Serotonin im Serum

Referenzwerte (Norm) für die Serotoninkonzentration im Blutserum bei Erwachsenen betragen 0,22–2,05 μmol/l (40–80 μg/l); im Vollblut 0,28–1,14 μmol/l (50–200 ng/ml).

Serotonin (Oxytryptamin) ist ein biogenes Amin, das hauptsächlich in Blutplättchen vorkommt. Zu jedem Zeitpunkt zirkulieren bis zu 10 mg Serotonin im Körper. 80 bis 95 % der gesamten Serotoninmenge im Körper werden in den enterochromaffinen Zellen des Gastrointestinaltrakts synthetisiert und gespeichert. Serotonin entsteht durch Decarboxylierung aus Tryptophan. In den enterochromaffinen Zellen des Gastrointestinaltrakts wird der größte Teil des Serotonins von Blutplättchen adsorbiert und gelangt in den Blutkreislauf. Dieses Amin kommt in großen Mengen in mehreren Teilen des Gehirns vor, es ist in großen Mengen in Mastzellen der Haut enthalten und kommt in vielen inneren Organen vor, darunter in verschiedenen endokrinen Drüsen.

Serotonin bewirkt die Thrombozytenaggregation und die Polymerisation von Fibrinmolekülen; bei Thrombozytopenie kann es die Retraktion von Blutgerinnseln normalisieren. Es hat eine stimulierende Wirkung auf die glatte Muskulatur der Blutgefäße, Bronchiolen und des Darms. Durch die Stimulierung der glatten Muskulatur verengt Serotonin die Bronchiolen, was eine gesteigerte Darmperistaltik bewirkt, und führt durch die Vasokonstriktion des Nierengefäßsystems zu einer verminderten Diurese. Serotoninmangel liegt einem funktionellen Darmverschluss zugrunde. Serotonin im Gehirn hat eine dämpfende Wirkung auf die Funktion des Fortpflanzungssystems, an dem die Zirbeldrüse beteiligt ist.

Der am besten erforschte Weg des Serotoninstoffwechsels ist seine Umwandlung in 5-Hydroxyindolessigsäure durch Monoaminooxidase. Über diesen Weg werden 20–52 % des Serotonins im menschlichen Körper verstoffwechselt.

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Krankheiten und Zustände, bei denen sich die Serotoninkonzentration im Blutserum verändert

Serotonin ist erhöht

• Metastasen eines Abdominalkarzinoms.
• Medulläres Schilddrüsenkarzinom.
• Dumping-Syndrom.
• Akuter Darmverschluss.
• Mukoviszidose.
• Herzinfarkt.

Das Karzinoid-Syndrom ist eine seltene Erkrankung, die durch eine erhöhte Serotoninsekretion durch Karzinoide verursacht wird. In über 95 % der Fälle ist das Karzinoid im Gastrointestinaltrakt lokalisiert ( Blinddarm: 45,9 %, Ileum: 27,9 %, Rektum: 16,7 %), kann aber auch in der Lunge, der Blase usw. lokalisiert sein. Karzinoide entwickeln sich aus argyrophilen Zellen der Darmkrypten. Neben Serotonin produziert das Karzinoid Histamin, Bradykinin und andere Amine sowie Prostaglandine. Alle Karzinoide sind potenziell bösartig. Das Malignitätsrisiko steigt mit zunehmender Tumorgröße.

Die Serotoninkonzentration im Blut steigt beim Karzinoid-Syndrom um das 5- bis 10-fache an. Bei gesunden Menschen wird nur 1 % Tryptophan zur Synthese von Serotonin verwendet, bei Patienten mit Karzinoid hingegen bis zu 60 %. Eine erhöhte Serotoninsynthese in einem Tumor führt zu einer verminderten Synthese von Nikotinsäure und zur Entwicklung von Symptomen, die spezifisch für einen Vitamin-PP-Mangel (Pellagra) sind. Im Urin von Patienten mit malignem Karzinoid werden zahlreiche Stoffwechselprodukte von Serotonin nachgewiesen: 5-Hydroxyindolessigsäure und 5-Hydroxyindolessigsäure. Eine Ausscheidung von 5-Hydroxyindolessigsäure im Urin von mehr als 785 µmol/Tag (die Norm liegt bei 10,5–36,6 µmol/Tag) gilt als prognostisch ungünstiges Zeichen. Nach der radikalen chirurgischen Entfernung des Karzinoids normalisieren sich die Serotoninkonzentration im Blut und die Ausscheidung seiner Stoffwechselprodukte mit dem Urin. Das Ausbleiben einer Normalisierung der Ausscheidung von Serotonin-Stoffwechselprodukten deutet darauf hin, dass die Operation nicht radikal war oder dass Metastasen vorhanden waren. Ein gewisser Anstieg der Serotoninkonzentration im Blut kann auch bei anderen Magen-Darm-Erkrankungen auftreten.

