Parasympathikus

Die vegetativen Zentren des Parasympathikus liegen im Hirnstamm und im sakralen Rückenmark (Pars sacralis, Kreuzmark). Dabei innervieren Nerven aus dem Hirnstamm die inneren Augenmuskeln, die Tränen- und Speicheldrüsen und die meisten inneren Organe des Körpers (Nervus vagus). Nerven aus dem Kreuzmark hingegen beeinflussen den unteren Teil des Dickdarms, die Harnblase und die Genitalien. Der Übergang der beiden Innervationsgebiete beim Dickdarm erfolgt am Cannon-Böhm-Punkt. Aufgrund der anatomischen Lage der Wurzelzellen wird der Parasympathikus auch als kraniosakrales System bezeichnet (von lat. Cranium = Schädel, Os sacrum = Kreuzbein), im Gegensatz zum thorakolumbalen System des Sympathikus, dessen Wurzelzellen im Brust- (lat. Thorax) und Lendenteil (lat. Lumbus) des Rückenmarks liegen.

Ganglien stellen eine Anhäufung von Nervenzellkörpern dar. Hier werden die vom Zentralnervensystem kommenden Nervenfasern (präganglionäre Nerven, lat., „vor dem Ganglion“) auf Nervenfasern umgeschaltet, die zum jeweiligen Zielorgan ziehen (postganglionäre Nerven, lat., „nach dem Ganglion“). Die Ganglien liegen beim Parasympathikus – im Gegensatz zum Sympathikus – meist in der Nähe oder sogar innerhalb ihrer Zielorgane. Die Umschaltung erfolgt an Schaltstellen üblicher Art (chemische Synapsen) durch Abgabe (Exozytose) von Signalmolekülen (Neurotransmittern) von Zelle A zum Andocken an Zelle B.

 

Die Überträgersubstanz (Neurotransmitter) des parasympathischen Nervensystems ist sowohl für die Schaltstelle in den Ganglien als auch am Zielorgan Acetylcholin (ACh), ein Ester der Essigsäure und des Aminoalkohols Cholin.

Die Synthese von Acetylcholin findet in der signalgebenden Nervenzelle (im präsynaptischen Terminal) durch das Enzym Cholin-Acetyltransferase statt. Die Ausgangsstoffe sind Cholin und Acetyl-Coenzym A. Nach seiner Freisetzung in den synaptischen Spalt und Bindung an Rezeptoren der Zielzelle wird Acetylcholin durch das Enzym Acetylcholinesterase zu den Endprodukten Cholin und Essigsäure (beziehungsweise Acetat) abgebaut und damit deaktiviert.

Das parasympathische Nervensystem verfügt über zwei Typen von Acetylcholinrezeptoren, also Rezeptoren, die auf Acetylcholin ansprechen. Nikotinische Rezeptoren (nAChR) reagieren außer auf Acetylcholin auch auf Nikotin. Muskarinische (mAChR) reagieren außer auf Acetylcholin auch auf Muskarin, ein Gift, das in größeren Mengen in verschiedenen Trichterlingen und Risspilzen vorkommt (zuerst entdeckt im Fliegenpilz).

 

Die nikotinischen Rezeptoren lassen sich unterteilen nach ihrem örtlichen Vorkommen: N_M-Rezeptoren befinden sich an innervierten Muskeln (motorischen Endplatte). N_N-Rezeptoren befinden sich in den Ganglien. Die Rezeptoren der motorischen Endplatte und die der vegetativen Ganglien unterscheiden sich nur in ihrem Aufbau, in ihrer Funktion sind sie gleich.

Zu den Rezeptor-Komplexen gehören Kanäle in der Zellmembran, die nach Aktivierung des Rezeptors durchlässig für Kationen (positiv geladene Ionen wie Na⁺ und Ca²⁺) werden. Deshalb zählt man sie zur Gruppe der ionotropen Rezeptoren.

Binden Signalmoleküle an einen Rezeptor, so öffnet sich ein Ionenkanal und erzeugt damit einen Na⁺- und Ca²⁺-Einstrom (s. Diffusion). Dieser verursacht eine lokale Veränderung der transmembranären elektrischen Spannung (exzitatorisches postsynaptisches Potential), das heißt, er depolarisiert die Membran. Ist diese Depolarisation stark genug, so wird ein Aktionspotential ausgelöst und die Zielzelle erregt.

Die N_M-Rezeptoren werden durch Tubocurarin gehemmt, die N_N-Rezeptoren durch Hexamethonium.

 

Die muskarinischen Rezeptoren werden in die Subtypen M₁ bis M₅ unterschieden. M₁ kommt in vegetativen Ganglien, M₂ im Herzen und M₃ in glatter Muskulatur vor, hierbei vor allem im Verdauungstrakt. Die Funktionen von M₄ und M₅ sind noch nicht gänzlich bekannt, sie kommen aber im Gehirn vor.

