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Struktur und Funktion

Sympathisches Nervensystem

Sympathische Neuronen haben Zellkörper, die in den intermediolateralen Säulen oder Seitenhörnern des Rückenmarks liegen. Die präsynaptischen Fasern verlassen das Rückenmark über die anterioren Wurzeln und treten in die vorderen Rami der Spinalnerven T1-L2 und über die weißen Rami communicantes in die sympathischen Stämme ein. Von hier aus können die Fasern den Sympathikusstamm zu einem superioren bzw. inferioren paravertebralen Ganglion auf- oder absteigen, über graue Rami communicantes zu benachbarten vorderen Spinalnervenrami gelangen oder den Stamm ohne Synapsenbildung durchqueren und über einen abdominopelvinen splanchnischen Nerv zu prävertebralen Ganglien weiterziehen. Aufgrund der zentralen Lage der sympathischen Ganglien sind die präsynaptischen Fasern in der Regel kürzer als ihre postsynaptischen Gegenstücke.

Paravertebrale Ganglien gibt es als Knötchen im gesamten sympathischen Truncus, angrenzend an die Wirbelsäule, wo prä- und postganglionäre Neuronen synapsen. Die Anzahl der Ganglien kann zwar von Person zu Person variieren, doch im Allgemeinen gibt es drei zervikale, 12 thorakale, vier lumbale und fünf sakrale Ganglien. Von diesen haben nur die zervikalen Ganglien die Bezeichnungen superior, middle und inferior cervical ganglia. Das Ganglion cervicalis inferior kann mit dem ersten thorakalen Ganglion zum Ganglion stellatum verschmelzen.

Alle Nerven distal der paravertebralen Ganglien sind splanchnische Nerven. Diese vermitteln afferente und efferente Fasern zwischen dem ZNS und den Eingeweiden. Kardiopulmonale splanchnische Nerven führen die postsynaptischen Fasern, die für die Brusthöhle bestimmt sind.

Nerven, die die abdominalen und pelvinen Eingeweide innervieren, passieren die paravertebralen Ganglien ohne Synapsenbildung und werden zu abdominopelvinen splanchnischen Nerven. Zu diesen Nerven gehören der Nervus splanchnicus major, der Nervus lesser, der Nervus least und der Nervus lumbalis. Die präsynaptischen Nerven synaptieren schließlich in prävertebralen Ganglien, die sich näher an ihrem Zielorgan befinden. Prävertebrale Ganglien sind Teil der Nervengeflechte, die die Äste der Aorta umgeben. Dazu gehören das Zöliakalganglion, das Aorticorenalganglion sowie das Ganglion mesentericum superior und inferior. Das Zöliakalganglion erhält Input vom Nervus splanchnicus major, das Aorticorenalganglion vom Nervus splanchnicus minor und vom Nervus splanchnicus least, und das Mesenterialganglion superior und inferior vom Nervus splanchnicus least und lumbal. Das Ganglion celiacum innerviert die vom Vorderdarm abgeleiteten Organe: distaler Ösophagus, Magen, proximaler Zwölffingerdarm, Pankreas, Leber, Gallensystem, Milz und Nebennieren. Das Ganglion mesentericum superior innerviert die Ableger des Mitteldarms: distaler Zwölffingerdarm, Jejunum, Ileum, Zökum, Blinddarm, aufsteigender Dickdarm und proximaler Querkolon. Das Ganglion mesentericum inferior schließlich sorgt für die sympathische Innervation der aus dem Hinterdarm hervorgegangenen Strukturen: distales Colon transversum, Colon descendens und Colon sigmoideum, Rektum und oberer Analkanal sowie Blase, äußere Genitalien und Keimdrüsen. Weitere Informationen finden Sie in dem entsprechenden StatPearls-Artikel unter diesem Verweis.

Die allgemeine Regel der zwei Neuronen für SNS- und PNS-Schaltkreise hat einige bemerkenswerte Ausnahmen. Sympathische und parasympathische postganglionäre Neuronen, die mit dem ENS synapsen, sind funktionell Teil einer Kette von drei oder mehr Neuronen. Die präsynaptischen sympathischen Fasern, die für das Nebennierenmark bestimmt sind, passieren die Zöliakalganglien und synaptieren direkt auf Chromaffinzellen. Diese einzigartigen Zellen fungieren als postganglionäre Fasern, die Epinephrin direkt in das venöse System absondern.

