Нейромодуляция - Neuromodulation

Нейромодуляция - это физиологический процесс, с помощью которого данный нейрон использует одно или несколько химических веществ для регулирования различных популяций нейронов. Нейромодуляторы обычно связываются с метаботропными рецепторами, связанными с G-белками (GPCR), чтобы инициировать каскад передачи сигналов вторичного мессенджера, который индуцирует широкий и продолжительный сигнал. Эта модуляция может длиться от сотен миллисекунд до нескольких минут. Некоторые из эффектов нейромодуляторов включают в себя: изменение внутренней возбуждающей активности, увеличение или уменьшение зависимых от напряжения токов, изменение синаптической эффективности, увеличение импульсной активности и реконфигурация синаптических связей.

К основным нейромодуляторам центральной нервной системы относятся: дофамин , серотонин , ацетилхолин , гистамин , норэпинефрин и несколько нейропептидов . Недавние исследования показали, что каннабиноид также является мощным нейромодулятором ЦНС. Нейромодуляторы могут быть упакованы в пузырьки и высвобождены нейронами, секретируются в виде гормонов и доставляются через систему кровообращения. Нейромодулятор можно представить как нейромедиатор, который не реабсорбируется пресинаптическим нейроном и не распадается на метаболит. Некоторые нейромодуляторы в конечном итоге проводят значительное количество времени в спинномозговой жидкости (CSF), влияя (или «модулируя») на активность нескольких других нейронов в головном мозге .

Нейромодуляторные системы

Основными системами нейротрансмиттеров являются система норадреналина (норадреналина), система дофамина, система серотонина и холинергическая система. Лекарства, нацеленные на нейромедиатор таких систем, влияют на всю систему и объясняют механизм действия многих лекарств.

С другой стороны, большинство других нейротрансмиттеров, например глутамат , ГАМК и глицин , обычно используются в центральной нервной системе.

Системы нейромодуляторов
Система Источник Цели Эффекты
Норадреналиновая система Синий цвет Адренергические рецепторы в:
  • возбуждение (возбуждение - это физиологическое и психологическое состояние бодрствования или реакции на раздражители)
  • система вознаграждений
Боковое тегментальное поле
Дофаминовая система Дофаминовые пути : Рецепторы дофамина на окончании пути.
Серотониновая система ядро каудального дорсального шва Рецепторы серотонина в:
ядро рострального дорсального шва Рецепторы серотонина в:
Холинергическая система Педункулопонтинное ядро и дорсолатеральные тегментальные ядра ( понтомезэнцефалотегментарный комплекс ) (в основном) рецепторы M1 в:
базальное оптическое ядро ​​Мейнерта (в основном) рецепторы M1 в:
медиальное ядро перегородки (в основном) рецепторы M1 в:

Норадреналиновая система

Система норадреналина состоит примерно из 15 000 нейронов, главным образом в голубом пятне . Это ничтожно мало по сравнению с более чем 100 миллиардами нейронов в головном мозге. Как и в случае дофаминергических нейронов черной субстанции, нейроны голубого пятна имеют тенденцию быть пигментированными меланином . Норадреналин высвобождается из нейронов и действует на адренергические рецепторы . Норадреналин часто выделяется постоянно, так что он может подготовить поддерживающие глиальные клетки к откалиброванным ответам. Несмотря на то, что она содержит относительно небольшое количество нейронов, при активации система норадреналина играет важную роль в мозге, включая участие в подавлении нейровоспалительного ответа, стимуляцию нейрональной пластичности через LTP, регуляцию поглощения глутамата астроцитами и LTD и консолидацию памяти. .

Дофаминовая система

Дофамин или дофаминергическая система состоит из нескольких путей, которые, например, берут начало в вентральной покрышки или черной субстанции . Он действует на дофаминовые рецепторы .

Болезнь Паркинсона, по крайней мере, частично связана с выпадением дофаминергических клеток в глубоких ядрах мозга , в первую очередь пигментированных меланином нейронов в черной субстанции, но во вторую очередь норадренергических нейронов голубого пятна. Были предложены и осуществлены методы лечения, усиливающие действие предшественников дофамина, с умеренным успехом.

Фармакология дофамина

Серотониновая система

Серотонин, производимый мозгом, составляет около 10% от общего количества серотонина в организме. Большинство (80-90%) находится в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ). Он путешествует по головному мозгу по медиальному пучку переднего мозга и действует на рецепторы серотонина . В периферической нервной системе (например, в стенке кишечника) серотонин регулирует тонус сосудов.

