Адреналин

------ Universitдt---------

Sympathoadrenerges System und Katecholamine im Sport

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

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

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

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

Bei kцrperlicher Arbeit oder bei einer intensiven sportlichen

Belastung kann der Energiebedarf einzelner besonders beanspruchter Muskeln

auf das Zweihundertfache des Ruhewertes ansteigen, was zu einer

entsprechenden Erhцhung des Sauerstoff- und Energiebedarfs fьhrt. Um diesen

gesteigerten Bedarf zu decken, mьssen sich alle Versorgungssysteme des

Kцrpers auf die Belastungssituation umstellen. Das Herz muss schneller und

krдftiger schlagen, die Lunge muss tiefer und schneller atmen, die GefдЯe

der arbeitenden Muskulatur mьssen sich erweitern usw.

Die Regelung all dieser Anpassungsvorgange ьbernimmt 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.

Fьr die Anpassungsvorgдnge der inneren Organe an akute sportliche

Belastungssituationen spielt der Sympathikus die wichtigere Rolle, wдhrend

manche Trainingsverдnderungen dem Parasympathikus zugeschrieben werden.

Anatomische Grundlagen

Die vegetativen Zentren des Sympathikus liegen im Rьckenmark der

Brustwirbelsдule und der oberen Lendenwirbelsдule. Die kurzen Fasern der

sympathischen Neurone verlassen das Rьckenmark durch die

Zwischenwirbellцcher und enden an den Ganglien (Nervenzellansammlungen) des

Grenzstranges. Der Grenzstrang verbindet die 22 rechts und links der

Wirbelsдule angeordneten Ganglienknotenpaare durch lдngs verlaufende

Nervenstrдnge.

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 sдmtliche Organe der Bauchhцhle.

Bei Gewalteinwirkung auf das Sonnengeflecht kommt es zur Bewusstlosigkeit

infolge reflektorischer Fehlschaltungen der Blutverteilung (wahrscheinlich

K. O. beim Boxen).

Ьbertragungswege

Wдhrend die prдganglionaren Fasern ihre Impulse in den Ganglien mit

Hilfe des Azetylcholins auf die postganglionдren Fasern ьbertragen,

kontrollieren die postganglionдren Fasern das Erfolgsorgan durch einen

anderen Ьbertrдgerstoff, das Noradrenalin.

Wenn das zentrale Nervensystem die Ausfьhrung einer Bewegung plant,

informiert es sofort die vegetativen Zentren ьber 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 ausgelцsten Umstellungsvorgдnge

(Herzfrequenzsteigerung, Blutdrьcksteigerung, Atemfrequenzsteigerung,

Blutumverteilung usw.)

Im Zusammenhang mit der Aktivitдt des sympathischen Anteils des

vegetativen Nervensystems spielt das Nebennierenmark eine besondere Rolle.

Das Nebennierenmark ist ein umgewandeltes sympathisches Ganglion, aus dem

in Notfallsituationen (Blutverlust, Unterkьhlung, extreme kцrperliche

Belastung) groЯe Mengen von Adrenalin (80 Prozent) und Noradrenalin (20

Prozent), die man zusammen als Katecholamine bezeichnet, in die Blutbahn

ausgeschьttet werden. Adrenalin und Noradrenalin werden von verschiedenen

NNM-Zellen produziert. Die Ruheausschьttung betrдgt etwa 8—10 ng je kg

Kцrpergewicht und Minute. Sie ist zentralnervцs bedingt und hдngt von der

Ruheaktivitдt in den prдganglionдren Fasern ab. In Kцrperruhe sind ьber 80%

der zirkulierenden Katecholamine sulfatgebunden. Wдhrend der Arbeit

vermindert sich dieser Prozentsatz aus unbekannten Grьnden.

Wirkungen der Katecholamine aus dem NNM

Der Reiz fьr Katecholaminfreisetzung aus dem Nebennierenniark ist

immer ein Impuls aus den prдganglionдren sympathischen Fasern bei erhцhter

Sympathikusaktivitдt, die wiederum zentral durch den Hypothalamus gesteuert

wird.

Diese sind normalerweise wahrscheinlich nur fьr Organe oder

Organbereiche wichtig, die wenig oder nicht durch postganglionдre Neurone

innerviert sind (z. B. Arterien mit groЯem Durchmesser). Fьr 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 ausgeschьtteten Katecholamine scheinen

ьberwiegend der Regulation metabolischer Prozesse zu dienen. Sie

mobilisieren katalytisch freie Fettsдuren 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 (Я) -Adrenozeptoren vermittelt.

