stringtranslate.com

Нейромодуляция

Нейромодуляция — это физиологический процесс, посредством которого данный нейрон использует одно или несколько химических веществ для регулирования различных популяций нейронов. Нейромодуляторы обычно связываются с метаботропными рецепторами , связанными с G-белком (GPCR), инициируя 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: изменение собственной импульсной активности, [1] увеличение или уменьшение потенциал-зависимых токов, [2] изменение синаптической эффективности, увеличение взрывной активности [2] и реконфигурацию синаптической связи. [3]

К основным нейромодуляторам центральной нервной системы относятся: дофамин , серотонин , ацетилхолин , гистамин , норадреналин , оксид азота и некоторые нейропептиды . Каннабиноиды также могут быть мощными нейромодуляторами ЦНС. [4] [5] [6] Нейромодуляторы могут быть упакованы в везикулы и высвобождаться нейронами, секретироваться в виде гормонов и доставляться через систему кровообращения. [7] Нейромодулятор можно представить как нейромедиатор , который не реабсорбируется пресинаптическим нейроном и не расщепляется до метаболита. Некоторые нейромодуляторы в конечном итоге проводят значительное количество времени в спинномозговой жидкости (СМЖ), влияя (или «модулируя») активность нескольких других нейронов головного мозга . [8]

Нейромодуляторные системы

Основными нейромедиаторными системами являются норадреналиновая (норадреналиновая) система, дофаминовая система, серотониновая система и холинергическая система. Лекарства, нацеленные на нейромедиаторы таких систем, влияют на всю систему, что объясняет механизм действия многих лекарств.

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

Норадреналиновая система

Норадреналиновая система состоит примерно из 15 000 нейронов, преимущественно в голубом пятне . [12] Это ничтожно мало по сравнению с более чем 100 миллиардами нейронов в мозге. Как и дофаминергические нейроны черной субстанции, нейроны голубого пятна имеют тенденцию быть пигментированными меланином . Норадреналин высвобождается из нейронов и действует на адренергические рецепторы . Норадреналин часто высвобождается постоянно, чтобы подготовить поддерживающие глиальные клетки к калиброванным ответам. Несмотря на относительно небольшое количество нейронов, норадреналиновая система при активации играет важную роль в мозге, включая участие в подавлении нейровоспалительной реакции, стимуляции пластичности нейронов посредством LTP, регуляции поглощения глутамата астроцитами и LTD, а также консолидации памяти. . [13]

Дофаминовая система

Дофаминовая или дофаминергическая система состоит из нескольких путей, берущих начало, например , из вентральной покрышки или черной субстанции . Он действует на дофаминовые рецепторы . [14]

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

Дофаминовая фармакология

Серотониновая система

Серотонин, вырабатываемый мозгом, составляет около 10% от общего количества серотонина в организме. Большая часть (80-90%) обнаруживается в желудочно-кишечном тракте. [15] [16] Он путешествует по мозгу вдоль медиального пучка переднего мозга и действует на рецепторы серотонина . В периферической нервной системе (например, в стенке кишечника) серотонин регулирует тонус сосудов.

Серотониновая фармакология

Хотя изменения в нейрохимии обнаруживаются сразу после приема этих антидепрессантов, симптомы могут начать улучшаться только через несколько недель после приема. Повышение уровня медиатора в синапсе само по себе не облегчает депрессию или тревогу. [17] [19] [22]

Холинергическая система

Холинергическая система состоит из проекционных нейронов мостовидного ядра , латеродорсального тегментального ядра , базального отдела переднего мозга и интернейронов полосатого тела и прилежащего ядра. Пока неясно, действует ли ацетилхолин как нейромодулятор посредством объемной передачи или классической синаптической передачи, поскольку есть доказательства, подтверждающие обе теории. Ацетилхолин связывается как с метаботропными мускариновыми рецепторами (мАХР), так и с ионотропными никотиновыми рецепторами (нАХР). Было обнаружено, что холинергическая система участвует в реагировании на сигналы, связанные с путем вознаграждения, усилении обнаружения сигналов и сенсорного внимания, регулировании гомеостаза, опосредовании реакции на стресс и кодировании формирования воспоминаний. [23] [24]

ГАБА

Гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) оказывает тормозящее действие на деятельность головного и спинного мозга. [17]

Нейропептиды

Нейропептиды — это небольшие белки, используемые для связи в нервной системе. Нейропептиды представляют собой наиболее разнообразный класс сигнальных молекул. Известно 90 генов, кодирующих предшественники нейропептидов человека. У беспозвоночных известно около 50 генов, кодирующих предшественники нейропептидов. [25] Большинство нейропептидов связываются с рецепторами, связанными с G-белком, однако некоторые нейропептиды напрямую воротают ионные каналы или действуют через киназные рецепторы.

  1. Эндорфины
  2. Энкефалины
  3. Динорфины

Нервно-мышечные системы

Нейромодуляторы могут изменять выходные данные физиологической системы, воздействуя на соответствующие входы (например, генераторы центральных паттернов ). Однако работы по моделированию показывают, что одного этого недостаточно, [28] поскольку нервно-мышечная трансформация от нервного входа к мышечным выходным сигналам может быть настроена на определенные диапазоны входных сигналов. Стерн и др. (2007) предполагают, что нейромодуляторы должны воздействовать не только на входную систему, но и изменять саму трансформацию, чтобы на выходе вызывать правильные сокращения мышц. [28]

Передача объема

Нейромедиаторные системы — это системы нейронов головного мозга, экспрессирующие определенные типы нейротрансмиттеров и, таким образом, образующие отдельные системы. Активация системы вызывает эффекты в больших объемах мозга, называемые объемной передачей . [29] Объемная передача — это диффузия нейромедиаторов через внеклеточную жидкость головного мозга, высвобождаемая в точках, которые могут быть удалены от клеток-мишеней, что приводит к активации экстрасинаптических рецепторов и с более длительным временным интервалом, чем при передаче через одиночный синапс. [30] Такое продолжительное действие передатчика называется тонической передачей , в отличие от фазической передачи , которая происходит быстро в одиночных синапсах. [31] [32]

