Atropin wird als Antidot bei Vergiftungen mit parasympathomimetisch wirkenden Stoffen eingesetzt. Parasympathomimetika werden eingeteilt in die direkten Parasympathjomimetika wie z. B. Muskarin, Carbachol und Pilocarpin, die agonistisch an muskarinischen Acetylcholinrezeptoren wirken, und in die indirekten Parasympathomimetika, die den Abbau von Acetylcholin durch die Acetylcholinesterase hemmen. Die indirekten Parasympathomimetika wiederum werden eingeteilt in Organophosphate (= Phosphorsäureester) wie z. B. Parathion (= E 605), in Carbamate wie z. B. Physostigmin oder Neostigmin und in die gegen Morbus Alzheimer eingesetzten Acetylcholinesterasehemmer wie z. B. Rivastigmin oder Donepezil.

Vergiftungen mit Parasympathomimetika können durch Überdosierung von Arzneistoffen, durch Aufnahme von Alkaloiden oder Insektiziden aus der Nahrung oder durch Angriffe mit Kampfgasen wie z. B. die Organophosphate Sarin oder Tabun auftreten. Muskarin ist ein in verschiedenen Risspilz- und Trichterling-Arten vorkommendes Alkaloid, das große Ähnlichkeit mit Acetylcholin hat, aber nicht von der Acetylcholinesterase abgebaut werden kann. Es kommt in geringen Mengen auch im Fliegenpilz vor (- dessen Toxizität wird vorwiegend durch Muscimol verursacht!). Pilocarpin ist ein Alkaloid, das aus der in Südamerika verbreiteten Pflanze Pilocarpus jaborandii gewonnen wird. Es wird in der Augenheilkunde auch zur Glaukombehandlung eingesetzt. Physostigmin ist ein Alkaloid der in tropischen Regenwäldern vorkommenden Kalaberbohne (Physostigma venenosum). Insektizide, Herbizide und Fungizide sind häufig Organophospate -wie z. B. das seit 2001 in der EU nicht mehr zugelassene Parathion- oder Carbamate. Wichtig ist die Unterscheidung zwischen Organophosphat-Vergiftungen und Carbamat-Vergiftungen. Organophosphate werden über die Haut, Lunge und Augen aufgenommen und binden praktisch irreversibel an die Acetylcholinesterase durch Veresterung des Serins im katalytischen Zentrum. Bereits in geringen Dosierungen aktivieren sie auch die ganglionäre Übertragung sowie die Übertragung an der motorischen Endplatte über die nikotinischen Acetylcholin-Rezeptoren. Carbamate binden reversibel an die Acetylcholinesterase.

Vergiftungen mit Parasympathomimetika können lebensbedrohlich sein. Die Symptome einer Vergiftung sind vielfältig und spiegeln eine generelle Aktivierung des Parasympathikus über muskarinische Acetylcholin-Rezeptoren wieder. Es kommt zu Sehstörungen wie Nahakkomodation durch Aktivierung des Ciliarmuskels und Miosis (=Pupillenverengung) durch Aktivierung des Musculus sphincter pupillae. Darüberhinaus kommt es zu einer übermäßigen Tränen- und Speichelproduktion, zur Hyperhidrosis (= übermäßiges Schwitzen) durch Aktivierung der cholinerg innervierten Schweißdrüsen, Bradykardie, Atembeschwerden durch Bronchokonstriktion und eventuell zu einer starken Blutdrucksenkung. Hinzu kommen unspezifische Symptome wie Erbrechen, Magen-Darm-Beschwerden wie z. B. unkontrollierter Stuhlabgang, Tremor und Panik. Bei schweren Vergiftungen oder bereits bei geringen Dosierungen von Organophosphaten kommen Symptome der Erregung von nikotinischen Acetylcholin-Rezeptoren hinzu, wie z. B. Krämpfe und zentrale Atemlähmung. Es folgen Bewusstlosigkeit, Koma und schließlich der Tod des Patienten.

Die Therapie einer Vergiftung mit Parasympathomimetika beinhaltet Allgemeinmaßnahmen wie eine Verminderung der Aufnahme des Giftes (durch Magenspülung, Gabe von Aktivkohle und/oder evtl. Auslösen von Erbrechen), Flüssigkeitsgabe zur Elimination über die Nieren, Abspülen der Haut und/oder Entfernen aus der entsprechenden Umgebung. Spezifisch erfolgt die Gabe von Atropin in hohen bis sehr hohen Dosierungen, die je nach Vergiftungs-Typ in Abständen wiederholt werden. Ziel ist selbstverständlich die Lebensrettung. Da Atropin selbst allerdings tödlich sein kann, wird als Dosisgrenze der Atropinisierung die Pupillenerweiterung und ein Rückgang der übermäßigen Bronchialsekretion angesehen. Bei akuten Vergiftungen mit Organophosphaten wird Obidoxim verabreicht. Es kann die durch Organophosphate phosphorylierte Acetylcholinesterase dephosphorylieren und die Acetylcholinesterase damit reaktivieren.

Die Prämedikation vor Operationen oder diagnostisch-operativen Eingriffen umfasst neben der medikamentösen Prämedikation auch das Aufklärungsgepräch und das Erfassen wichtiger Befunde mit dem Ziel, das für den Patienten am besten geeignete Narkoseverfahren einzusetzen. Bei der medikamentösen Prämedikation geht es heutzutage vorwiegend um eine Anxiolyse und Sedierung des Patienten vor einer Operation. Sie soll die psychische Belastung, die wegen der unbekannten Umbebung und der für ihn unsicheren Zukunft ganz erheblich sein kann, lindern und die damit verbundene, vor Operationen unerwünschte Herz-Kreislauf-Belastung vermeiden helfen. Beide Ziele werden mit Benzodiazepinen wie z. B. Dikaliumclorazepat am Abend oder einige Stunden vor Operation erreicht. Auch die mit Benzodiazepinen verbundene anterograde Amnesie -also der Tatsache, dass man sich ab Einnahme des Arzneistoffs später nicht mehr an die ab dann ablaufenden Ereignisse erinnern kann- hilft postoperativ, psychische und vegetative Belastungen zu vermeiden.

Die Gabe von Atropin als Teil der Narkoseprämedikation dient zum einen der Steigerung der Herzfrequenz über eine Blockade von M₂-Acetylcholin-Rezeptoren am Herzen bzw. der Vermeidung eines reflektorischen Herzstillstands während der Intubation. Zum anderen wird über eine Blockade von M₁-Rezeptoren die Magensäureproduktion und über eine Blockade der M₃-Rezeptoren die Produktion von Speichel und Bronchialsekret reduziert sowie über eine Blockade der M₃-Rezeporen auch eine geringe Bronchodilatation vermittelt, was die Intubation und Beatmung des Patienten erleichtert. Bei normaler Kreislaufzeit setzt die Wirkung etwa 45 Sekunden nach i.v.-Gabe ein.

Heutzutage wird der generelle Einsatz von Atropin im Rahmen einer Narkoseprämedikation nicht mehr empfohlen, weil das Nutzen-Risiko-Profil eher ungünstig ist. Daher beschränkt man sich eher auf den Einsatz bei Operationen im Mund-Rachen-Raum und bei Bronchoskopien. Zu niedrige Dosierungen von Atropin führen zu einer paradoxen Bradykardie, weil hier zunächst zentrale sympathische Ganglien blockiert werden, zu hohe Dosierungen führen zu unerwünschten, intraoperativen Tachykardien.

Atropin wird zur Kurzzeittherapie von akut aufgetretenen bradykarden Herzrhythmusstörungen eingesetzt. Der Einsatz darf nur unter intensivmedizinischen Bedingungen mit Überwachung der Vitalparameter vorgenommen werden. Die Herzfrequenz-steigernde Wirkung erfolgt über eine Blockade der muskarinischen Acetylcholin-Rezeptoren des Subtyps M₂, die sich an den Schrittmacherzellen im Sinus- und AV-Knoten befinden.

Akute bradykarde Herzrhythmusstörungen können ganz allgemein im Rahmen von Operationen auftreten. Auslöser können Narkotika wie z. B. Propofol oder Opioidnarkotika wie Remifentanil sein. Aber auch die Operation selbst kann bei Schmerz- oder mechanischen Reizen zu vagalen Reflexen mit der Folge einer Bradykardie bis zum Herzstillstand führen. Dabei sind besonders Herz-OPs mit besonderen Risiken verbunden. Auch Herzinfarkt-Patienten haben in den Tagen nach einem akuten Herzinfarkt ein besonders hohes Risiko, (auch) bradykarde Rhythmusstörungen zu entwickeln.

Im Rahmen der kardiopulmonalen Reanimation nach Herz-Kreislauf-Stillstand wird Atropin nicht mehr eingesetzt. Hier wird Adrenalin der Vorzug gegeben.