Cholinerge Neurotransmission und Acetylcholin-Physiologie

Die cholinerge Neurotransmission nutzt Acetylcholin als chemischen Botenstoff und ist von zentraler Bedeutung für das autonome Nervensystem. Acetylcholin ist der Transmitter in allen autonomen Ganglien (präganglionär zu postganglionär, beide Abteilungen), an parasympathischen neuroeffektorischen Verbindungen und bei der sympathischen Versorgung der Schweißdrüsen. Es wirkt auf zwei breite Rezeptorklassen, nikotinische und muskarinische, die ihm eine Vielzahl schneller und langsamer Effekte in den Eingeweiden verleihen.

Definition

Cholinerge Neurotransmission ist der Prozess, bei dem Acetylcholin synthetisiert, freigesetzt wird und auf nikotinische und muskarinische Rezeptoren wirkt, um die autonome ganglionäre Übertragung und parasympathische (und ausgewählte sympathische) Effektorantworten zu vermitteln, wobei die Übertragung durch Hydrolyse mittels Acetylcholinesterase beendet wird.

Scope

Dieses Thema behandelt die Synthese, Freisetzung, Rezeptorwirkung und schnelle Beendigung von Acetylcholin im autonomen Nervensystem: wo cholinerge Übertragung stattfindet, die Unterscheidung zwischen nikotinischen (ionotropen) und muskarinischen (metabotropen) Rezeptoren, die von ihnen ausgelösten Signalwege und die Rolle der Acetylcholinesterase bei der Beendigung der Übertragung. Es handelt sich um Referenzphysiologie, nicht um klinische Leitlinien.

Core questions

• Wo im autonomen Nervensystem ist Acetylcholin der Transmitter?
• Wie unterscheiden sich nikotinische und muskarinische Rezeptoren in Mechanismus und Geschwindigkeit?
• Wie wird Acetylcholin synthetisiert und freigesetzt, und wie wird es inaktiviert?
• Wie erzeugt die muskarinische Signalübertragung ihre vielfältigen Effekte auf Herz, Drüsen und glatte Muskulatur?

Key concepts

• Acetylcholin-Synthese (Cholinacetyltransferase) und Wiederaufnahme von Cholin
• Nikotinische Acetylcholinrezeptoren (Liganden-gesteuerte Ionenkanäle)
• Muskarinische Acetylcholinrezeptoren (G-Protein-gekoppelt)
• Ganglionäre (nikotinische) Übertragung in beiden Abteilungen
• Parasympathische neuroeffektorische (muskarinische) Übertragung
• Cholinerge sympathische Innervation der Schweißdrüsen
• Acetylcholinesterase und schnelle Hydrolyse
• Vagale Kontrolle von Herz und Eingeweiden

Key theories

Chemische (humorale) Übertragung

Loewis klassisches Experiment zeigte, dass die Stimulation des Vagus eine diffundierbare Substanz ('Vagusstoff', später als Acetylcholin identifiziert) freisetzte, die ein zweites Herz verlangsamen konnte, was einen entscheidenden Beweis dafür lieferte, dass Nerven mit Effektoren über chemische Botenstoffe und nicht rein elektrische Mittel kommunizieren.

Mechanisms

Acetylcholin wird im Nervenendigung aus Cholin und Acetyl-CoA durch Cholinacetyltransferase synthetisiert, in Vesikeln gespeichert und bei Depolarisation freigesetzt. Es wirkt auf zwei Rezeptorfamilien. Nikotinische Rezeptoren sind Liganden-gesteuerte Kationenkanäle, die eine schnelle exzitatorische Übertragung vermitteln, einschließlich der Übertragung über autonome Ganglien sowohl im sympathischen als auch im parasympathischen Bereich. Muskarinische Rezeptoren sind G-Protein-gekoppelt und vermitteln die langsameren parasympathischen Effekte auf Herz, Drüsen und glatte Muskulatur; zum Beispiel koppeln M2-Rezeptoren im Herzen an Gi, um die Herzfrequenz zu verlangsamen, während andere muskarinische Subtypen an Gq koppeln, um Sekretion oder Kontraktion der glatten Muskulatur zu stimulieren. Der klassische Nachweis, dass die Vagusstimulation einen chemischen Transmitter freisetzt, der das Herz verlangsamt, etablierte diesen humoralen Mechanismus (Loewi, 1921). Die Übertragung wird sehr schnell durch Acetylcholinesterase beendet, die Acetylcholin im synaptischen Spalt hydrolysiert, und das resultierende Cholin wird zur Resynthese wieder aufgenommen (Kandel et al., 2021; Boron & Boulpaep, 2017). Der Vagusnerv, der wichtigste parasympathische Ausstrom des Körpers, ist auch an der neuroimmunen Signalübertragung beteiligt (Bonaz et al., 2016).

Clinical relevance

Die cholinerge Physiologie liegt der vagalen Kontrolle der Herzfrequenz, der Drüsensekretion sowie der gastrointestinalen und Blasenmotilität zugrunde und bildet die konzeptionelle Basis für das Verständnis vieler autonomer Medikamente und Toxine, die auf die cholinerge Übertragung wirken. Dieser Eintrag ist deskriptive Physiologie und keine Grundlage für individuelle Behandlungsentscheidungen.

Evidence & guidelines

Die hier beschriebenen Mechanismen basieren auf Loewis grundlegendem Nachweis der chemischen Übertragung (Loewi, 1921) und auf Standardlehrbüchern der Physiologie und Neurowissenschaften (Kandel et al., 2021; Boron & Boulpaep, 2017), wobei die neuroimmunen Rollen des Vagus von Bonaz et al. (2016) rezensiert wurden. Es handelt sich um Referenzphysiologie und nicht um Gegenstand klinischer Leitlinien.

History

Otto Loewis Froschherz-Experiment von 1921 lieferte den ersten direkten Beweis für die chemische Neurotransmission, indem es zeigte, dass die Vagusstimulation eine Substanz freisetzte, die ein zweites Herz verlangsamte; diese Substanz wurde später als Acetylcholin identifiziert (Loewi, 1921). Henry Dales Arbeit unterschied die nikotinischen und muskarinischen Wirkungen von Acetylcholin und klärte seine Rolle als Transmitter an autonomen Ganglien und parasympathischen Endigungen, wodurch der noch heute verwendete chemische Rahmen etabliert wurde.

Key figures

• Otto Loewi
• Henry Hallett Dale
• John Newport Langley

Seminal works

• loewi-1921

Frequently asked questions

Was ist der Unterschied zwischen nikotinischen und muskarinischen Rezeptoren?

Nikotinische Rezeptoren sind Liganden-gesteuerte Ionenkanäle, die eine schnelle Übertragung vermitteln, einschließlich über autonome Ganglien, während muskarinische Rezeptoren G-Protein-gekoppelte Rezeptoren sind, die langsamere parasympathische Effekte auf Herz, Drüsen und glatte Muskulatur vermitteln.

Warum wirkt Acetylcholin so kurz?

Weil das Enzym Acetylcholinesterase Acetylcholin im synaptischen Spalt sehr schnell hydrolysiert, seine Wirkung fast unmittelbar nach der Freisetzung beendet und Cholin zur Resynthese recycelt.