastungsstufen und damit unvernderter Gre der Sauerstoffaufnahme der Katecholaminspiegel strker zu als unter Normalverhltnissen. Umgekehrt bewirkt Hyperoxie eine geringe Reduzierung des Katecholaminspiegels.

Bei der allgemeinen aeroben Langzeitausdauer nimmt die hormo­nelle Regulation eine zentrale Bedeutung ein. Die Katecholamine Adrenalin, Noradrenalin und Dopamin steigen in Abhngigkeit von der Belastungsintensitt und -dauer an. Die Arbeitsreaktion wird auch von der Krpertemperatur beeinflusst, welche vor allem Noradrenalin zunehmen lsst. Bei Frauen fllt die Belastungsreaktion in der Follikelphase hher aus als in der Lutealphase.

Whrend 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 fr die Lipolyse im Fettgewebe verantwortlich, weni­ger in den Muskelzellen. Zustzlich frdert es die muskulre Glukoseaufnahme.

Zur Katecholaminfreisetzung kommt es nicht nur, wenn das sympathische Nervensystem die Organsysteme des Kr­pers auf die Abwehr uerer 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 unntig ansteigt und so das Entstehen verschiedener Erkrankungen begnstigt.

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 — die Ganglien des Parasympathikus liegen in der Nhe oder sogar innerhalb der Erfolgsorgane. bertrgerstoff des parasympathischen Nervensystems ist das Acetylcholin, und zwar an den prganglionren wie an den postganglionren 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 frdert zum Beispiel der Parasympathikus den Aufbau der Energiereserven in der Leber und in der Muskulatur. er intensiviert die Verdauungsvorgnge und konomisiert die Herzarbeit.

Whrend bei krperlicher Arbeit der Sympathikuseinfluss auf alle Organe berwiegt, ist die Aufgabe des Parasympathikus die schnelle Wiederauffllung 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 bertrgerstoffe Noradrenalin bzw. Azetylcholin. Einflsse 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 Kontrak­tionskraft vor allem in den Vorhfen (negativ inotrope Wirkung). Der Sympathikus verstrkt sie in Vorhfen und Ventrikeln (positiv inotrope Wirkung). Einflsse der vegetativen Herznerven auf die Erregungsleitung betreffen nur die AV-Region. Der Sympathikus beschleunigt die atrioventrikulre Leitung, der Vagus verlangsamt sie.

Katecholaminwirkungen. Fr die Wirkungen des Sympathikus bzw. seines bertrgerstoffes Noradrenalin ist eine Verstrkung des langsamen Ca2+ Einwrtsstroms infolge Erhhung der Ca2+ Leitfhigkeit experimentell gut gesichert. Dasselbe gilt fr Adrenalin aus dem Nebennierenmark. Dieser Effekt erklrt 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 zurckgefhrt. Noch etwas umstritten ist bis heute der Mechanismus der positiv chronotropen Sympathikuswirkung.

Fehlsteuerungen

So kann eine berempfindlichkeit (Allergie) gegenber bestimmten Eiweien (z. B. Pollen) zum Bronchialasthma fhren. In dem Falle berwiegt der Parasympathikus gegenber dein Sympathikus so stark, dass daraus eine krankhafte Verengung der Bronchien mit Luftnot und Absonderung eines zhen Sekrets resultiert. Krampfartige Verengungen der Herzkranzgefe durch Erhhung der Aktivitt des Parasympathikus knnen eine akute Sauerstoffnot am Herzmuskel oder sogar den Eintritt von Gewebstod (Myokardinfarkt) zur Folge haben. Die Ursachen dafr sind meistens Bewegungsarmut in Verbindung mit psychischer berbelastung, Fehlernhrung und Genussmittelmissbrauch.