Postganglionäre sympathische Neuronen setzen NE frei, das auf adrenerge Rezeptoren im Zielgewebe wirkt. Der Subtyp des Rezeptors, Alpha-1, Alpha-2, Beta-1, Beta-2 oder Beta-3, und die Gewebe, in denen sie exprimiert werden, beeinflussen die Affinität von NE für den Rezeptor. Weitere Informationen finden Sie in den StatPearls-Artikeln über adrenerge Rezeptoren unter den folgenden Verweisen.

Wie bereits erwähnt, ermöglicht das SNS dem Körper, Stressoren durch die „Kampf-oder-Flucht“-Reaktion zu bewältigen. Diese Reaktion reguliert vor allem die Blutgefäße. Die Gefäße werden tonisch innerviert, und in den meisten Fällen führt ein Anstieg der sympathischen Signale zu einer Vasokonstriktion und dem Gegenteil einer Vasodilatation. Ausnahmen bilden die Herzkranzgefäße und die Gefäße, die die Skelettmuskulatur und die äußeren Genitalien versorgen, bei denen die entgegengesetzte Reaktion auftritt. Diese gegensätzliche Wirkung wird durch das Gleichgewicht der Aktivität von Alpha- und Betarezeptoren vermittelt. Im physiologischen Zustand erhöht die Stimulation der Betarezeptoren die Dilatation der Koronargefäße, doch wird dieser Effekt durch die Alpha-Rezeptor-vermittelte Vasokonstriktion abgeschwächt. In einem pathologischen Zustand, wie z. B. bei der koronaren Herzkrankheit, ist die Aktivität der Alpha-Rezeptoren verstärkt, und die Beta-Aktivität wird gedämpft. So können sich die Koronararterien durch eine sympathische Stimulation verengen. Die Aktivierung des Sympathikus erhöht die Herzfrequenz und die kontraktile Kraft, was jedoch den Stoffwechselbedarf erhöht und somit die Herzfunktion bei geschwächten Personen beeinträchtigt.

Das SNS ist ständig aktiv, auch in nicht stressigen Situationen. Neben der bereits erwähnten tonischen Stimulation der Blutgefäße ist das SNS auch während des normalen Atemzyklus aktiv. Die Aktivierung des Sympathikus ergänzt das PNS, indem er während der Inspiration die Atemwege erweitert und so einen angemessenen Lufteinstrom ermöglicht.

Darüber hinaus reguliert das SNS die Immunität durch die Innervation von Immunorganen wie Milz, Thymus und Lymphknoten. Dieser Einfluss kann Entzündungen hoch- oder herunterregulieren. Zellen des adaptiven Immunsystems exprimieren in erster Linie Beta-2-Rezeptoren, während die Zellen des angeborenen Immunsystems diese sowie Alpha-1- und Alpha-2-Adrenorezeptoren exprimieren. Makrophagen werden durch eine Alpha-2-Stimulation aktiviert und durch eine Aktivierung des adrenergen Beta-2-Rezeptors unterdrückt.

Die meisten postganglionären sympathischen Neuronen sind noradrenerge Neuronen und setzen auch ein oder mehrere Peptide wie Neuropeptid Y oder Somatostatin frei. NE/Neuropeptid-Y-Neuronen innervieren die Blutgefäße des Herzens und regulieren so den Blutfluss, während NE/Somatostatin-Neuronen der zöliakalen und oberen mesenterialen Ganglien die submukösen Ganglien des Darms versorgen und an der Kontrolle der gastrointestinalen Motilität beteiligt sind. Man geht davon aus, dass diese Peptide dazu dienen, die Reaktion des postsynaptischen Neurons auf den primären Neurotransmitter zu modulieren.

Peptide sind auch mit cholinergen sympathischen postganglionären Neuronen verbunden. Diese Neuronen sind am häufigsten in Schweißdrüsen und präkapillaren Widerstandsgefäßen im Skelettmuskel zu finden und produzieren neben ACh auch vasoaktives intestinales Polypeptid. Calcitonin Gene-Related Peptide, ein potenter Vasodilatator, wurde ebenfalls in paravertebralen sympathischen Neuronen entdeckt.

Parasympathisches Nervensystem

Parasympathische Fasern verlassen das ZNS über die Hirnnerven (CN) III, VII, IX und X sowie über die Nervenwurzeln S2-4. Es gibt vier Paare von parasympathischen Ganglien, die sich alle im Kopf befinden. CN III innerviert über das Ganglion ciliare die Iris und die Ziliarmuskeln des Auges. CN VII innerviert über das Pterygopalatine-Ganglion die Tränen-, Nasen-, Gaumen- und Rachendrüsen sowie über das Submandibularganglion die Sublingual- und Submandibulardrüsen. Das CN IX innerviert die Ohrspeicheldrüsen über das Ganglion oticum. Jede zweite präsynaptische parasympathische Faser synaptiert in einem Ganglion in der Nähe oder an der Wand des Zielgewebes; dies führt dazu, dass die präsynaptischen Fasern deutlich länger sind als die postsynaptischen. Die Lage dieser Ganglien gibt dem PNS seinen Namen: „para-“ bedeutet angrenzend an, daher „parasympathisch“.

Der Nervus vagus, CN X, macht etwa 75 % des PNS aus und liefert parasympathischen Input für die meisten thorakalen und abdominalen Eingeweide, wobei die sakralen parasympathischen Fasern den absteigenden und sigmoiden Dickdarm und das Rektum innervieren. Der Nervus vagus hat vier Zellkörper in der Medulla oblongata. Dazu gehören die folgenden:

• Dorsaler Nucleus: liefert parasympathischen Output zu den Eingeweiden
• Nucleus ambiguus: produziert motorische Fasern und präganglionäre Neuronen, die das Herz innervieren
• Nucleus solitarius: empfängt Afferenzen der Geschmacksempfindung und die der Eingeweide, und schließlich
• Spinaler Trigeminuskern: empfängt Berührungs-, Schmerz- und Temperaturinformationen des Außenohrs, der Kehlkopfschleimhaut und eines Teils der Dura

Darüber hinaus leitet der Nervus vagus sensorische Informationen von Barorezeptoren des Carotissinus und des Aortenbogens zum Rückenmark.

Wie in der Einleitung erwähnt, ist der Vagusnerv für die „Ruhe- und Verdauungsprozesse“ verantwortlich. Der Vagusnerv fördert die Entspannung des Herzens in mehreren Funktionsbereichen. Er vermindert die Kontraktilität in den Vorhöfen und in geringerem Maße in den Herzkammern. In erster Linie verringert er die Erregungsleitgeschwindigkeit im Atrioventrikularknoten. Über diesen Mechanismus wirkt die Karotissinusmassage zur Begrenzung des Wiedereintritts beim Wolff-Parkinson-White-Syndrom. Die andere Schlüsselfunktion des PNS ist die Verdauung. Parasympathische Fasern zum Kopf fördern den Speichelfluss, während diejenigen, die mit dem ENS synapsen, zu einer erhöhten peristaltischen und sekretorischen Aktivität führen. Der Vagusnerv hat auch einen bedeutenden Einfluss auf den Atmungszyklus. In einem nichtpathologischen Zustand feuern die parasympathischen Nerven während der Ausatmung, wodurch sich die Atemwege zusammenziehen und versteifen, um einen Kollaps zu verhindern. Diese Funktion hat dazu geführt, dass das PNS bei der Entstehung des postoperativen akuten Atemnotsyndroms eine Rolle spielt.

Aufgrund der expansiven Natur des Vagusnervs wurde er als ideales „Frühwarnsystem“ für fremde Eindringlinge sowie für die Überwachung der Genesung des Körpers beschrieben. Bis zu 80 % der vagalen Fasern sind sensorisch und innervieren fast alle wichtigen Organe. Es wurde festgestellt, dass parasympathische Ganglien Rezeptoren für Interleukin-1 exprimieren, ein wichtiges Zytokin bei der entzündlichen Immunantwort. Dies wiederum aktiviert die Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-Achse und das SNS, was zur Freisetzung von Glukokortikoiden bzw. NE führt. Studien haben gezeigt, dass die Hemmung der vagalen Wirkung durch Vagotomie und cholinerge Hemmstoffe mit einer signifikanten Verringerung, wenn nicht gar Beseitigung allergischer, asthmatischer und entzündlicher Reaktionen einhergeht.

