Adrenalin, auch Adrenalin genannt und gelegentlich Adrenalin geschrieben, fungiert sowohl als Hormon als auch als Medikament und spielt eine Rolle bei der Regulierung viszeraler Funktionen wie der Atmung. In seiner reinen Form manifestiert es sich als weißes mikrokristallines Granulat. Die Nebennieren sind die Hauptproduzenten von Adrenalin, mit einem geringen Beitrag von spezifischen Neuronen in der Medulla oblongata. Diese Substanz ist für die Kampf-oder-Flucht-Reaktion von entscheidender Bedeutung, da sie eine erhöhte Durchblutung der Muskeln, eine erhöhte Herzleistung durch Aktivierung des SA-Knotens, eine Pupillenerweiterung und einen erhöhten Blutzuckerspiegel ermöglicht. Seine physiologischen Wirkungen werden durch die Bindung an alpha- und beta-adrenerge Rezeptoren vermittelt. Adrenalin kommt in einer Vielzahl von Organismen vor, darunter zahlreiche Tierarten, darunter auch Menschen, und sogar bestimmte einzellige Lebewesen. Darüber hinaus wurde es erfolgreich aus der in Nordvietnam beheimateten Pflanzenart Scoparia dulcis isoliert.
Adrenalin, auch bekannt als Epinephrin und alternativ Adrenalin geschrieben, ist ein Hormon und Medikament, das an der Regulierung viszeraler Funktionen (z. B. Atmung) beteiligt ist. Es erscheint als weißes mikrokristallines Granulat. Adrenalin wird normalerweise von den Nebennieren und einer kleinen Anzahl von Neuronen in der Medulla oblongata produziert. Es spielt eine wesentliche Rolle bei der Kampf-oder-Flucht-Reaktion, indem es die Durchblutung der Muskeln, die Herzleistung durch Einwirkung auf den SA-Knoten, die Pupillenerweiterungsreaktion und den Blutzuckerspiegel erhöht. Dies geschieht durch die Bindung an Alpha- und Beta-Rezeptoren. Es kommt bei vielen Tieren, darunter auch Menschen, und einigen einzelligen Organismen vor. Es wurde auch aus der Pflanze Scoparia dulcis isoliert, die in Nordvietnam vorkommt.
Medizinische Verwendungen
Als pharmazeutischer Wirkstoff wird es zur Behandlung verschiedener Erkrankungen verabreicht, insbesondere der Anaphylaxie infolge allergischer Reaktionen, Herzstillstand und oberflächlicher Blutungen. Inhaliertes Adrenalin kann die mit Kruppe verbundenen Symptome lindern. Darüber hinaus dient es als alternative Behandlung von Asthma, wenn herkömmliche Therapien sich als unwirksam erweisen. Zu den Verabreichungswegen gehören intravenöse Infusion, intramuskuläre Injektion, Inhalation oder subkutane Injektion. Zu den häufig beobachteten Nebenwirkungen zählen Zittern, Angstzustände und Schwitzen. Tachykardie und Bluthochdruck sind mögliche kardiovaskuläre Manifestationen. In seltenen Fällen kann es zu Herzrhythmusstörungen kommen. Obwohl das Sicherheitsprofil für die Anwendung während der Schwangerschaft und Stillzeit noch unbestimmt ist, müssen die potenziellen Vorteile für die Mutter sorgfältig geprüft werden.
Die Anwendung einer Adrenalininfusion wurde als Alternative zur etablierten inotropen Therapie für Frühgeborene mit klinischen kardiovaskulären Beeinträchtigungen vorgeschlagen. Während die vorhandenen Daten Adrenalininfusionen eindeutig als praktikable Therapieoption belegen, sind weitere klinische Studien unbedingt erforderlich, um ihre Wirksamkeit bei der Reduzierung der Morbiditäts- und Mortalitätsraten bei Frühgeborenen mit kardiovaskulären Beeinträchtigungen endgültig zu ermitteln.
Epinephrin wird auch bei der Behandlung des Offenwinkelglaukoms eingesetzt, vor allem aufgrund seiner Fähigkeit, den Abfluss von Kammerwasser aus der Augenkammer zu verbessern und dadurch den Augeninnendruck zu senken.
