stringtranslate.com

Нейромодуляция

Нейромодуляция — это физиологический процесс, при котором данный нейрон использует одно или несколько химических веществ для регулирования различных популяций нейронов. Нейромодуляторы обычно связываются с метаботропными рецепторами , сопряженными с G-белком (GPCR), чтобы инициировать каскад сигналов вторичного мессенджера, который вызывает широкий, продолжительный сигнал. Эта модуляция может длиться от сотен миллисекунд до нескольких минут. Некоторые из эффектов нейромодуляторов включают изменение внутренней активности импульсации, [1] увеличение или уменьшение токов, зависящих от напряжения, [2] изменение синаптической эффективности, увеличение взрывной активности [2] и перенастройку синаптической связи. [3]

Иллюстрация соединения головного и спинного мозга с мышцей, иллюстрирующая связь между центральной и периферической нервной системой.

Основные нейромодуляторы в центральной нервной системе включают: дофамин , серотонин , ацетилхолин , гистамин , норадреналин , оксид азота и несколько нейропептидов . 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 кровеносную систему. [7] Нейромодулятор можно концептуализировать как нейротрансмиттер , который не реабсорбируется пресинаптическим нейроном или не распадается на метаболиты. Некоторые нейромодуляторы в конечном итоге проводят значительное количество времени в спинномозговой жидкости (СМЖ), влияя (или «модулируя») активность нескольких других нейронов в мозге . [ 8]

Нейромодуляторные системы

Основными нейротрансмиттерными системами являются норадреналиновая (норэпинефриновая) система, дофаминовая система, серотониновая система и холинергическая система. Препараты, воздействующие на нейротрансмиттеры таких систем, влияют на всю систему, что объясняет механизм действия многих препаратов.

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

Норадреналиновая система

Схема скелетной формулы норадреналина

Норадреналиновая система состоит примерно из 15 000 нейронов, в основном в голубом пятне . [12] Это ничтожно мало по сравнению с более чем 100 миллиардами нейронов в мозге. Как и дофаминергические нейроны в черной субстанции, нейроны в голубом пятне, как правило, пигментированы меланином . Норадреналин высвобождается из нейронов и действует на адренергические рецепторы . Норадреналин часто высвобождается постоянно, чтобы подготовить поддерживающие глиальные клетки к калиброванным ответам. Несмотря на то, что в системе норадреналина содержится относительно небольшое количество нейронов, при активации она играет важную роль в мозге, включая участие в подавлении нейровоспалительной реакции, стимуляцию нейрональной пластичности через LTP, регуляцию поглощения глутамата астроцитами и LTD, а также консолидацию памяти. [13]

Дофаминовая система

Дофаминовая или дофаминергическая система состоит из нескольких путей, берущих начало в вентральной покрышке или черной субстанции в качестве примеров. Она действует на дофаминовые рецепторы . [14]

Схема скелетной формулы дофамина

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

Фармакология дофамина

Серотониновая система

Скелетные формулы серотонина или 5-HT

Серотонин, вырабатываемый мозгом, составляет около 10% от общего количества серотонина в организме. Большая его часть (80-90%) находится в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ). [15] [16] Он перемещается по мозгу вдоль медиального переднего мозгового пучка и воздействует на серотониновые рецепторы . В периферической нервной системе (например, в стенке кишечника) серотонин регулирует сосудистый тонус.

Фармакология серотонина

Хотя изменения в нейрохимии обнаруживаются сразу после приема этих антидепрессантов, симптомы могут не начать улучшаться в течение нескольких недель после приема. Повышение уровня трансмиттера в синапсе само по себе не снимает депрессию или беспокойство. [17] [19] [22]

Холинергическая система

Холинергическая система состоит из проекционных нейронов из педункулопонтийного ядра , латеродорсального тегментального ядра и базального переднего мозга и интернейронов из полосатого тела и прилежащего ядра. Пока не ясно, действует ли ацетилхолин как нейромодулятор через объемную передачу или классическую синаптическую передачу, поскольку есть доказательства, подтверждающие обе теории. Ацетилхолин связывается как с метаботропными мускариновыми рецепторами (mAChR), так и с ионотропными никотиновыми рецепторами (nAChR). Было обнаружено, что холинергическая система участвует в реагировании на сигналы, связанные с путем вознаграждения, усиливая обнаружение сигнала и сенсорное внимание, регулируя гомеостаз, опосредуя реакцию на стресс и кодируя формирование воспоминаний. [23] [24]

ГАМК

Пример номенклатуры ГАМК

Гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) оказывает ингибирующее действие на активность головного и спинного мозга. [17] ГАМК — это аминокислота, которая является основным ингибирующим нейромедиатором для центральной нервной системы (ЦНС). Она снижает возбудимость нейронов, ингибируя передачу нервных импульсов. ГАМК выполняет множество различных функций во время развития и влияет на миграцию, пролиферацию и правильное морфологическое развитие нейронов. Она также влияет на сроки критических периодов и потенциально активирует самые ранние нейронные сети. Существует два основных типа рецепторов ГАМК: ГАМКa и ГАМКb. Рецепторы ГАМКa ингибируют высвобождение нейромедиатора и/или нейронную возбудимость и являются лиганд-управляемым хлоридным каналом. Рецепторы ГАМКb реагируют медленнее из-за GCPR, который действует, ингибируя нейроны. ГАМК может быть виновником многих расстройств, от шизофрении до большого депрессивного расстройства, поскольку ее ингибирующие характеристики ослабевают. [25] [26] [27]

Нейропептиды

Нейропептиды — это небольшие белки, используемые для коммуникации в нервной системе. Нейропептиды представляют собой наиболее разнообразный класс сигнальных молекул. Известно 90 генов, кодирующих предшественников нейропептидов человека. У беспозвоночных известно около 50 генов, кодирующих предшественников нейропептидов. [28] Большинство нейропептидов связываются с рецепторами, сопряженными с G-белком, однако некоторые нейропептиды напрямую управляют ионными каналами или действуют через рецепторы киназы.