In Notfallsituationen, wie bei Blutverlust, Unterkьhlung,

Hypoglykдmie, Hypoxie, Verbrennung oder bei extremer kцrperlicher

Belastung, erhцht sich die Ausschьttung 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 Ruheausschьttung der Katecholamine kommen. Diese Ausschьttungen

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 postganglionдren

sympathischen Neurone und des NNM zustande kommen, werden auch

Notfallreaktionen genannt. Wдhrend dieser Reaktionen scheinen nahezu alle

Ausgдnge 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 ausgelцst, 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 hцher an als bei der Arbeit mit groЯen Muskelgruppen mit

hoher maximaler 02-Aufnahme. Der Plasma- Adrenalinaufstieg ist in Relation

zu dem des Noradrenalin bei statischer Arbeit stдrker als bei dynamischer.

Bei konstanter GrцЯe der Sauerstoffaufnahme steigen Noradrenalin und

besonders Adrenalin bis zum Zeitpunkt der Erschцpfung an. Auch bei Hypoxie

nimmt auf gegebenen Belastungsstufen und damit unverдnderter GrцЯe der

Sauerstoffaufnahme der Katecholaminspiegel stдrker zu als unter

Normalverhдltnissen. 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 Abhдngigkeit von der

Belastungsintensitдt und -dauer an. Die Arbeitsreaktion wird auch von der

Kцrpertemperatur beeinflusst, welche vor allem Noradrenalin zunehmen lдsst.

Bei Frauen fдllt die Belastungsreaktion in der Follikelphase hцher aus als

in der Lutealphase.

Wдhrend 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 fьr die Lipolyse im

Fettgewebe verantwortlich, weniger in den Muskelzellen. Zusдtzlich fцrdert

es die muskulдre Glukoseaufnahme.

Zur Katecholaminfreisetzung kommt es nicht nur, wenn das sympathische

Nervensystem die Organsysteme des Kцrpers auf die Abwehr дuЯerer

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 unnцtig ansteigt und so das Entstehen verschiedener Erkrankungen

begьnstigt.

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

Nдhe oder sogar innerhalb der Erfolgsorgane. Ьbertrдgerstoff des

parasympathischen Nervensystems ist das Acetylcholin, und zwar an den

prдganglionдren wie an den postganglionдren 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 fцrdert zum Beispiel der Parasympathikus den

Aufbau der Energiereserven in der Leber und in der Muskulatur. er

intensiviert die Verdauungsvorgдnge und цkonomisiert die Herzarbeit.

Wдhrend bei kцrperlicher Arbeit der Sympathikuseinfluss auf alle

Organe ьberwiegt, ist die Aufgabe des Parasympathikus die schnelle

Wiederauffьllung 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 Ьbertrдgerstoffe Noradrenalin bzw. Azetylcholin. Einflьsse

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 Vorhцfen (negativ inotrope Wirkung).

Der Sympathikus verstдrkt sie in Vorhцfen und Ventrikeln (positiv inotrope

Wirkung). Einflьsse der vegetativen Herznerven auf die Erregungsleitung

betreffen nur die AV-Region. Der Sympathikus beschleunigt die

atrioventrikulдre Leitung, der Vagus verlangsamt sie.

Katecholaminwirkungen. Fьr die Wirkungen des Sympathikus bzw. seines

Ьbertrдgerstoffes Noradrenalin ist eine Verstдrkung des langsamen Ca2+

Einwдrtsstroms infolge Erhцhung der Ca2+ Leitfдhigkeit experimentell gut

gesichert. Dasselbe gilt fьr Adrenalin aus dem Nebennierenmark. Dieser

Effekt erklдrt 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 zurьckgefьhrt.

Noch etwas umstritten ist bis heute der Mechanismus der positiv

chronotropen Sympathikuswirkung.

Fehlsteuerungen

So kann eine Ьberempfindlichkeit (Allergie) gegenьber bestimmten

EiweiЯen (z. B. Pollen) zum Bronchialasthma fьhren. In dem Falle ьberwiegt

der Parasympathikus gegenьber dein Sympathikus so stark, dass daraus eine

krankhafte Verengung der Bronchien mit Luftnot und Absonderung eines zдhen

Sekrets resultiert. Krampfartige Verengungen der HerzkranzgefдЯe durch

Erhцhung der Aktivitдt des Parasympathikus kцnnen eine akute Sauerstoffnot

am Herzmuskel oder sogar den Eintritt von Gewebstod (Myokardinfarkt) zur

Folge haben. Die Ursachen dafьr sind meistens Bewegungsarmut in Verbindung

mit psychischer Ьberbelastung, Fehlernдhrung und Genussmittelmissbrauch.