Physiologische Effekte
Das Nebennierenmark trägt erheblich zum gesamten zirkulierenden Katecholaminpool bei und stellt mehr als 90 % des zirkulierenden Adrenalins bereit, obwohl L-DOPA in höheren Plasmakonzentrationen vorhanden ist. In anderen Geweben werden minimale Mengen Adrenalin nachgewiesen, hauptsächlich in verstreuten chromaffinen Zellen und einer begrenzten Population von Neuronen, die Adrenalin als Neurotransmitter nutzen. Nach der Adrenalektomie sinken die Adrenalinspiegel im Blutkreislauf unter die quantifizierbare Nachweisschwelle.
In pharmakologischen Konzentrationen aktiviert Adrenalin die Adrenozeptoren α1, α2, β§45§, β§67§ und β§89§ im sympathischen Nervensystem. Sympathische Nervenrezeptoren werden als adrenerge Rezeptoren kategorisiert, eine Klassifizierung, die sich aus ihrer Reaktivität gegenüber Adrenalin ableitet. Der Begriff „adrenerg“ wird jedoch häufig falsch ausgelegt, da der primäre sympathische Neurotransmitter Noradrenalin und nicht Adrenalin ist, eine Unterscheidung, die 1946 von Ulf von Euler eingeführt wurde. Adrenalin übt einen durch β§1011§-Adrenozeptoren vermittelten Einfluss auf Stoffwechselprozesse und Atemwegsfunktion aus, obwohl kein direkter Nervenweg von den sympathischen Ganglien zu den sympathischen Ganglien vorhanden ist Atemwege.
Walter Bradford Cannon postulierte zunächst die Beteiligung des Nebennierenmarks und des sympathischen Nervensystems an der integrierten Flucht-, Kampf- und Schreckreaktion. Dennoch ist das Nebennierenmark im Gegensatz zur Nebennierenrinde nicht überlebenswichtig. Patienten, die sich einer Adrenalektomie unterzogen haben, zeigen normale hämodynamische und metabolische Reaktionen auf verschiedene Reize, einschließlich Hypoglykämie und körperliche Anstrengung.
Übung
Körperliche Betätigung stellt einen bedeutenden physiologischen Anreiz für die Adrenalinsekretion dar. Dieses Phänomen wurde zunächst durch die Beobachtung der Pupillenerweiterung bei einer denervierten Katze nachgewiesen, die einem Laufbandtraining ausgesetzt war, und anschließend durch biologische Untersuchungen von Urinproben bestätigt. Biochemische Methoden zur Quantifizierung von Plasma-Katecholaminen tauchten ab 1950 in Veröffentlichungen auf. Während umfangreiche, wertvolle Forschungsarbeiten fluorimetrische Tests zur Messung der Gesamt-Katecholaminkonzentration nutzten, erwies sich diese Technik als unzureichend spezifisch und empfindlich für eine präzise Quantifizierung der winzigen Mengen an Adrenalin im Plasma. Das Aufkommen fortschrittlicher Extraktionstechniken und radioenzymatischer Enzym-Isotopen-Derivat-Assays (REA) revolutionierte diese Analyse und erreichte eine Empfindlichkeit von 1 Pikogramm für Adrenalin. Erste REA-Plasmatests ergaben, dass sowohl der Adrenalin- als auch der Gesamtkatecholaminspiegel in den späteren Phasen des Trainings ansteigen, was überwiegend mit dem Einsetzen des anaeroben Stoffwechsels zusammenfällt.
Während körperlicher Anstrengung steigt die Adrenalinkonzentration im Blutkreislauf an, ein Phänomen, das teilweise auf eine erhöhte Sekretion aus dem Nebennierenmark und teilweise auf einen verringerten Adrenalinstoffwechsel infolge einer verringerten Leberdurchblutung zurückzuführen ist. Die Verabreichung von Adrenalininfusionen zur Nachbildung der durch körperliche Betätigung verursachten zirkulierenden Konzentrationen bei ruhenden Personen führt zu vernachlässigbaren hämodynamischen Veränderungen, abgesehen von einer geringfügigen β2-vermittelten Senkung des diastolischen Blutdrucks. Darüber hinaus lindert die Adrenalininfusion im Rahmen physiologischer Parameter effektiv die Hyperreaktivität der menschlichen Atemwege und wirkt der konstriktiven Wirkung von inhaliertem Histamin entgegen.