Фармакология серотонина

  • Селективные ингибиторы обратного захвата серотонина (СИОЗС), такие как флуоксетин, являются широко используемыми антидепрессантами, которые специфически блокируют обратный захват серотонина с меньшим влиянием на другие передатчики.
  • Трициклические антидепрессанты также блокируют обратный захват биогенных аминов из синапсов, но могут в первую очередь влиять на серотонин или норэпинефрин, либо на то и другое вместе. Обычно им требуется от 4 до 6 недель, чтобы облегчить любые симптомы депрессии. Считается, что они оказывают немедленное и долгосрочное воздействие.
  • Ингибиторы моноаминоксидазы позволяют обратный захват биогенных аминовых нейротрансмиттеров из синапса, но ингибируют фермент, который обычно разрушает (метаболизирует) некоторые из передатчиков после их обратного захвата. Больше нейротрансмиттеров (особенно серотонина , норадреналина и дофамина ) доступно для высвобождения в синапсы. Чтобы облегчить симптомы депрессии, необходимо несколько недель.

Хотя изменения в нейрохимии обнаруживаются сразу после приема этих антидепрессантов, симптомы могут начаться не раньше, чем через несколько недель после приема. Повышенные уровни передатчика в синапсе сами по себе не снимают депрессию или тревогу.

Холинергическая система

Холинергическая система состоит из проекционных нейронов педункулопонтического ядра , латеродорсального тегментального ядра и базального переднего мозга и интернейронов из полосатого тела и прилежащего ядра. Пока не ясно, действует ли ацетилхолин как нейромодулятор посредством объемной передачи или классической синаптической передачи, поскольку есть доказательства в поддержку обеих теорий. Ацетилхолин связывается как с метаботропными мускариновыми рецепторами (mAChR), так и с ионотропными никотиновыми рецепторами (nAChR). Было обнаружено, что холинергическая система участвует в ответе на сигналы, связанные с путем вознаграждения, в усилении обнаружения сигналов и сенсорного внимания, регуляции гомеостаза, опосредовании реакции на стресс и кодировании формирования воспоминаний.

ГАМК

Гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) оказывает угнетающее действие на деятельность головного и спинного мозга.

Нейропептиды

Нейропептиды - это небольшие белки, используемые для связи в нервной системе. Нейропептиды представляют собой самый разнообразный класс сигнальных молекул. Известно 90 генов, кодирующих предшественники нейропептидов человека. У беспозвоночных известно около 50 генов, кодирующих предшественники нейропептидов. Большинство нейропептидов связываются с рецепторами, связанными с G-белком, однако некоторые нейропептиды непосредственно закрывают ионные каналы или действуют через рецепторы киназ.

  • Опиоидные пептиды - большое семейство эндогенных нейропептидов, широко распространенных в центральной и периферической нервной системе. Опиатные препараты, такие как героин и морфин, действуют на рецепторы этих нейромедиаторов.
  1. Эндорфины
  2. Энкефалины
  3. Динорфины

Нервно-мышечные системы

Нейромодуляторы могут изменять выходной сигнал физиологической системы, воздействуя на соответствующие входы (например, центральные генераторы паттернов ). Однако работа по моделированию предполагает, что одного этого недостаточно, потому что нервно-мышечное преобразование от нервного входа к мышечному выходу может быть настроено для определенных диапазонов входного сигнала. Stern et al. (2007) предполагают, что нейромодуляторы должны воздействовать не только на систему ввода, но должны изменять само преобразование, чтобы производить правильные сокращения мышц на выходе.

Объемная передача

Системы нейротрансмиттеров - это системы нейронов в головном мозге, экспрессирующие определенные типы нейромедиаторов и, таким образом, образующие отдельные системы. Активация системы вызывает эффекты в больших объемах мозга, называемые объемной передачей . Объемная передача - это диффузия нейротрансмиттеров через внеклеточную жидкость головного мозга, высвобождаемых в точках, которые могут быть удалены от клеток-мишеней, что приводит к активации внесинаптических рецепторов и с более длительным течением времени, чем при передаче в одном синапсе. Такое продолжительное действие передатчика называется тонической передачей , в отличие от фазической передачи, которая происходит быстро в одиночных синапсах.

Другое использование

Нейромодуляция также относится к развивающемуся классу медицинских методов лечения, которые нацелены на нервную систему для восстановления функции (например, в кохлеарных имплантатах ), облегчения боли или контроля симптомов, таких как тремор, наблюдаемый при двигательных расстройствах, таких как болезнь Паркинсона . Терапия состоит в основном из направленной электростимуляции или введения лекарств в спинномозговую жидкость с использованием интратекальной доставки лекарств, таких как баклофен для лечения спастичности . Электрическая стимуляция устройства включают в глубокой стимуляции мозга систем (DBS), в просторечии называемые «мозговые электрокардиостимуляторами», спинного мозга стимуляторы (СКС) и блуждающего нерва стимуляторы (ВНС), которые имплантируют с использованием минимально инвазивных процедур, или чрескожная электрическая стимуляция нервов устройства, которые, среди прочего, являются полностью внешними.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки