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Inhalt: 1. Anatomie und Charakteristika des
autonomen Nervensystems
2. Unterschiede zwischen dem
sympathischen und dem
parasympathischen System
3. Integration und Koordination des
autonomen Nervensystems
4. Ein Beispiel für die Arbeit des Systems:
Hunger
Autonomes Nervensystem und
neurohormonelle Regulation
Literatur:
Dudel et al., Neurowissenschaft (Springer)
Reichert, Neurobiologie (Thieme)
Kandel et al., Principles of Neural Science (McGraw Hill)
Kahle, Taschenatlas der Anatomie, Band 3: Nervensystem und
Sinnesorgane (Thieme)
Greenstein and Greenstein, Color Atlas of Neuroscience (Thieme)
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Autonomes Integrationsnetzwerk der internen, homöostatischen Systeme
(z.B. Anpassung des Herzschlagrhythmus, koordinierte Bewegung des
Magen-Darm Traktes, Aktivität endokriner Drüsen)
„viszerale Reflexe“
Autonomes Nervensystem
Zweiteiliger Aufbau:
- sympathischer Teil: häufig erregend, bereitet auf Aktion vor („fight and
flight“)
- parasympathischer Teil: häufig hemmend, Regeneration, Verringerung
des Energieumsatzes („rest and digest“)
Häufig antagonistisch auf dasselbe Zielorgan wirkend
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Unterschiede zwischen dem
autonomen und dem somatischen
Nervensystem
I. Unterschiede in der Anatomie:
Bildung eines feinen Netzwerkes im
Zielorgan („Plexus“)
(Kahle, Taschenatlas der Anatomie Band3)
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II. Unterschiede in der Innervation:
Keine spezialisierten prä- und
postsynaptischen Bereiche sondern
Schwellungen (Varikositäten) an
denen Neurotransmitter
ausgeschüttet werden und
diffundieren können
relativ diffuse Kontrolle
Unterschiede zwischen dem autonomen und dem somatischen
Nervensystem
(Kahle, Taschenatlas der Anatomie Band3)
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III. Axo-axonische Synapsen zwischen sympathischen, parasympathischen
und sympathisch-parasympathischen Ausläufern
Unterschiede zwischen dem autonomen und dem somatischen System
(Kahle, Taschenatlas der Anatomie Band3)
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IV. Unterschiedliche Lage der Motoneuronen:
Zellkörper der viszeralen Motoneuronen befinden sich außerhalb des
Rückenmark in den peripheren Ganglien
Präganglionäre Neurone
im Rückenmark oder im
Hirnstamm
postganglionäre
Neurone in den
peripheren Ganglien
Unterschiede zwischen dem autonomen und dem somatischen
System
(Kandel et al., Principles of Neural Science)
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Anatomische Unterscheidung nach
dem Ursprung der (präganglionären)
Neurone
- Sympathicus: Meist mittlere Region
(thorakal und lumbal) des
Rückenmarks (im Seitenhorn)
- Parasympathicus: Kerne in der
Medulla (Hirnstamm) und im unteren
Teil des Rückenmarks
Unterschiede zwischen dem
sympathischen und dem
parasympathischen System
(Kahle, Taschenatlas der Anatomie Band3)
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Hauptnerv des Parasympathicus:
Nervus Vagus
Nervus vagus (X. Hirnnerv) ist einziger
Hirnnerv, der nicht (nur) die
Kopfregion innerviert
(Kahle, Taschenatlas der Anatomie Band3)
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Unterscheidung nach dem Neurotransmitter; in beiden Systemen
normalerweise eine Zwei-Neuronenkette
- Sympathicus: Präganglionäres Neuron: Acetylcholin
Postganglionäres Neuron: Noradrenalin
- Parasympathicus: Beide Neurone: Acetylcholin
- Zusätzlich „Cocktail“ von Neuropeptiden
Präganglionäre Neurone des
Sympathicus: B-Fasern
(myelinisiert) – Übertragungs-
geschwindigkeit zwischen C- und
A-Fasern
Unterschiede zwischen dem sympathischen und dem
parasympathischen System
(Kandel et al., Principles of Neural Science)
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Integration und Koordination des autonomen Nervensystems
Hypothalamus:
Entwickelt sich im Zwischenhirn (rot)
Sehr klein (4 g)
Enthält viele Kerne
Stark mit anderen Hirnregionen verschaltet
Hirnregion mit den meisten peptidergen
Neuronen
Hauptsächlich durch Hypothalamus
Input in den Hypothalamus:
verschiedene Hirngebiete, z.B.