Der Zusammenhang zwischen dem sympathischen Nervensystem und der Lungenfunktion wurde erstmals 1887 von Grossman nachgewiesen, der beobachtete, dass die Stimulierung der Herzbeschleunigungsnerven die durch Muskarin verursachte Verengung der Atemwege umkehrte. Nachfolgende von Jackson durchgeführte Hundeexperimente, bei denen die sympathische Kette auf Zwerchfellebene durchtrennt wurde, zeigten, dass keine direkte sympathische Innervation zur Lunge vorhanden war. Die Bronchokonstriktion wurde jedoch durch die Freisetzung von Adrenalin aus dem Nebennierenmark wirksam umgekehrt. Bemerkenswert ist, dass bei adrenalektomierten Patienten keine erhöhte Asthmainzidenz auftrat; Personen in dieser Gruppe, die für Asthma prädisponiert sind, erhalten durch ihre Kortikosteroid-Ersatztherapie einen gewissen Schutz vor einer Hyperreaktivität der Atemwege. Bei gesunden Personen führt körperliche Bewegung zu einer fortschreitenden Erweiterung der Atemwege, die mit der Arbeitsbelastung korreliert und von der Betablockade nicht beeinflusst wird. Diese durch körperliche Betätigung verursachte Erweiterung der Atemwege wird durch eine allmähliche Verringerung des Vagustonus im Ruhezustand vermittelt. Umgekehrt führt die Betablockade mit Propranolol bei normalen Probanden zu einer Erholung des Atemwegswiderstands nach dem Training, was das zeitliche Muster der Bronchokonstriktion widerspiegelt, das bei belastungsinduziertem Asthma beobachtet wird. Die Verringerung des Atemwegswiderstands während des Trainings verringert folglich die physiologische Anstrengung, die für die Atmung erforderlich ist.
Emotionale Reaktionen
Jede emotionale Reaktion umfasst unterschiedliche Verhaltens-, autonome und hormonelle Bestandteile. Das hormonelle Element beinhaltet insbesondere die Sekretion von Adrenalin, einer Nebennierenmarkreaktion auf Stress, die durch das sympathische Nervensystem reguliert wird. Angst ist die primäre Emotion, die im Zusammenhang mit Adrenalin ausführlich untersucht wurde. Experimentelle Beweise deuten darauf hin, dass Teilnehmer, denen Adrenalin verabreicht wurde, im Gegensatz zu einer Kontrollgruppe eine höhere Häufigkeit negativer und eine geringere Häufigkeit positiver Gesichtsausdrücke zeigten, wenn sie angstauslösenden Filmen ausgesetzt waren. Diese Personen berichteten auch von einem tieferen Gefühl der Angst vor den Filmen und einer größeren durchschnittlichen Intensität negativer Erinnerungen als ihre Kontrollkollegen. Solche Ergebnisse legen die Existenz erlernter Zusammenhänge zwischen negativen emotionalen Zuständen und dem zirkulierenden Adrenalinspiegel nahe. Im Allgemeinen korrelieren erhöhte Adrenalinkonzentrationen positiv mit einem Erregungszustand, der durch negative Emotionen gekennzeichnet ist. Dieser Zusammenhang kann zum Teil darauf zurückzuführen sein, dass Adrenalin physiologische sympathische Reaktionen wie eine beschleunigte Herzfrequenz und Zittern auslöst, die Menschen auf Angst zurückführen können, unabhängig von der tatsächlichen Intensität der Angst, die durch den visuellen Reiz hervorgerufen wird. Während die Forschung immer wieder einen eindeutigen Zusammenhang zwischen Adrenalin und Angst belegt, wurden für andere Emotionen keine vergleichbaren Ergebnisse beobachtet. Dieselbe Studie fand zum Beispiel keinen gesteigerten Ausdruck von Belustigung als Reaktion auf einen Vergnügungsfilm oder erhöhte Wut als Reaktion auf einen Wutfilm. Eine weitere Bestätigung ergab sich aus einer Studie mit Nagetieren, sowohl solchen, die in der Lage waren, Adrenalin zu produzieren, als auch denen, die nicht in der Lage waren, Adrenalin zu produzieren. Diese Ergebnisse unterstützen insgesamt die Hypothese, dass Adrenalin eine entscheidende Rolle bei der Kodierung emotional erregender Ereignisse spielt und dadurch zu einem erhöhten Erregungsniveau im Zusammenhang mit Angst beiträgt.