Aber auch eine Dominanz des Sympathikus kann Stцrungen verursachen

oder Ausdruck von Krankheiten sein. Die Fehlsteuerung дuЯert sich hier in

Nervositдt, 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. Hдufig

wird eine solche sympathikotone Lage durch eine Ьberfunktion der

Schilddrьse erzeugt. Eine Verbesserung des Ausdauertrainingszustandes fьhrt

aufgegebenen submaximalen Belastungsstufen zu einer Reduktion der

Katecholammausschьttung. Sie bezieht sich vor allem auf Noradrenalin.

Ьbertraining

Bei Sportlergruppen, in denen systematisch ein Ьbertrainingszustand

angestrebt wurde, eine vorьbergehende «Erschцpfung« des sympathoadrenergen

Systems beobachten. Die Untersuchungen bezogen sich auf 8 erfahrene Mittel-

und Langstreckenlдufer, deren Trainingsumfang von 86km/Woche 4 Wochen lang

auf 175 km/Woche gesteigert wurde. Davon lagen stets ungefдhr 80% der

Belastung im Bereich von 50 70% der maximalen Sauerstoffaufnahme. Nach Ende

der Ьbertrainingsphase sanken die Dopaminplasmaspiegel signifikant ab,

ebenso die nдchtliche Ausscheidung von Adrenalin, Noradrenalin und Dopamin.

Je schlechter das subjektive Befinden der Probanden war, desto stдrker nahm

die Noradrenalinausseheidung ab. Wichtiger als der Absolutwert der Hormone

erschien die Дnderung 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, anschlieЯend im

Hypothalamus in chemische Aktivitдt 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 Rьckkopplungsschleife 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 fьr Serotonin und Noradrenalin

ebenso verдndern (erhцhen) wie die ProduktionsgroЯe dieser

Neurotransmitter.

Ьber den Hippokampus, den Organisator fьr das Langzeitgedдchtnis und

einer Schaltstelle fьr Gefьhle, kann in Verbindung mit dem limbischen

System die Gefьhlswelt geprдgt werden. Gleichzeitig werden Herzschlagzahl,

Blutdruck, EЯ-, Sexual- und Schlafverhalten beeinflusst. z.T. ьber die

Adrenalinausschьttung 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 GefдЯe der

Skelettmuskulatur, ferner mobilisieren sie Glykogen- und Fettdepots. Im

Gehirn und im Nebennierenmark gebildete Endorphine und Enkephaline wirken

schinerzdдmpfend. Akuter Schmerz lцst spontan die Ausschьttung von Substanz

P und Glutamat aus. Die Information wird der Formatio reticularis und dem

Locus coeruleus zugeleitet. wдhrend die Schmerzwahrnehrung im GroЯhirn

erfolgt in Verbindung mit dem limbischen System. Endorphine hemmen die

Reizьbertragung im Rьckenmark.

In tierexperimentellen Untersuchungen konnte nachgewiesen werden, dass

durch klassische Konditionierung analog Pawlow nicht nur Ernдhrungsweisen

von Tieren beeinflusst werden kцnnen, sondern sie gegebenenfalls auch durch

psychisch ausgelцste Schwдchung des Immunsystems Infektionskrankheiten zum

Opfer fallen. Sicherlich kommt dabei auch Glukokortikoiden wie Kortisol mit

ihren hemmenden Effekten auf Immunzellen eine maЯgebliche 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

natьrlichen Killerzellen im Blut unterdrьcken, ohne eine Erhцhung 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 mьde und affektlos fьhlen. Дhnliche Symptome

finden sich beim „chronischen Mьdigkeitssyndrom“ und bei lichtabhдngigen

Winterdepressionen. Hierfьr 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

Ьbertrдgersubstanz in die prдsynaptischen 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 Interzellularflьssigkeit und verliert dadurch seine Bedeutung fьr

die synaptische Erregungsьbertragung. Der gleichzeitig mit diesen beiden

Inaktivierungsvorgдngen ablaufende enzymatische Abbau von Adrenalin und

Noradrenalin im synaptischen Spalt durch die Katechol-O-Methyltransferase

(COMT) und Monoaminoxidase (MAO) zu Vanillinmandelsдure spielt dagegen fьr

die Beendigung der Erregungsьbertragung im sympathischen Nervensystem nur

eine geringe Rolle. Anders ist dies heim Abbau von adrenergen Transmittern,

die in groЯer Menge aus dein Nebennierenmark freigesetzt werden. Allerdings

hдlt 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.

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