Serotonin wird reduziert

• Down-Syndrom
• Unbehandelte Phenylketonurie

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Die Wirkung von Serotonin auf den Stoffwechsel

Im Schockzustand steigt der Serotoningehalt in allen Organen deutlich an, gleichzeitig ist der Stoffwechsel des Amins gestört und der Gehalt seiner Metabolite steigt an.

Mechanismen zur Erhöhung des Serotonin- und Histamingehalts im Gewebe

Mechanismus	Faktoren, die sie verursachen
Degranulation von Mastzellen, intestinalen enterochromaffinen Zellen; Freisetzung von Aminen	Niedermolekulare (Monoamine, Diamine, aromatische Amine), makromolekulare (Gifte, Toxine, Antigen-Antikörper-Komplex, Pepton, Anaphylaktin) Substanzen
Intensivierung von Katabolismus, Proteolyse, Autolyse	Veränderung, Überschuss an Glukokortikoiden, Schilddrüsenhormonen, erhöhte Aktivität proteolytischer Enzyme, Hypoxie
Erhöhte Aktivität von mitochondrialem Tryptophan und Histidindecarboxylase im Bakteriengewebe	Mineralokortikoidüberschuss, Glukokortikoidmangel, Adrenalinüberschuss und Noradrenalinmangel
Verminderte Aktivität mitochondrialer Mono- und Diaminoxidasen	Überschüssige Kortikosteroide, erhöhte Konzentration biogener Amine (Substrathemmung), gestörter Säure-Basen-Haushalt, Hypoxie, Hypothermie
Umverteilung von Depotkörpern	Störung der Mikrozirkulation in Haut, Lunge, Magen-Darm-Trakt

Serotonin beeinflusst verschiedene Stoffwechselprozesse, vor allem aber bioenergetische Prozesse, die bei einem Schock deutlich gestört sind. Serotonin verursacht folgende Veränderungen im Kohlenhydratstoffwechsel: erhöhte Aktivität der Phosphorylasen in Leber, Myokard und Skelettmuskulatur, verminderter Glykogengehalt in diesen Zellen, Hyperglykämie, Stimulation der Glykolyse, Gluconeogenese und Glucoseoxidation im Pentosephosphatzyklus.

Serotonin erhöht den Sauerstoffgehalt im Blut und dessen Aufnahme durch das Gewebe. Konzentrationsabhängig hemmt es die Atmung und die oxidative Phosphorylierung in den Mitochondrien von Herz und Gehirn oder stimuliert diese. Ein signifikanter (2- bis 20-facher) Anstieg des Serotoningehalts im Gewebe führt zu einer Verringerung der Intensität oxidativer Prozesse. In einer Reihe von Organen (Nieren und Leber), deren bioenergetische Prozesse im Schockzustand am stärksten beeinträchtigt sind, ist der Serotoningehalt besonders stark erhöht (16- bis 24-fach). Im Gehirn ist der Serotoningehalt weniger stark erhöht (2- bis 4-fach) und die dort stattfindenden Energieprozesse bleiben lange Zeit auf einem hohen Niveau. Die Wirkung von Serotonin auf die Aktivität einzelner Glieder der Atmungskette im Schockzustand ist in verschiedenen Organen unterschiedlich. Wenn es im Gehirn die Aktivität von NADH2 erhöht und die Aktivität der Succinatdehydrogenase (SDH) verringert, erhöht es in der Leber die Aktivität von SDH und Cytochromoxidase. Der Mechanismus der Enzymaktivierung wird durch die Wirkung von Serotonin auf die Adenylatcyclase mit anschließender Bildung von cAMP aus ATP erklärt. Es wird angenommen, dass cAMP ein intrazellulärer Mediator der Serotoninwirkung ist. Der Serotoningehalt in Geweben korreliert mit dem Aktivitätsniveau von Energieenzymen (insbesondere mit SDH und Leber-ATPase). Die Aktivierung von SDH durch Serotonin im Schockzustand ist kompensatorischer Natur. Eine übermäßige Ansammlung von Serotonin führt jedoch dazu, dass sich diese Beziehung umkehrt, während die Aktivität von SDH abnimmt. Die Einschränkung der Verwendung von Bernsteinsäure als Oxidationsprodukt verringert die Energiekapazität der Nieren im Schockzustand erheblich. Bei der Entstehung eines Schocks zeigt sich eine Beziehung zwischen der Serotoninmenge in den Nieren und der LDH-Aktivität. Dies deutet auf eine Umstellung der aktivierenden Wirkung von Serotonin von der Verwendung von Succinat (unter physiologischen Bedingungen) auf den Verbrauch von Laktat aufgrund der Hemmung von SDH hin, wobei es sich um eine adaptive Reaktion handelt.