Speicher
Untersuchungen deuten darauf hin, dass adrenerge Hormone wie Adrenalin beim Menschen eine retrograde Verbesserung des Langzeitgedächtnisses bewirken können. Endogenes Adrenalin, das bei emotional belastenden Ereignissen ausgeschüttet wird, moduliert die Gedächtniskonsolidierung und stellt so sicher, dass die Gedächtnisstärke mit der wahrgenommenen Bedeutung des Ereignisses korreliert. Darüber hinaus interagiert die Adrenalinaktivität nach dem Lernen mit dem Grad der Erregung, die während der anfänglichen Gedächtniscodierung auftritt. Es gibt auch Hinweise darauf, dass Adrenalin eine besondere Rolle bei der langfristigen Stressanpassung und der Kodierung emotionaler Erinnerungen spielt. Darüber hinaus könnte Adrenalin bei bestimmten pathologischen Zuständen wie einer posttraumatischen Belastungsstörung zu einer erhöhten Erregung und einem erhöhten Angstgedächtnis beitragen. Eine umfassende Beweislage zeigt, dass Adrenalin (EPI) die Gedächtniskonsolidierung für emotional erregende Aufgaben sowohl in Tiermodellen als auch in menschlichen Probanden moduliert. Untersuchungen haben ergeben, dass das Adrenalin-vermittelte Erkennungsgedächtnis auf einem Mechanismus beruht, an dem β-Adrenozeptoren beteiligt sind. Da Adrenalin die Blut-Hirn-Schranke nur schwer durchdringt, werden seine Auswirkungen auf die Gedächtniskonsolidierung zumindest teilweise durch periphere β-Adrenozeptoren vermittelt. Studien zeigen beispielsweise, dass Sotalol, ein β-Adrenozeptor-Antagonist, der die Blut-Hirn-Schranke ebenfalls nicht leicht passiert, die gedächtnissteigernde Wirkung von peripher verabreichtem Adrenalin hemmt. Diese Beobachtungen weisen insgesamt darauf hin, dass β-Adrenozeptoren für den Einfluss von Adrenalin auf die Gedächtniskonsolidierung wesentlich sind.
Pathologie
Eine erhöhte Adrenalinsekretion wird bei Erkrankungen wie Phäochromozytom, Hypoglykämie, Myokardinfarkt und, in geringerem Ausmaß, essentiellem Tremor (auch als gutartiger, familiärer oder idiopathischer Tremor bezeichnet) dokumentiert. Während ein allgemeiner Anstieg der sympathischen Nervenaktivität typischerweise mit einer erhöhten Adrenalinausschüttung korreliert, wird bei Hypoxie und Hypoglykämie eine spezifische Selektivität beobachtet, bei der das Adrenalin-zu-Noradrenalin-Verhältnis deutlich ansteigt. Dies deutet auf ein gewisses Maß an funktioneller Autonomie des Nebennierenmarks im Vergleich zum breiteren sympathischen Nervensystem hin.
Myokardinfarkt ist mit erhöhten zirkulierenden Adrenalin- und Noradrenalinspiegeln verbunden, insbesondere bei kardiogenem Schock.
Benigner familiärer Tremor (BFT), auch als essentieller Tremor bekannt, reagiert auf periphere β-adrenerge Blocker und β2-Stimulation wird als tremorauslösender Faktor erkannt. Personen, bei denen BFT diagnostiziert wurde, weisen erhöhte Plasma-Adrenalinkonzentrationen auf, während die Noradrenalinspiegel unbeeinflusst bleiben.
Reduzierte oder fehlende Adrenalinkonzentrationen können bei autonomer Neuropathie oder nach einer Adrenalektomie beobachtet werden. Eine Funktionsstörung der Nebennierenrinde, beispielhaft dargestellt durch die Addison-Krankheit, kann die Adrenalinsekretion hemmen, da die Aktivität des synthetisierenden Enzyms Phenylethanolamin-N-Methyltransferase auf der hohen Cortisolkonzentration beruht, die von der Rinde zum Mark fließt.
Terminologie
Im Jahr 1901 sicherte sich Jōkichi Takamine ein Patent für einen gereinigten Extrakt aus den Nebennieren, der anschließend in den Vereinigten Staaten von Parke, Davis & Co. Folglich lautet der in Großbritannien zugelassene Name und die Bezeichnung im Europäischen Arzneibuch für dieses Arzneimittel Adrenalin, ein Begriff, der vom lateinischen ad („on“) und rēnālis („der Niere“, abgeleitet von ren, „Niere“) abgeleitet ist.