Другое использование

Нейромодуляция также относится к новому классу медицинских методов лечения, нацеленных на нервную систему для восстановления функции (например, при использовании кохлеарных имплантатов ), облегчения боли или контроля симптомов, таких как тремор, наблюдаемый при двигательных расстройствах, таких как болезнь Паркинсона . Терапия состоит в основном из целенаправленной электростимуляции или введения лекарств в спинномозговую жидкость с использованием интратекальной доставки лекарств, таких как баклофен при спастичности . Устройства электростимуляции включают системы глубокой стимуляции мозга (DBS), в просторечии называемые «кардиостимуляторами головного мозга», стимуляторы спинного мозга (SCS) и стимуляторы блуждающего нерва (VNS), которые имплантируются с использованием минимально инвазивных процедур или чрескожной электрической стимуляции нервов и скремблера . терапевтические устройства, которые, среди прочего, являются полностью внешними. [33]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ ДеРимер, SA; Стронг, Дж.А.; Альберт, Калифорния; Грингард, П.; Качмарек, Л.К. (24–30 января 1985 г.). «Усиление тока кальция в нейронах аплизии с помощью сложного эфира форбола и протеинкиназы C». Природа . 313 (6000): 313–316. Бибкод : 1985Natur.313..313D. дои : 10.1038/313313a0. ISSN  0028-0836. PMID  2578617. S2CID  4230710.
  2. ^ аб Харрис-Уоррик, РМ; Фламм, Р.Э. (июль 1987 г.). «Множественные механизмы взрыва в условно разрывающемся нейроне». Журнал неврологии . 7 (7): 2113–2128. doi : 10.1523/JNEUROSCI.07-07-02113.1987. ISSN  0270-6474. ПМК 6568948 . ПМИД  3112322. 
  3. ^ Кляйн, М; Кандел, ER (ноябрь 1980 г.). «Механизм модуляции кальциевого тока, лежащий в основе пресинаптической фасилитации и поведенческой сенсибилизации при аплизии». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 77 (11): 6912–6916. Бибкод : 1980PNAS...77.6912K. дои : 10.1073/pnas.77.11.6912 . ISSN  0027-8424. ПМЦ 350401 . ПМИД  6256770. 
  4. ^ Фортин Д.А., Левин Э.С. (2007). «Дифференциальное влияние эндоканнабиноидов на глутаматергические и ГАМКергические входы в пирамидные нейроны 5-го слоя». Кора головного мозга . 17 (1): 163–74. дои : 10.1093/cercor/bhj133 . ПМИД  16467564.
  5. ^ Хороший CH (2007). «Эндоканнабиноид-зависимая регуляция упреждающего торможения в клетках Пуркинье мозжечка». Журнал неврологии . 27 (1): 1–3. doi : 10.1523/JNEUROSCI.4842-06.2007. ПМК 6672293 . ПМИД  17205618. 
  6. ^ Хасимотодани Ю, Оно-Сёсаку Т, Кано М (2007). «Активность пресинаптической моноацилглицеринлипазы определяет базальный тонус эндоканнабиноидов и прекращает ретроградную передачу сигналов эндоканнабиноидов в гиппокампе». Журнал неврологии . 27 (5): 1211–9. doi :10.1523/JNEUROSCI.4159-06.2007. ПМК 6673197 . ПМИД  17267577. 
  7. ↑ Мардер, Ева (4 октября 2012 г.). «Нейромодуляция нейрональных цепей: назад в будущее». Нейрон . 76 (1): 1–11. doi :10.1016/j.neuron.2012.09.010. ISSN  0896-6273. ПМЦ 3482119 . ПМИД  23040802. 
  8. ^ Конли, Луизиана; Сабунджян, Луизиана; Вуртман, Р.Дж. (1992). «Упражнения и нейромодуляторы: холин и ацетилхолин у марафонцев». Международный журнал спортивной медицины . 13 (Приложение 1): S141–2. дои : 10.1055/с-2007-1024619. PMID  1483754. S2CID  36276472.[ нужна проверка ]
  9. ^ abc Если в графах не указано иное, ссылка: Rang, HP (2003). Фармакология . Эдинбург: Черчилль Ливингстон. стр. 474 для норадреналиновой системы, стр. 476 для дофаминовой системы, стр. 480 для серотониновой системы и стр. 483 для холинергической системы. ISBN 978-0-443-07145-4.
  10. ^ abcdefg Вульф, Нью-Джерси, Мясник LL (1989). «Холинергические системы мозга крысы: IV. Нисходящие проекции понтомезэнцефалической покрышки». Мозговой Рес. Бык . 23 (6): 519–40. дои : 10.1016/0361-9230(89)90197-4. PMID  2611694. S2CID  4721282.
  11. ^ abcd Вульф, Нью-Джерси, Мясник LL (1986). «Холинергические системы в мозге крысы: III. Проекции от понтомезэнцефалической покрышки на таламус, тектум, базальные ганглии и базальные отделы переднего мозга». Мозговой Рес. Бык . 16 (5): 603–37. дои : 10.1016/0361-9230(86)90134-6. PMID  3742247. S2CID  39665815.
  12. ^ Сара SJ, Буре С (2012). «Ориентация и переориентация: голубое пятно опосредует познание посредством возбуждения». Нейрон . 76 (1): 130–41. дои : 10.1016/j.neuron.2012.09.011 . ПМИД  23040811.
  13. ^ О'Доннелл Дж., Цеппенфельд Д., МакКоннелл Э., Пена С., Недергаард М. (ноябрь 2012 г.). «Норэпинефрин: нейромодулятор, который усиливает функцию нескольких типов клеток для оптимизации работы ЦНС». Нейрохим. Рез . 37 (11): 2496–512. дои : 10.1007/s11064-012-0818-x. ПМЦ 3548657 . ПМИД  22717696. 