Darüber hinaus beeinflusst Serotonin den Gehalt und den Stoffwechsel von Purinnukleotiden, deren Anstieg in den Mitochondrien den ATP-Umsatz stimuliert. Serotonin bildet mit ATP einen reversibel dissoziierenden Mizellenkomplex. Eine Abnahme des Serotoningehalts in Zellen korreliert mit einer Abnahme des ATP-Spiegels in ihnen.

Die Akkumulation von Serotonin während eines Schocks ist bis zu einem gewissen Grad mit Veränderungen des ATP-Gehalts verbunden. Gleichzeitig kann das Vorhandensein anderer Formen der intrazellulären Serotoninbindung mit Proteinen, Lipiden, Polysacchariden und zweiwertigen Kationen, deren Spiegel im Gewebe sich ebenfalls während eines Schocks ändert, nicht ausgeschlossen werden.

Die Beteiligung von Serotonin an intrazellulären Energieprozessen besteht nicht nur in der Energiebildung, sondern auch in deren Freisetzung unter Beteiligung von ATP-Hydrolasen. Serotonin aktiviert die Mg-ATPase. Eine erhöhte Aktivität der Lebermitochondrien-ATPase im Schockzustand kann ebenfalls auf erhöhte Serotoninspiegel zurückzuführen sein.

So kann die Ansammlung von Serotonin im Körpergewebe während eines Schocks den Kohlenhydratstoffwechsel im Glykolyse- und Pentosezyklus, die Atmung und die damit verbundene Phosphorylierung sowie die Energiespeicherung und -nutzung in den Zellen aktiv beeinflussen. Der molekulare Wirkungsmechanismus von Serotonin wird durch die Bewegung von Ionen entlang der Membran vermittelt.

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Die Wirkung von Serotonin auf Organfunktionen

Die Wirkung von Serotonin auf systemischer Ebene besteht in seinem spezifischen Einfluss auf den Funktionszustand zahlreicher Organe. Die intraventrikuläre Gabe von Serotonin in Dosen nahe der Schockdosis und die intravenöse Gabe von β-Oxytryptophan (das die Blut-Hirn-Schranke leicht durchdringt und im Gehirn in Serotonin umgewandelt wird) verursachen Phasenänderungen in der bioelektrischen Aktivität des Gehirns, die charakteristisch für die Aktivierungsreaktion in Kortex, Hypothalamus und mesencephaler Formatio reticularis sind. Ähnliche Veränderungen im Gehirn wurden in der Dynamik der Schockentwicklung festgestellt, was indirekt auf eine bedeutende Rolle von Serotonin bei der Veränderung der Funktion des Zentralnervensystems während eines Schocks hinweist. Serotonin ist an der Entstehung von Membranpotentialen und der Organisation der synaptischen Übertragung von Nervenimpulsen beteiligt. Die Anpassung des Körpers an extreme Einflüsse geht mit einem Anstieg des Serotoninspiegels im Gehirn aufgrund einer Leistungssteigerung serotonerger Neuronen einher. Ein Anstieg des Serotoninspiegels im Hypothalamus aktiviert die Neurosekretion und verbessert die Funktion der Hypophyse. Eine signifikante Ansammlung von Serotonin im Gehirn kann jedoch eine wichtige Rolle bei der Entstehung von Ödemen spielen.