Dennoch hatte der Pharmakologe John Abel zuvor ein Nebennierenpräparat hergestellt Drüsenextrakt im Jahr 1897, für den er den Namen Epinephrin prägte (abgeleitet vom Altgriechischen ἐπῐ́ (epí), was „auf“ bedeutet, und νεφρός (nephrós), was „Niere“ bedeutet). Da Adrenaline in den Vereinigten Staaten eine eingetragene Marke war und auf der (später umstrittenen) Annahme beruhte, dass Abels Extrakt mit dem von Takamine identisch sei, wurde Epinephrine zur generischen Bezeichnung in den USA. Trotz der häufigen umgangssprachlichen Verwendung von „Adrenalin“ handelt es sich weiterhin um den in den USA angenommenen Namen und den internationalen Freinamen des Arzneimittels.
Diese terminologische Unterscheidung stellt eine der wenigen Abweichungen zwischen den Systemen des Internationalen Freinamens (INN) und des British Approved Name (BAN) dar. Während europäische Gesundheitsexperten und Wissenschaftler überwiegend den Begriff Adrenalin verwenden, bevorzugen ihre amerikanischen Kollegen im Allgemeinen Epinephrin. Trotzdem werden Rezeptoren für diese Verbindung selbst in der amerikanischen Wissenschaftsgemeinschaft durchgängig als adrenerge Rezeptoren oder Adrenozeptoren bezeichnet, und Arzneimittel, die ihre Wirkung nachahmen, werden häufig als Adrenergika bezeichnet. Rao bietet einen umfassenden Überblick über die historische Entwicklung der Adrenalin- und Adrenalin-Terminologie.
Wirkungsmechanismus
Adrenalin, ein Hormon, übt seine Wirkung durch seine Interaktion mit adrenergen Rezeptoren auf fast alle Körpergewebe aus. Die ausgelösten spezifischen physiologischen Reaktionen variieren je nach Gewebetyp und den darin exprimierten spezifischen adrenergen Rezeptor-Isoformen. Beispielsweise induzieren erhöhte Adrenalinkonzentrationen eine Entspannung der glatten Muskulatur in den Atemwegen und lösen gleichzeitig eine Kontraktion der glatten Muskulatur in den meisten Arteriolen aus.
Adrenalin fungiert als nichtselektiver Agonist für alle adrenergen Rezeptoren und umfasst primäre Subtypen wie α1, α2, β§45§, β§67§ und β§89§. Seine Interaktion mit diesen Rezeptoren löst eine Kaskade metabolischer Veränderungen aus. Insbesondere unterdrückt die Aktivierung von α-adrenergen Rezeptoren die Insulinfreisetzung aus der Bauchspeicheldrüse, fördert die Glykogenolyse in Leber- und Muskelgewebe und stimuliert die Glykolyse, während gleichzeitig die Insulin-vermittelte Glykogenese im Muskel gehemmt wird. Umgekehrt stimuliert die Bindung des β-adrenergen Rezeptors die Glucagonsekretion aus der Bauchspeicheldrüse, steigert die Freisetzung des adrenocorticotropen Hormons (ACTH) aus der Hypophyse und verstärkt die Lipolyse im Fettgewebe. Zusammengenommen erhöhen diese Maßnahmen den zirkulierenden Glukose- und Fettsäurespiegel und stellen so wichtige Substrate für die zelluläre Energieerzeugung im gesamten Organismus bereit. Darüber hinaus führt die Aktivierung des β-adrenergen Rezeptors auch zu einer Steigerung der zyklischen AMP-Produktion.
Adrenalin veranlasst Leberzellen, Glukose in den Blutkreislauf freizusetzen, indem es die Glykogenolyse über Alpha- und Beta-adrenerge Rezeptoren stimuliert. Insbesondere löst die Bindung von Adrenalin an β2-Rezeptoren auf Hepatozyten eine Konformationsänderung aus, die den Austausch von GDP gegen GTP durch Gs, ein heterotrimeres G-Protein, erleichtert. Anschließend dissoziiert dieses trimere G-Protein in seine Gs alpha- und Gs beta/gamma-Untereinheiten. Die Gs alpha-Untereinheit aktiviert dann die Adenylylcyclase und katalysiert die Umwandlung von Adenosintriphosphat in zyklisches Adenosinmonophosphat (cAMP). Zyklisches AMP wiederum aktiviert die Proteinkinase A. Proteinkinase A phosphoryliert dann und aktiviert teilweise die Phosphorylasekinase. Gleichzeitig führt die Wechselwirkung von Adrenalin mit den adrenergen α§1011§-Rezeptoren zu einem Anstieg des Inositoltriphosphats, was den Einstrom von Calciumionen in das Zytoplasma fördert. Diese Calciumionen binden an Calmodulin, was zu einer weiteren Aktivierung der Phosphorylasekinase führt. Schließlich phosphoryliert die Phosphorylasekinase die Glykogenphosphorylase und leitet so den Abbau von Glykogen und die anschließende Glukoseproduktion ein.
Adrenalin übt auch erhebliche Auswirkungen auf das Herz-Kreislauf-System aus. Es erhöht den peripheren Widerstand durch α1-Rezeptor-vermittelte Vasokonstriktion und steigert die Herzleistung durch die Aktivierung von β§23§-Rezeptoren. Das physiologische Ziel der Verringerung der peripheren Durchblutung besteht darin, den koronaren und zerebralen Perfusionsdruck zu erhöhen und dadurch einen verbesserten zellulären Sauerstoffaustausch zu ermöglichen. Obwohl Adrenalin den Kreislaufdruck in der Aorta, im Gehirn und in der Halsschlagader erhöht, reduziert es gleichzeitig den Blutfluss in der Halsschlagader und verringert die endexspiratorischen CO§45§ (ETCO§89§)-Werte. Es gibt Hinweise darauf, dass Adrenalin die Mikrozirkulation fördert, möglicherweise auf Kosten der Durchblutung der Kapillarbetten.
Quantifizierung in biologischen Flüssigkeiten
Adrenalin kann für verschiedene Zwecke in Blut, Plasma oder Serum präzise quantifiziert werden, einschließlich der diagnostischen Beurteilung, der Überwachung therapeutischer Interventionen oder der Identifizierung des ätiologischen Erregers bei Verdacht auf Vergiftungen. Bei gesunden, ruhenden Erwachsenen bleiben die endogenen Plasma-Adrenalinkonzentrationen typischerweise unter 10 ng/L; Allerdings können diese Werte bei körperlicher Anstrengung um das Zehnfache und bei akutem Stress um das Fünfzigfache oder mehr ansteigen. Patienten, bei denen ein Phäochromozytom diagnostiziert wurde, weisen häufig Plasma-Adrenalinkonzentrationen im Bereich von 1.000 bis 10.000 ng/l auf. Die parenterale Verabreichung von Adrenalin an Herzpatienten in der Akutversorgung kann zu Plasmakonzentrationen zwischen 10.000 und 100.000 ng/L führen.
Biosynthese
Adrenalin wird chemisch als Katecholamin, eine Art Monoamin, klassifiziert. Seine Synthese erfolgt in den chromaffinen Zellen des Nebennierenmarks und in einer begrenzten Anzahl von Neuronen in der Medulla oblongata des Gehirns. Dieser Prozess beinhaltet einen Stoffwechselweg, der die Aminosäuren Phenylalanin und Tyrosin in eine Folge von Stoffwechselzwischenprodukten umwandelt, die in Adrenalin gipfeln. Der erste, geschwindigkeitsbestimmende Schritt beinhaltet die Oxidation von Tyrosin zu L-DOPA, katalysiert durch Tyrosinhydroxylase. Anschließend decarboxyliert die DOPA-Decarboxylase (auch bekannt als aromatische L-Aminosäure-Decarboxylase) es, um Dopamin zu produzieren. Dopamin wird dann durch die Wirkung von Dopamin-Beta-Hydroxylase, einem Enzym, das Ascorbinsäure (Vitamin C) und Kupfer benötigt, in Noradrenalin umgewandelt. Die letzte Stufe der Adrenalin-Biosynthese beinhaltet die Methylierung der primären Amingruppe von Noradrenalin. Diese Reaktion wird durch das Enzym Phenylethanolamin-N-Methyltransferase (PNMT) erleichtert, das S-Adenosylmethionin (SAMe) als Methyldonor verwendet. Obwohl sich PNMT überwiegend im Zytosol endokriner Zellen des Nebennierenmarks (Chromaffinzellen) befindet, wurde sein Vorkommen in geringeren Konzentrationen auch im Herzen und im Gehirn beobachtet.
Verordnung
Die primären physiologischen Reize für die Adrenalinausschüttung sind verschiedene Stressfaktoren, darunter körperliche Bedrohungen, Erregungszustände, Lärm, intensives Licht und Schwankungen der Umgebungstemperatur. Diese vielfältigen Reize werden alle im Zentralnervensystem verarbeitet.