  14. ^ Шелер, Г. (2004). «Регуляция эффективности рецепторов нейромодуляторов - влияние на пластичность целых нейронов и синаптическую пластичность». Прог. Нейробиол . 72 (6): 399–415. arXiv : q-bio/0401039 . Бибкод : 2004q.bio.....1039S. doi :10.1016/j.pneurobio.2004.03.008. PMID  15177784. S2CID  9353254.
  15. ^ Макинтош, Джеймс. «Что такое серотонин? Что делает серотонин?». Медицинские новости сегодня . Проверено 12 апреля 2015 г.
  16. ^ Бергер М., Грей Дж.А., Рот Б.Л. (2009). «Расширенная биология серотонина». Анну. Преподобный Мед . 60 : 355–66. doi : 10.1146/annurev.med.60.042307.110802. ПМЦ 5864293 . ПМИД  19630576. 
  17. ^ abcde Kandel, Эрик Р. (1991). Принципы нейронауки . Восточный Норуолк, Коннектикут: Appleton & Lang. стр. 872–873. ISBN 978-0-8385-8034-9.
  18. ^ «Лекарства от депрессии: антидепрессанты, СИОЗС, антидепрессанты, SNRI, антидепрессанты, ТЦА, антидепрессанты, ингибиторы МАО, усиливающие агенты, модуляторы активности серотонина-дофамина, антидепрессанты, другие, стимуляторы, продукты для щитовидной железы, неврология и психиатрия, травы». emedicine.medscape.com . Проверено 7 ноября 2016 г.
  19. ^ abcd Кориелл, Уильям (2016). «Медикаментозное лечение депрессии». В Портере, Роберт С. (ред.). Руководство Merck (19-е изд.). Станция Уайтхаус, Нью-Джерси: Merck. ISBN 978-0-911910-19-3.
  20. ^ «Медикаментозное лечение депрессии». Руководства Merck Профессиональная версия . Проверено 7 ноября 2016 г.
  21. ^ Бендер, К.Дж.; Уокер, SE (8 октября 2012 г.). «Возвращение к необратимым ингибиторам моноаминоксидазы». Психиатрические времена . Psychiatric Times Том 29 № 10. 29 (10) . Проверено 7 ноября 2016 г.
  22. ^ аб Вимбискус, Молли; Костенко, Ольга; Мэлоун, Дональд (1 декабря 2010 г.). «Ингибиторы МАО: риски, преимущества и знания». Медицинский журнал Кливлендской клиники . 77 (12): 859–882. дои : 10.3949/ccjm.77a.09103 . ISSN  1939-2869. PMID  21147941. S2CID  33761576.
  23. ^ Пиччиотто MR, Хигли MJ, Минер YS (октябрь 2012 г.). «Ацетилхолин как нейромодулятор: холинергическая передача сигналов формирует функцию и поведение нервной системы». Нейрон . 76 (1): 116–29. doi :10.1016/j.neuron.2012.08.036. ПМЦ 3466476 . ПМИД  23040810. 
  24. ^ Хассельмо М.Э., Сартер М. (январь 2011 г.). «Режимы и модели холинергической нейромодуляции познания переднего мозга». Нейропсихофармакология . 36 (1): 52–73. дои : 10.1038/npp.2010.104. ПМЦ 2992803 . ПМИД  20668433. 
  25. ^ Нэссель, Дик Р.; Зандавала, Знакомьтесь (1 августа 2019 г.). «Последние достижения в передаче сигналов нейропептидов у дрозофилы, от генов до физиологии и поведения». Прогресс нейробиологии . 179 : 101607. doi :10.1016/j.pneurobio.2019.02.003. ISSN  0301-0082. PMID  30905728. S2CID  84846652.
  26. ^ Кандел, Эрик Р. (1991). Принципы нейронауки . Восточный Норуолк, Коннектикут: Appleton & Lang. стр. 872–873. ISBN 978-0-8385-8034-9.[ нужна проверка ]
  27. ^ Фрелих, JC (1 января 1997 г.). «Опиоидные пептиды» (PDF) . Алкогольное здоровье и мир исследований . 21 (2): 132–136. ISSN  0090-838X. ПМК 6826828 . ПМИД  15704349. [ нужна проверка ]
  28. ^ аб Стерн, Е; Форт Ти Джей; Миллиер МВт; Пескин КС; Брезина В. (2007). «Декодирование модуляции нервно-мышечного преобразования». Нейрокомпьютинг . 70 (6954): 1753–1758. doi : 10.1016/j.neucom.2006.10.117. ПМК 2745187 . ПМИД  19763188. 
  29. ^ Табер, Кэтрин Х.; Херли, Робин А. (январь 2014 г.). «Передача объема в мозге: за пределами синапса». Журнал нейропсихиатрии и клинических нейронаук . 26 (1): iv–4. дои : 10.1176/appi.neuropsych.13110351 . ISSN  0895-0172. ПМИД  24515717.
  30. ^ Кастаньеда-Эрнандес GC, Бах-и-Рита П (август 2003 г.). «Передача объема и восприятие боли». Научный мировой журнал . 3 : 677–83. дои : 10.1100/tsw.2003.53 . ПМЦ 5974734 . ПМИД  12920309. 
  31. ^ Дрейер Дж.К., Херрик К.Ф., Берг Р.В., Хаунсгаард Дж.Д. (октябрь 2010 г.). «Влияние фазового и тонического высвобождения дофамина на активацию рецепторов». Дж. Нейроски . 30 (42): 14273–83. doi : 10.1523/JNEUROSCI.1894-10.2010. ПМК 6634758 . ПМИД  20962248. 
  32. ^ Гото Ю, Отани С, Грейс А.А. (июль 2007 г.). «Инь и Ян высвобождения дофамина: новая перспектива». Нейрофармакология . 53 (5): 583–587. doi :10.1016/j.neuropharm.2007.07.007. ПМК 2078202 . ПМИД  17709119. 
  33. ^ Крамс, Эллиот С.; Пекхэм, П. Хантер ; Резаи, Али Р., ред. (2009). Нейромодуляция, Vol. 1-2. Академическая пресса. стр. 1–1200. ISBN 978-0-12-374248-3. Проверено 6 сентября 2012 г.

Внешние ссылки