Die muskarinischen Rezeptoren gehören zur Gruppe der G-Protein-gekoppelten Rezeptoren. Nach der Bindung von Acetylcholin werden weitere Moleküle (so genannte Second Messenger) freigesetzt, die dann Veränderungen an der Zelle auslösen. Deshalb gehören sie zur Gruppe der metabotropen Rezeptoren.

Bei den M₁-, M₃- und M₅-Rezeptoren löst die Bindung von Acetylcholin die Aktivierung der Phospholipase C_β (PLC_β) durch ein G_q-Protein aus. Die Phospholipase spalteten Phosphatidylinositol-4,5-bisphosphat (PIP₂, ein Phospholipid) in Inositoltrisphosphat (IP₃) und Diacylglycerol (DAG). Während DAG in der Zellmembran verbleibt, bewirkt IP₃ eine Freisetzung von Calcium aus dem endoplasmatischen Retikulum (ER). Dieses löst entweder ein verzögertes elektrisches Signal (EPSP) oder eine Kontraktion von glatter Muskulatur im Fall der M₃-Rezeptoren aus.

M₂- und M₄-Rezeptoren hingegen aktivieren ein G_i-Protein (i für inhibitorisch, hemmend). Dieses öffnet im Sinus- und AV-Knoten des Herzens bestimmte K⁺-Kanäle (IK_ACh). Dies hat eine negativ chronotrope (pulssenkende) und dromotrope (Erhöhung der Zeit, die für die Reizweiterleitung benötigt wird) Wirkung. Zusätzlich wird das Enzym Adenylylcyclase gehemmt, mit der Wirkung des Rückgang der intrazellulären cAMP-Konzentration. Dieser Rückgang senkt den Calcium-Einstrom, was eine Reduzierung der Kontraktionsfähigkeit des Herzens zur Folge hat (negativer inotroper Effekt).

Gehemmt werden muskarinische Rezeptoren unter anderem durch Atropin, ein Gift, das auch in der Tollkirsche vorkommt.

Die parasympathischen Kerngebiete (Nuclei) des Hirnstamms liegen in den Nuclei des Nervus oculomotorius (Hirnnerv III), Nervus facialis (VII), Nervus glossopharyngeus (IX) und Nervus vagus (X).

Die präganglionären Fasern des parasympathischen Anteils des Nervus oculomotorius (Augenbewegernerv) entspringen dem Nucleus accessorius nervi oculomotorii (zusätzlicher Kern des Augenbewegernervs, Edinger-Westphal-Kern) und ziehen zum Ganglion ciliare. Dort schalten sie um auf Neuronen der Nervi ciliares breves. Diese verlaufen zum Musculus sphincter pupillae („Pupillenverenger“), wo sie eine Verengung (Miosis) der Pupillen verursachen, und zum Ziliarmuskel, der die Brechkraft der Augenlinse (Akkommodation) beeinflusst.

Der parasympathische Anteil des Nervus facialis (Gesichtsnerv) entspringt im Nucleus salivatorius superior (oberer Speichelkern), in der Medulla oblongata (Nachhirn). Ein Teil dieser Fasern, der Nervus petrosus major (großer Paukennerv), verläuft zum Ganglion pterygopalatinum (Flügelgaumenganglion), wo er auf Neuronen umgeschaltet wird, deren Fasern im Nervus lacrimalis (Tränennerv) zur Tränendrüse verlaufen, die dadurch zur Tränenproduktion angeregt werden.

Ein weiterer Teil des Nervus facialis, die Chorda tympani (Paukensaite), verläuft zum Ganglion submandibulare (Unterkieferganglion), wo es auf Neuronen umgeschaltet wird, die die Speicheldrüsen am Unterkiefer, die Glandula submandibularis (Unterkieferdrüse) und die Glandula sublingualis (Unterzungendrüse), innervieren. Sie lösen dort eine Gefäßerweiterung der versorgenden Arterien und eine gesteigerte Proteinproduktion aus und machen den Speichel damit wässrig.

Die präganglionären parasympathischen Fasern des Nervus glossopharyngeus (von griech. glossa=Zunge, pharynx=Rachen) entspringen dem Nucleus salivatorius inferior (unterer Speichelkern) in der Medulla oblongata. Seine Fasern verlaufen, teilweise im Nervus petrosus minor (kleiner Paukennerv) zum Ganglion oticum (Ohrganglion), wo sie auf Neuronen umgeschaltet werden, die im Nervus auriculotemporalis („Ohr-Schläfen-Nerv“) zur Glandula parotidea (Ohrspeicheldrüse) verlaufen und diese zur Speichelabsonderung anregen.

Die präganglionären parasympathischen Fasern des Nervus vagus (von lat. vagari – „umherschweifen“) entspringen dem Nucleus dorsalis nervi vagi (rückwärtiger Kern des Vagusnervs) in der Medulla oblongata. Der Nervus vagus verlässt den Schädel durch das Foramen jugulare und verläuft dann zusammen mit der Arteria carotis communis (Halsschlagader) und der Vena jugularis interna (innere Drosselvene) im Hals in Richtung Körper. Dort innerviert er das Herz, die Bronchien, den Verdauungstrakt und den Harnleiter.

Der Kreuzteil des Parasympathikus entspringt dem Nucleus intermediolateralis (äußerer Zwischenkern) und Nucleus intermediomedialis (innerer Zwischenkern) in den Rückenmarkssegmenten S2 bis S4. Sie verlaufen im Nervus pudendus (Schamnerv) und gehen von diesem als Nervi pelvici (Beckennerven) in den Plexus hypogastricus inferior (unteres Untermagengeflecht) ein. Die Umschaltung auf weitere Neuronen erfolgt entweder hier oder in kleinen Ganglien der innervierten Organe.

Zielorgane sind der Dickdarm unterhalb des Cannon-Böhm-Punktes, die Harnblase und die Genitalien.

Der Parasympathikus hat eine anregende Wirkung auf den Dickdarm, genau wie auf den restlichen Verdauungstrakt. Die Drüsen werden zur Sekretion angeregt, der Tonus der glatten Muskulatur wird erhöht und die Schließmuskel werden entspannt.

Außerdem ist der Parasympathikus an einem Reflex beim Stuhlgang (Defäkation) beteiligt. Werden freie Nervenendigungen im Rektum durch Dehnung stimuliert, so werden Signale in die Kreuzsegmente des Rückenmarks gesendet. Diese lösen dort die Aussendung von Signalen zum Colon descendens (absteigenden Grimmdarm), Colon sigmoideum und Mastdarm aus. Diese laufen in parasympathischen Fasern des Nervus pelvicus, erhöhen die Anzahl und Stärke der peristaltischen Wellen der glatten Muskulatur in der Darmwand und entspannen den inneren Schließmuskel des Anus. Im Gegensatz zum inneren Schließmuskel, der aus glatter Muskulatur besteht, ist der äußere Schließmuskel ein Skelettmuskel und damit unter willkürlicher Kontrolle.

Das Harnlassen (die Miktion) unterliegt der vegetativen (autonomen) Steuerung durch den Parasympathikus. Er aktiviert die glatte Muskulatur in der Wand der Harnblase (Musculus detrusor) und damit ein Zusammenpressen der gesamten Blase.

Zusätzlich wird der innere Schließmuskel (Sphinkter) der Blase durch den Parasympathikus entspannt.

In den Genitalien bewirkt der Parasympathikus eine Erweiterung von Blutgefäßen (Vasodilatation), eine der notwendigen Voraussetzungen der Erektion.

Die parasympathische Innervation der inneren Organe erfolgt durch den Nervus vagus. Die betroffenen Organe sind Herz, Bronchien, Magen, Darm (bis auf den unteren Dickdarm, der vom Kreuzmark innerviert wird), Gallenblase, Leber, Bauchspeicheldrüse (Pankreas) und die Harnleiter.

Am Herz bewirkt der Parasympathikus eine Verlangsamung des Pulses (negative Chronotropie) und der Erregbarkeit (negative Bathmotropie). Außerdem verlangsamt er die Erregungsleitung vom Sinusknoten zum AV-Knoten und im AV-Knoten selbst (negative Dromotropie).

Die Versorgungsgebiete des rechten und linken Nervus vagus überlappen sich am Herzen, wobei der rechte vorwiegend den Sinusknoten innerviert und dort die Pulsfrequenz beeinflusst, der linke hingegen hauptsächlich den AV-Knoten und damit die Erregungsleitung.^[1]

Die cholinergen Rezeptoren im Herzen sind vom Typ M₂. Sie aktivieren ein G_i-Protein (i für inhibitorisch, hemmend). Im Sinus- und AV-Knoten öffnet es bestimmte K⁺-Kanäle (IK_ACh). Durch den bewirkten Kaliumausstrom wird die Zelle hyperpolarisiert, das heißt, ihr Membranpotential wird negativer. Dies erschwert die Auslösung eines Aktionspotentials, das zur Muskelkontraktion führt.

In den Herzmuskelzellen werden die langsamen Natriumkanäle, sogenannte „Funny-Channels“ (cAMP-abhängig), teilweise inaktiviert und so verzögert sich die spontane Depolarisation der Schrittmacherzellen (Frequenzabnahme, negativ chronotrop).