Sowohl das adrenocorticotrope Hormon (ACTH) als auch das sympathische Nervensystem fördern die Synthese von Adrenalinvorläufern, indem sie die Aktivität von Tyrosinhydroxylase und Dopamin-β-hydroxylase steigern, die entscheidende Enzyme bei der Katecholaminsynthese sind. Darüber hinaus regt ACTH die Nebennierenrinde zur Ausschüttung von Cortisol an, wodurch die PNMT-Expression in chromaffinen Zellen erhöht und somit die Adrenalinsynthese angekurbelt wird. Dieser Prozess erfolgt typischerweise als Reaktion auf Stress. Das sympathische Nervensystem stimuliert die Adrenalinsekretion, indem es über Splanchnikusnerven arbeitet, die auf das Nebennierenmark gerichtet sind. Acetylcholin, das von den präganglionären sympathischen Fasern dieser Nerven abgegeben wird, greift nikotinische Acetylcholinrezeptoren an, was zu einer zellulären Depolarisation und einem anschließenden Einstrom von Kalzium über spannungsgesteuerte Kalziumkanäle führt. Dieser Kalziumeinstrom löst die Exozytose chromaffiner Granula aus, was zur Freisetzung von Adrenalin (und Noradrenalin) in den Blutkreislauf führt. Bevor PNMT im Zytosol auf Noradrenalin einwirken kann, muss es zunächst aus den chromaffinen Zellkörnern transportiert werden. An diesem Transportmechanismus ist wahrscheinlich der Katecholamin-H+-Austauscher VMAT1 beteiligt. VMAT1 erleichtert außerdem die Translokation von neu synthetisiertem Adrenalin aus dem Zytosol zurück in chromaffine Granula und bereitet es so auf die spätere Freisetzung vor.
Im Gegensatz zu zahlreichen anderen Hormonen zeigt Adrenalin wie andere Katecholamine keine negative Rückkopplung, die seine eigene Synthese hemmen würde. Anomale Adrenalinkonzentrationen können sich bei verschiedenen Erkrankungen manifestieren, einschließlich heimlicher Adrenalinverabreichung, Phäochromozytomen und anderen Neoplasien, die von den sympathischen Ganglien ausgehen.
Die physiologische Wirkung von Adrenalin wird durch seine Wiederaufnahme in die Nervenenden, minimale Verdünnung und metabolischen Abbau durch Monoaminoxidase und Catechol-O-Methyltransferase erreicht 3,4-Dihydroxymandelsäure und Metanephrin.
Chemie
Adrenalin, chemisch als 3,4,β-Trihydroxy-N-methylphenethylamin bezeichnet, gehört zur Klasse der substituierten Phenethylamine und Katecholamine. Strukturell stellt es das N-methylierte Analogon von Noradrenalin (Noradrenalin; 3,4,β-Trihydroxyphenethylamin) und das N-methylierte und β-hydroxylierte Analogon von Dopamin (3,4-Dihydroxyphenethylamin) dar. Seine Summenformel lautet C9H13NO§1011§, was auf eine Zusammensetzung aus neun Kohlenstoffatomen, dreizehn Wasserstoffatomen, einem Stickstoffatom und drei Sauerstoffatomen hinweist.
Verlauf
Der polnische Physiologe Napoleon Cybulski isolierte 1895 erstmals Nebennierenextrakte. Diese Extrakte, die er nadnerczyna („Adrenalin“) nannte, umfassten Adrenalin und andere Katecholamine. Vor dem 20. April 1896 erkannte der amerikanische Augenarzt William H. Bates den Nutzen von Adrenalin in Augenoperationen. Im Jahr 1897 entdeckte John Jacob Abel (1857–1938), der als Begründer der modernen Pharmakologie gilt, eine natürlich vorkommende Substanz aus den Nebennieren, die er Adrenalin nannte. Diese als erstes Hormon identifizierte Substanz dient weiterhin als wichtige Primärbehandlung bei Herzstillstand, schweren allergischen Reaktionen und verschiedenen anderen Erkrankungen. Jokichi Takamine gelang es 1901, das Hormon aus den Nebennieren von Schafen und Ochsen zu isolieren und zu reinigen. Anschließend gelang Friedrich Stolz und Henry Drysdale Dakin 1904 unabhängig voneinander die Laborsynthese von Adrenalin.
