Die 
zentralnervöse Kontrolle der Atmung.  J.-M. Ramirez, Chicago 
Prinzipien der neuronalen Kontrolle von rhythmischer Aktivität Untersuchungen 
in einer Vielzahl von motorischen Systemen haben gezeigt, daß motorische  
Muster zentralnervös von sogenannten zentralen Rhythmusgeneratoren erzeugt 
werden192. Es  handelt sich dabei um neuronale Netzwerke die aufgrund ihrer 
zellulären und synaptischen  Eigenschaften in der Lage sind eine Rhythmizität 
sozusagen "autonom" zu erzeugen.  So hat man zeigen können, daß 
zentralnervöse Netzwerke verantwortlich sind für die Erzeugung  
von Atmung, von Schluck und Kaubewegungen sowie von Laufbewegungen. Auch Hand- 
und  Augenbewegungen werden von zentralnervösen Netzwerken erzeugt. 
Diese zentralen Netzwerke  interagieren mit Propriozeptoren die sich im peripheren 
Nervensystem befinden. Die  Propriozeptoren vermitteln an das zentrale Netzwerk 
genaue Informationen über die Stellung  von Gelenken oder die Kraft 
und Geschwindigkeit mit der bestimmte Muskeln oder Sehnen vom  ZNS angesteuert 
werden. Aufgrund dieser Rückkopplung sind diese Propriozeptoren an der  
Erzeugung motorischer Aktivität beteiligt und beeinflussen  – die Frequenz 
und Aufrechterhaltung von rhythmischer Aktivität,  – das Umschalten 
zwischen verschiedenen motorischen Phasen,  – den Zeitpunkt mit der eine 
neue Phase initiiert wird und  – die Form und Stärke einer motorischen 
Bewegung192.  Zusätzlich zu diesen propriozeptiven Interaktionen werden 
neuronale Netzwerke auch von  endogen ausgeschütteten Neuromodulatoren 
beeinflusst. Diese Substanzen, vor allem Amine  und Peptide, können 
langanhaltende Änderungen in motorischer Aktivität bewirken. Sie können  
Modulatoren z.B. die Netzwerkkonfiguration ändern oder die Grundeinstellung 
und Verstärkung  von propriozeptiven Eingängen beeinflussen193. 
Die Auschüttung von Neuromodulatoren ist ein  adaptiver Mechanismus 
um Netzwerkaktivität z.B. an neue Umwelt- oder  Verhaltensbedingungen 
anzupassen.  Ein gutes Verständnis dieser neuronalen Mechanismen ist 
eine wichtige Voraussetzung, um  pathologische Änderungen motorischer 
Aktivität zu verstehen. So ist es z.B. wichtig,  daßpropriozeptive 
Regelkreise an das Körpergewicht angepaßt werden. Falls dies nicht 
der Fall  ist, könnte es zu lang anhaltenden Haltungsänderungen 
kommen, vor allem dann, wenn der  Sollwert oder Verstärkung in einem 
motorischen Systems verstellt ist. Im Folgenden werden adaptive Mechanismen diskutiert, 
die eine wichtige Rolle bei der  Atmungsregulation spielen, vor allem solche, 
die das Atemsystem an Hypoxie anpassen. Ein  Verständnis dieser adaptiven 
Mechanismen ist von großem klinischem Interesse, um die  Ursachen des 
plötzlichen Kindstodes (SIDS) zu verstehen. Nach wie vor ist es unklar, warum  
SIDS-Babies vor allem in der Bauchlage aufhören zu atmen oder warum SIDS-Babies 
bei einem  einsetzenden Atemstillstand und der damit verbundenen Hypoxie 
nicht mit gesteigerter Atmung  oder Schnappatmung reagieren.  In meinem 
Labor untersuchen wir daher seit mehreren Jahren die Fragen: – Wie und wo wird 
die Atmung zentralnervös erzeugt (oder wo befindet sich der zentrale  
Rhythmusgenerator für die Atmung)? – Wie reagiert das Atemsystem auf Sauerstoffmangel 
(Hypoxie) und welche neuralen  Mechanismen führen zum Atemstillstand 
?  – Wie ändert sich die Hypoxieantwort während der postnatalen 
Entwicklung? Eine besonders  wichtige Frage, da bekannt ist, daß SIDS 
nur zu einer bestimmten postnatalen  Entwicklungstufe auftritt. Es ist erst 
seit sehr kurzer Zeit möglich, Einblicke in die Mechanismen der zentralnervösen  
Atmungskontrolle und deren entwicklungsbedingten Änderungen zu erhalten. 
Die erstaunliche  Zugänglichkeit des Atemssystems für moderne in 
vitro Techniken ermöglicht eine detaillierte  Charakterisierung der 
zellulären Grundlagen, die zum Atemstillstand führen. Es besteht daher  
große Hoffnung, schon bald klären zu können, warum das kardio-respiratorische 
System in  einer bestimmten Entwicklungsstufe so empfindlich auf periphere 
Risikofaktoren reagiert. Dies  wäre ein wichtiger Schritt, um ein erhöhtes 
Risiko für den plötzlichen Kindstod frühzeitig  vorherzusagen. 
Ausblick Unsere Untersuchungen haben gezeigt, daß die modernen in vitro 
Ansätze wichtige Hinweise  auf die zellulären Grundlagen der Hypoxieantwort 
geben können. Einige der oben genannten  Überlegungen sind noch 
hypothetisch. Doch haben viele dieser Hypothesen klinisch relevante  Fragen 
aufgeworfen, die hilfreich sein werden bei der Suche nach den Ursachen des plötzlichen  
Kindstods. Wir sind sehr zuversichtlich, daß mit Hilfe der in vitro Präparation 
in der nahen  Zukunft weitere interessante Einblicke in die Physiologie und 
Pathophysiologie der  Atemregulation erhalten werden. Diese Einblicke werden 
eine wichtige Grundlage darstellen für  die rationale Behandlung bzw. 
Prävention von entwicklungsbedingten, pathologischen Störung  in 
der Atemregulation. J.M. Ramirez    Antwort des Atemzentrums auf 
Sauerstoffmangel   2

 
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