Serotonin hat eine signifikante, vielfältige Wirkung auf das Herz-Kreislauf-System. Hohe Dosen (10 mg oder mehr) verursachen bei verschiedenen Arten von Versuchstieren einen Herzstillstand. Direkte Auswirkungen von Serotonin auf das Myokard verursachen systemische und koronare Hypertonie sowie schwere Durchblutungsstörungen des Herzmuskels, begleitet von dessen Nekrose („Serotonin“-Infarkt). In diesem Fall ähneln Veränderungen im oxidativen und Kohlenhydrat-Phosphor-Stoffwechsel des Myokards denen, die bei koronaren Durchblutungsstörungen auftreten. Das EKG im Schockzustand zeigt sehr signifikante Veränderungen: eine Erhöhung, gefolgt von einer Verlangsamung der Herzfrequenz, Extrasystole, eine allmähliche Verschiebung der elektrischen Achse des Herzens nach links und eine Deformation des Ventrikelkomplexes, die das Ergebnis von koronaren Durchblutungsstörungen sein kann.

Die Wirkung von Serotonin auf den Blutdruck hängt von der Verabreichungsrate, Dosis und Art der Verabreichung sowie von der Art der Versuchstiere ab. So verursacht die intravenöse Verabreichung von Serotonin bei Katzen, Kaninchen und Ratten in den meisten Fällen Hypotonie. Bei Menschen und Hunden löst es Phasenwechsel aus: kurze Hypotonie, gefolgt von Hypertonie und anschließender Hypotonie. Die Halsschlagader reagiert selbst auf geringe Dosen Serotonin hochempfindlich. Es wird angenommen, dass es zwei Arten von Rezeptoren gibt, über die die blutdrucksteigernden und blutdepressiven Wirkungen von Serotonin durch das parasympathische Nervensystem und den Karotisglomerulus vermittelt werden. Die intravenöse Verabreichung von Serotonin in einer Dosis, die ungefähr seinem Gehalt im zirkulierenden Blutvolumen im Schockzustand entspricht, bewirkt eine Abnahme des systemischen Blutdrucks, des Herzzeitvolumens und des peripheren Gefäßwiderstands. Eine Abnahme der Serotoninmenge in der Darmwand und im Lungengewebe ist wahrscheinlich mit der Mobilisierung dieses Amins aus dem Depot verbunden. Die Wirkung von Serotonin auf die Atmungsorgane kann sowohl lokal als auch reflektorisch sein und bei Ratten Bronchiolospasmen und eine erhöhte Atemfrequenz verursachen.

Die Nieren enthalten geringe Mengen Serotonin, doch während einer Ischämie ändert sich sein Stoffwechsel erheblich. Hohe Serotonindosen verursachen anhaltende pathologische Gefäßspasmen, Ischämie, nekrotische Herde in der Nierenrinde, Verwüstung, Degeneration und Nekrose des Tubulusapparates. Dieses morphologische Bild ähnelt mikroskopischen Nierenveränderungen während eines Schocks. Ein signifikanter (10- bis 20-facher) und anhaltender Anstieg des Serotoninspiegels im Nierengewebe während eines Schocks kann einen langfristigen Gefäßspasmus verursachen. Besonders hohe Serotoninspiegel werden bei dysurischen Störungen beobachtet. Bei akutem Nierenversagen ist die Serotoninkonzentration im Blut im Stadium der Oligurie und Anurie erhöht, beginnt während der Erholungsphase nach der Diurese abzunehmen, normalisiert sich in der Polyuriephase und fällt während der Erholungsphase unter die physiologischen Werte. Serotonin verringert den renalen Plasmafluss, die glomeruläre Filtrationsrate, die Diurese und die Ausscheidung von Natrium und Chloriden im Urin. Der Mechanismus dieser Erkrankungen beruht auf einer Abnahme des intraglomerulären hydrostatischen Drucks und der Filtration sowie einem Anstieg des osmotischen Gradienten des Natriumgehalts in der Medulla und den distalen Tubuli, was zu einer erhöhten Reabsorption führt. Serotonin ist wichtig für den Mechanismus des Nierenversagens bei Schock.

Daher kann eine moderate Serotoninakkumulation im Gehirn und seine zentrale Wirkung im Schockfall nützlich sein, insbesondere im Hinblick auf die Aktivierung des HPAS. Die Aktivierung von Energieenzymen durch Serotonin sollte ebenfalls als positives, kompensatorisches Phänomen im Schockfall angesehen werden. Eine übermäßig hohe Serotoninakkumulation im Myokard und in den Nieren kann jedoch zu einer direkten übermäßigen Beeinflussung des Amins auf den Koronar- und Nierenkreislauf, zu Stoffwechselstörungen und zum Auftreten von Herz- und Nierenversagen führen.

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