Während Sekretin oft als die erste Entdeckung des Hormons bezeichnet wird, hat Adrenalin aufgrund der Beobachtung der Wirkung von Nebennierenextrakt auf den Blutdruck im Jahr 1895, also vor der Entdeckung von Sekretin im Jahr 1902, Vorrang. Im Jahr 1895 stellten George Oliver (1841–1915), ein praktischer Arzt aus North Yorkshire, und Edward Albert Schäfer (1850–1935), ein Physiologe am University College London, Co-Autor einer Veröffentlichung, in der detailliert beschrieben wird, dass die aktive Komponente im Nebennierenextrakt, die für die Erhöhung des Blutdrucks und der Herzfrequenz verantwortlich ist, aus dem Nebennierenmark und nicht aus der Rinde stammt. Anschließend identifizierte John Jacob Abel (1857–1938) von der Johns Hopkins University, der die erste Abteilung für Pharmakologie in den Vereinigten Staaten gründete, 1897 eine Verbindung namens Adrenalin, die durch die Summenformel C17H15NO4 gekennzeichnet ist. Abel behauptete, dass sein isolierter Wirkstoff aus dem Nebennierenextrakt biologische Aktivität aufwies.
Im Jahr 1900 gelang es dem japanischen Chemiker Jōkichi Takamine (1854–1922) in Zusammenarbeit mit seinem Assistenten Keizo Uenaka (1876–1960), erfolgreich einen Wirkstoff aus der Nebenniere zu reinigen, der 2000-mal wirksamer als Adrenalin war. Diese Substanz mit dem Namen Adrenalin besaß die Summenformel C10H15NO§45§. Gleichzeitig im Jahr 1900 reinigte auch Thomas Aldrich vom Parke-Davis Scientific Laboratory unabhängig Adrenalin. Bis 1901 sicherten sich sowohl Takamine als auch Parke-Davis Patente für Adrenalin. Der terminologische Streit zwischen „Adrenalin“ und „Epinephrin“ hielt an, bis Hermann Pauly (1870–1950) 1903 die Struktur von Adrenalin aufklärte und dem deutschen Chemiker Friedrich Stolz (1860–1936) 1904 seine Synthese gelang. Sowohl Pauly als auch Stolz kamen zu dem Schluss, dass Takamins Verbindung das aktive Prinzip darstellte, während Abels Verbindung inaktiv war. Stolz‘ Adrenalin-Synthese entstand aus seinem Keton-Vorläufer Adrenalin.
Gesellschaft und Kultur
Das Adrenalin-Junkie-Phänomen
Eine Person, die als Adrenalin-Junkie bezeichnet wird, zeigt ein „zwanghaftes Verlangen nach extremer Erregung“. Diese Veranlagung manifestiert sich durch die Ausübung von Aktivitäten wie extremen und gefährlichen Sportarten, Drogenmissbrauch, ungeschützten sexuellen Begegnungen und kriminellem Verhalten. Die Bezeichnung wird mit erhöhten zirkulierenden Adrenalinspiegeln in Verbindung gebracht, die bei physiologischem Stress beobachtet werden. Dieser Anstieg der zirkulierenden Adrenalinkonzentration ist ein schneller Sekundäreffekt der Aktivierung des sympathischen Nervs, der das Nebennierenmark innerviert, und fehlt bei adrenalektomierten Tieren. Während Stress die Ausschüttung von Adrenalin auslöst, aktiviert er gleichzeitig zahlreiche andere Reaktionen innerhalb des Belohnungssystems des Zentralnervensystems, das in erster Linie Verhaltensreaktionen antreibt; Daher kann das Vorhandensein von zirkulierendem Adrenalin das Verhalten nicht direkt beeinflussen. Nichtsdestotrotz steigert die Adrenalininfusion unabhängig die Aufmerksamkeit und spielt eine Rolle bei den Gehirnfunktionen, einschließlich der Potenzierung der Gedächtniskonsolidierung.
Außergewöhnliche Stärke
Adrenalin wird häufig mit Fällen außergewöhnlicher Kraft in Verbindung gebracht, insbesondere in kritischen Situationen. Anekdotische Berichte, etwa über einen Elternteil, der ein Fahrzeug anhebt, um ein gefangenes Kind zu befreien, veranschaulichen die Fähigkeit des Körpers, unter Zwang durchzuhalten, und unterstreichen den tiefgreifenden Einfluss von Adrenalin auf die Förderung außergewöhnlicher körperlicher Fähigkeiten.
Noradrenalin
- Noradrenalin
- Katecholamine
- Nebenniere
- Kampf-oder-Flucht-Reaktion
Referenzen
- Medien zum Thema Adrenalin bei Wikimedia Commons
- "U.S. National Library of Medicine: Drug Information Portal – Adrenalin". Archiviert vom Original am 14. Dezember 2019.Quelle: TORIma Akademie Archive