In den Bronchien löst der Parasympathikus Bronchokonstriktion (Verengung der Bronchien) und eine erhöhte Schleimsekretion durch Stimulation der M₃-Rezeptoren aus.

In der glatten Muskulatur der Bronchien löst der durch IP3 ausgelöste Calciumeinstrom eine Kontraktion aus, dies führt zur Verengung der Bronchien.

Die erhöhte Sekretion der schleimproduzierenden Drüsen wird durch eine erhöhte Blutzufuhr ausgelöst. Die erhöhte Blutzufuhr wird durch die Freisetzung von Stickstoffmonoxid (NO) und die dadurch bewirkte Gefäßerweiterung (Vasodilatation) verursacht.

Der Verdauungstrakt besitzt ein eigenes Nervensystem, das enterische Nervensystem. Dessen Steuerungsarbeit wird durch das parasympathische Nervensystem nur modulierend beeinflusst.

Letzteres fördert dabei generell die Verdauung durch Steigerung der Fördertätigkeit (Peristaltik) und Abgabe (Sekretion) von Verdauungsenzymen. Im Magen und Darm wird zudem der Tonus (Spannungszustand) der glatten Muskulatur erhöht und die Schließmuskeln (Sphinkter) durch Stickstoffmonoxid (NO) entspannt.

Die Tonuserhöhung und die erhöhte Sekretion der Drüsen basiert auf den gleichen Mechanismen wie in der Lunge.

In der Leber regt der Parasympathikus die Glykogenbildung an.

In der Gallenblase löst er durch die Kontraktion der glatten Muskulatur in der Organwand die Abgabe von Galle aus.

Die exokrinen Absonderungen (Sekretion) der Bauchspeicheldrüse werden durch die Erhöhung der Durchblutung angeregt. Dies bewirkt die Sekretion der eiweißspaltenden Verdauungsenzyme (Trypsin, Chymotrypsin, Elastase, Carboxylpeptidase).

Die glatte Muskulatur im Harnleiter wird durch die Innervation des Nervus vagus kontrahiert.

Die Wirkung des Parasympathikus kann durch Medikamente beeinflusst werden. Die angestrebte Wirkung orientiert sich jeweils an der durch den Parasympathikus modulierten Organwirkung und deren Veränderung bei Anwendung von Medikamenten. Man unterscheidet Parasympatholytika, welche die Wirkung des Parasympathikus hemmen und Parasympathomimetika, welche die Wirkung anregen.

Parasympatholytische Substanzen (Anticholinergika) wie Atropin wirken über eine kompetitive Hemmung des Acetylcholins. Bei Anwendung überwiegt aufgrund der Hemmung des Parasympathikus dann der Einfluss des Sympathikus.

Anwendungsgebiete sind z. B. die Pupillenerweiterung (Mydriasis) für therapeutische Maßnahmen, die Therapie von Spasmen des Magen-Darm-Traktes, der Harnwege sowie der Muskulatur der Atemwege (Bronchospasmus). Auch akute Bradykardien, d. h. der starke Abfall der Herzfrequenz, können durch Parasympatholytika behandelt werden.

Es gibt direkt und indirekt wirkende Parasympathomimetika. Erstere (wie Pilocarpin) wirken ähnlich dem Acetylcholin. Bei den indirekten Parasympathomimetika wie Physostigmin handelt es sich um reversible oder irreversible Cholinesterasehemmer, welche den Abbau des Acetylcholins durch die Cholinesterase hemmen und so eine längere Transmitterwirkung bedingen.

Anwendungsgebiete der Parasympathomimetika umfassen z. B. die Therapie von Glaukomen.

• Eric Kandel, James Schwartz, Thomas Jessell (Hrsg.): Neurowissenschaften. Spektrum, Springer 1995, ISBN 3-86025-391-3.
• Johannes W. Rohen: Funktionelle Neuroanatomie. Lehrbuch und Atlas. Schattauer Verlag 2001, ISBN 3-7945-2128-5.
• Robert F. Schmidt, Hans-Georg Schaible (Hrsg.): Neuro- und Sinnesphysiologie, 5. Auflage. Springer, Berlin 2006, ISBN 3-540-25700-4.
• Robert F. Schmidt, Florian Lang, Gerhard Thews: Physiologie des Menschen. Mit Pathophysiologie. Springer, Berlin 2004, ISBN 3-540-21882-3.

1. ↑ M Rubart, DP Zipes: Anatomy of the Cardiac Conduction System. In: DP Zipes et al. (Hrsg.): Braunwald’s Heart Disease: A Textbook of Cardiovascular Medicine. 7. Auflage. W.B. Saunders Company, Philadelphia 2004, ISBN 1-4160-0014-3, S. 653–659.