- Liquor-Kontakt-Neurone (Sensoren für die
Zusammensetzung der
Zerebrospinalflüssigkeit)
- Sensorische Zentren des Telencephalon
(Information über die Umwelt) (Kahle, Taschenatlas der Anatomie Band3)
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Output aus dem Hypothalamus:
Direkte und indirekte Kontrolle der Hypophyse
Hypophyse besteht aus
- Hypophysenhinterlappen (Neurohypophyse
Teil des Gehirns) und
- Hypophysenvorderlappen (Adenohypophyse) Drüse)
Infundibulum
(Hypophysenstiel)
Hypophyse
Hypothalamus
(Greenstein and Greenstein, Color Atlas of Neuroscience)
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Direkte Kontrolle:
Neuroendokrine Motoneurone aus Kernen des Hypothalamus
projezieren zur Neurohypophyse
Hypothalamo-hypophysäres System
Adeno-
hypophyse Neuro-
hypophyse
Hypothalamus
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Keine direkte Blutversorgung der
Adenohyphyse über Arterien
Lokale Blutversorgung über
Portalgefäße durch das
Infundibulum
Adeno-
hypophyse
Neuro-
hypophyse
Hypothalamus
Portal-
gefäße
Indirekte Kontrolle:
Neurohormone – Liberine und Statine (aus dem Hypothalamus, die
die Sekretion von Adenohypophysenhormonen regulieren)
Tuberoinfundibiläres System
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Beispiel für die Arbeit des Systems:
Sogenannte „Drive states“ (Triebhandlungen)
„Drive states“: Charakterisiert durch Anspannung und Unbehaglichkeit als
Folge eines physiologischen Bedürfnisses gefolgt von einem Gefühl der
Erleichterung nach dessen Befriedigung
Beispiele: Hunger, Durst, sexuelles Verhalten etc.
Noradrenalin („norepinephrin“): stimuliert Nahrungsaufnahme, mehr
Kohlenhydrate als Fett
Galanin: fördert selektiv die Nahrungsaufnahme von Fett
Opiate: erhöhen den Energieverbrauch
Wichtige Rolle des Hypothalamus: z.B. haben viele Neurotransmitter einen
starken Einfluß auf das Eßverhalten, wenn sie in den Hypothalamus
injeziert werden.
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Normale Mäuse fettleibige
Mäuse
Leptin
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(D.E. Cummings and M.W. Schwartz (2003) Genetics and
Pathophysiology of Human Obesity. Annu. Rev. Med. 54:453-471)
Rolle von Leptin bei der Regulation anaboler und kataboler Prozesse
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Wirkungsmechanismus von Leptin: anabole Regulation
Adipozyten
Leptin
NPY
Blutkreislauf Leptin
Blut-Hirn-
Schranke
Hypophyse - Erhöhung des Appetits
- Erniedrigung der metabolischen Rate
Hypothalamische
Nervenzelle
N. arcuatus
Hypothalamische
Nervenzelle
db
Primäres Neuron: anabol
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Wirkungsmechanismus von Leptin: katabole Regulation
Adipozyten
Leptin
N. arcuatus
Hypothalamische
Nervenzelle
db
Blutkreislauf Leptin
Blut-Hirn-
Schranke
aMSH
Hypophyse - Verringerung des Appetits
- Erhöhung der metabolischen Rate
Hypothalamische
Nervenzelle
Primäres Neuron: katabol
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(D.E. Cummings and M.W. Schwartz
(2003) Genetics and Pathophysiology of
Human Obesity. Annu. Rev. Med.
54:453-471)
Wirkungsmechanismus von Leptin: Komplexe Regulation
sekundärer Neurone
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Ghrelin:
- synthetisiert durch Magenzellen
- Infusion stimuliert Nahrungsmittelaufnahme und Fettleibigkeit in Nagern
- Ghrelin verursacht Hochregulation von NPY im N. arcuatus
Weitere Faktoren?
GSSFLSPEHQRVQQRKESKKPPAKLQPR
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Wirkungsmechanismus von Leptin und Ghrelin bei der anabolen Regulation
Adipozyten
Leptin
NPY
N. arcuatus
Hypothalamische
Nervenzelle
db
Blutkreislauf Leptin
Blut-Hirn-
Schranke
- Erhöhung des Appetits
- Erniedrigung der metabolischen
Rate
Hypothalamische
Nervenzelle
GHS-R
Ghrelin Magen