Postganglionäre parasympathische Neuronen setzen ACh frei, das auf muskarinische und nikotinische Rezeptoren wirkt, die jeweils über verschiedene Untereinheiten verfügen: M1, M2 und M3 sowie N1 und N2, wobei „M“ und „N“ für Muskarin bzw. Nikotin stehen. Die postganglionären ACh-Rezeptoren und die Rezeptoren im Nebennierenmark sind vom N-Typ, während die parasympathischen Effektoren und die Schweißdrüsen vom M-Typ sind. Wie in den sympathischen Neuronen werden auch in den parasympathischen Neuronen verschiedene Peptide wie das vasoaktive intestinale Peptid (VIP), das Neuropeptid Y (NPY) und das Calcitonin-Gen-verwandte Peptid (CGRP) exprimiert und von diesen freigesetzt. Weitere Informationen finden Sie im StatPearls-Artikel über cholinerge Rezeptoren, hier.

Enterisches Nervensystem (ENS)

Das ENS besteht aus zwei ganglionierten Plexus: dem myenterischen (Auerbach) und dem submukösen (Meissner). Der myenterische Plexus sitzt zwischen der längsgerichteten und der zirkulären glatten Muskulatur des Magen-Darm-Trakts, während der submuköse Plexus in der Submukosa liegt. Das ENS ist in sich geschlossen und funktioniert durch lokale Reflexaktivität, erhält jedoch häufig Input vom SNS und PNS und gibt diesen Feedback. Das ENS kann Input von postganglionären sympathischen Neuronen oder von präganglionären parasympathischen Neuronen erhalten.

Der Plexus submucosus steuert die Bewegung von Wasser und Elektrolyten durch die Darmwand, während der Plexus myentericus die Kontraktilität der zirkulären und longitudinalen Muskelzellen des Darms koordiniert, um die Peristaltik zu erzeugen.

Motilität wird im ENS durch einen Reflexkreislauf erzeugt, an dem die zirkulären und longitudinalen Muskeln beteiligt sind. Nikotinsynapsen zwischen Interneuronen vermitteln die Reflexschaltungen. Wenn der Kreislauf durch die Anwesenheit eines Bolus aktiviert wird, feuern erregende Neuronen im Ringmuskel und hemmende Neuronen im Längsmuskel, wodurch ein schmaler Darmabschnitt proximal des Bolus entsteht; dieser wird als treibendes Segment bezeichnet. Gleichzeitig feuern erregende Neuronen im Längsmuskel und hemmende Neuronen im Ringmuskel, wodurch das „aufnehmende Segment“ des Darms entsteht, in dem sich der Bolus fortsetzen wird. Dieser Vorgang wiederholt sich mit jedem nachfolgenden Darmabschnitt.

Das ENS weist mehrere Ähnlichkeiten mit dem ZNS auf. Wie im ZNS können enterische Neuronen bipolar, pseudounipolar und multipolar sein, zwischen denen eine Neuromodulation über erregende und hemmende Kommunikation stattfindet. Ebenso verwenden ENS-Neuronen über 30 Neurotransmitter, die denen des ZNS ähnlich sind, wobei cholinerge und nitrerge Transmitter am häufigsten vorkommen.

Während sich ein Großteil dieser Diskussion auf die efferenten Funktionen des ANS konzentriert hat, sind die afferenten Fasern für zahlreiche Reflexaktivitäten verantwortlich, die alles von der Herzfrequenz bis zum Immunsystem regulieren. Die Rückmeldungen des ANS werden in der Regel auf einer unbewussten Ebene verarbeitet, um Reflexe in den viszeralen oder somatischen Bereichen des Körpers auszulösen. Das bewusste Empfinden der Eingeweide wird oft als diffuser Schmerz oder als Krämpfe interpretiert, die mit Hunger, Sättigung oder Übelkeit korrelieren können. Diese Empfindungen entstehen am häufigsten durch plötzliche Dehnungen/Kontraktionen, chemische Reizstoffe oder pathologische Zustände wie Ischämie.