Aber auch eine Dominanz des Sympathikus kann Strungen verursachen oder Ausdruck von Krankheiten sein. Die Fehlsteuerung uert sich hier in Nervositt, 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. Hufig wird eine solche sympathikotone Lage durch eine berfunktion der Schilddrse erzeugt. Eine Verbesserung des Ausdauertrainingszustandes fhrt aufgegebenen submaximalen Belastungsstufen zu einer Reduktion der Katecholammausschttung. Sie bezieht sich vor allem auf Noradrenalin.

bertraining

Bei Sportlergruppen, in denen systematisch ein bertrainingszustand angestrebt wurde, eine vorbergehende «Erschpfung« des sympa­thoadrenergen Systems beobachten. Die Untersuchungen bezogen sich auf 8 erfahrene Mittel- und Langstreckenlufer, deren Trai­ningsumfang von 86km/Woche 4 Wochen lang auf 175 km/Woche gesteigert wurde. Davon lagen stets ungefhr 80% der Belastung im Bereich von 50 70% der maximalen Sauerstoffaufnahme. Nach Ende der bertrainingsphase sanken die Dopaminplasmaspiegel signifikant ab, ebenso die nchtliche Ausscheidung von Adrenalin, Noradrenalin und Dopamin. Je schlechter das subjektive Befinden der Probanden war, desto strker nahm die Noradrenalinaussehei­dung ab. Wichtiger als der Absolutwert der Hormone erschien die nderung 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, anschlieend im Hypothalamus in chemische Aktivitt verwandelt. Der Corticotropin-releasing-Faktor (CRH) und Vasopressin werden vom Hvpo­thalamus 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 Rckkopplungsschleife 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 fr Serotonin und Noradrenalin ebenso verndern (erhhen) wie die Produktionsgroe dieser Neurotransmitter.

ber den Hippokampus, den Organisator fr das Langzeitgedchtnis und einer Schaltstelle fr Gefhle, kann in Verbindung mit dem limbischen System die Gefhlswelt geprgt werden. Gleichzeitig werden Herzschlagzahl, Blutdruck, E-, Sexual- und Schlafverhalten beeinflusst. z.T. ber die Adrenalinausschttung 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 Gefe der Skelettmuskulatur, ferner mobilisieren sie Glykogen- und Fettdepots. Im Gehirn und im Nebennierenmark gebildete Endorphine und Enkephaline wirken schinerzdmpfend. Akuter Schmerz lst spontan die Ausschttung von Substanz P und Glutamat aus. Die Information wird der Formatio reticularis und dem Locus coeruleus zugeleitet. whrend die Schmerzwahrnehrung im Grohirn erfolgt in Verbindung mit dem limbischen System. Endorphine hemmen die Reizbertragung im Rckenmark.

In tierexperimentellen Untersuchungen konnte nachgewiesen werden, dass durch klassische Konditionierung analog Pawlow nicht nur Ernhrungsweisen von Tieren beeinflusst werden knnen, sondern sie gegebenenfalls auch durch psychisch ausgelste Schwchung des Immunsystems Infektionskrankheiten zum Opfer fallen. Sicherlich kommt dabei auch Glukokortikoiden wie Kortisol mit ihren hemmenden Effekten auf Immunzellen eine magebliche 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 natrlichen Killerzellen im Blut unterdrcken, ohne eine Erhhung von ACTH oder eines der anderen Stresshormone.

Eine zu schwache Stressreaktion aufgrund einer zu geringen Funktion der Achse Hvpothalamus-Hypophyse­-Nebenniere haben manche depressive Personen, die sich meist mde und affektlos fhlen. hnliche Symptome finden sich beim „chronischen Mdigkeitssyndrom“ und bei lichtabhngigen Winterdepressionen. Hierfr 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 (,,reuptake“ der frei gesetzten bertrgersubstanz in die prsynaptischen 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 Interzellularflssigkeit und verliert dadurch seine Bedeutung fr die synaptische Erregungsbertragung. Der gleichzeitig mit diesen beiden Inaktivierungsvorgngen ablaufende enzymatische Abbau von Adrenalin und Noradrenalin im synaptischen Spalt durch die Katechol-O-Methyltransferase (COMT) und Monoaminoxidase (MAO) zu Vanillinmandelsure spielt dagegen fr die Beendigung der Erregungsbertragung im sympathischen Nervensystem nur eine geringe Rolle. Anders ist dies heim Abbau von adrenergen Transmittern, die in groer Menge aus dein Nebennierenmark freigesetzt werden. Allerdings hlt 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, „Physiologie des Menschen“ springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1997.

W. Hollmann, T.Hettinger, „Sportmedizin“, Schattauer Verlag, 2000.