  1. Эндорфины
  2. Энкефалины
  3. Динорфины

Нервно-мышечная система

Нейромодуляторы могут изменять выход физиологической системы, воздействуя на связанные входы (например, центральные генераторы паттернов ). Однако работа по моделированию предполагает, что этого недостаточно, [31] поскольку нейромышечная трансформация от нейронного входа к мышечному выходу может быть настроена на определенные диапазоны входа. Стерн и др. (2007) предполагают, что нейромодуляторы должны воздействовать не только на входную систему, но и должны изменять само преобразование, чтобы производить правильные сокращения мышц в качестве выхода. [31]

Объемная передача

Системы нейротрансмиттеров — это системы нейронов в мозге, экспрессирующие определенные типы нейротрансмиттеров , и, таким образом, образующие отдельные системы. Активация системы вызывает эффекты в больших объемах мозга, называемые объемной передачей . [32] Объемная передача — это диффузия нейротрансмиттеров через внеклеточную жидкость мозга, выделяемую в точках, которые могут быть удалены от целевых клеток, что приводит к активации внесинаптических рецепторов и с более длительным периодом времени, чем при передаче в одном синапсе. [33] Такое продолжительное действие трансмиттера называется тонической передачей , в отличие от фазической передачи , которая происходит быстро в отдельных синапсах. [34] [35]

Тоническая передача

Существует три основных компонента тонической передачи: непрерывное высвобождение, поддерживаемое высвобождение и базовая регуляция. В контексте нейромодуляции непрерывное высвобождение отвечает за высвобождение нейротрансмиттеров/нейромодуляторов на постоянном низком уровне из глиальных клеток и тонически активных нейронов. Устойчивое влияние обеспечивает долгосрочную стабильность всего процесса, а базовая регуляция гарантирует, что нейроны находятся в постоянном состоянии готовности реагировать на любые сигналы. Ацетилхолин, норадреналин, дофамин, норадреналин и серотонин являются одними из основных компонентов тонической передачи для опосредования возбуждения и внимания. [1]

Фазовая передача

Существует три основных компонента фазовой передачи: всплеск высвобождения, переходные эффекты и стимул-управляемые эффекты. Как следует из названия, всплеск высвобождения отвечает за высвобождение нейротрансмиттеров/нейромодуляторов в интенсивных, острых всплесках. Переходные эффекты создают острые кратковременные корректировки в нейронной активности. Наконец, как следует из названия, стимул-управляемые эффекты реагируют на сенсорный вход, внешние стрессоры и стимулы вознаграждения, которые включают дофамин, норадреналин и серотонин. [2]

Виды нейромодуляционной терапии и лечения

Существует две основные категории нейромодуляционной терапии: химическая и электрическая.

Электрическая нейромодуляторная терапия

Электрическая нейромодуляция имеет три подкатегории: глубокая мозговая, спинномозговая и транскраниальная, каждая из которых направлена ​​на лечение определенных состояний. Глубокая стимуляция мозга подразумевает хирургическую имплантацию электродов в определенные отделы мозга, которые обычно отвечают за дефицит движения и контроля моторики и расстройства, такие как болезнь Паркинсона и тремор. Стимуляция спинного мозга работает путем размещения около спинного мозга для отправки электрических сигналов через тело для лечения различных форм хронической боли, таких как боль в пояснице и КРБС. Эта форма лечения нейромодулятором считается одним из наиболее рискованных методов лечения из-за его манипуляции около спинного мозга. Транскраниальная магнитная стимуляция немного отличается тем, что она использует магнитное поле для генерации электрических токов по всему мозгу. Это лечение широко используется для лечения различных состояний психического здоровья, таких как депрессия, обсессивно-компульсивное расстройство и другие расстройства настроения.[3][4]

Нейромодуляция часто используется в качестве механизма лечения умеренных и тяжелых мигреней путем стимуляции нервов. Эти методы лечения работают, используя основные восходящие пути. Существует три основных режима. Он работает путем подключения устройства к телу, которое посылает электрические импульсы непосредственно в пораженный участок (транскутанная электронейростимуляция), непосредственно в мозг (транскраниальная магнитная стимуляция) или путем удерживания устройства близко к шее, которое работает, чтобы блокировать модуляцию болевых сигналов от ПНС к ЦНС. [5] и посылает два из самых известных режимов этого лечения, которые являются электрической и магнитной стимуляцией. Электрическая стимуляция нервов и некоторые из характеристик включают транскраниальную переменную стимуляцию и транскраниальную стимуляцию постоянным током. Другой - магнитная стимуляция, которая включает одиночный импульс и повторяющуюся транскраниальную стимуляцию.

Химическая нейромодулярная терапия

Химическая нейромодуляция в основном состоит из взаимодействия природных и искусственных химических веществ для лечения различных состояний. Она использует как инвазивные, так и неинвазивные методы лечения, включая насосы, инъекции и пероральные препараты. Этот метод лечения может использоваться для управления иммунными реакциями, такими как воспаление, настроение и двигательные расстройства. [6]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ DeRiemer SA, Strong JA, Albert KA, Greengard P, Kaczmarek LK (24–30 января 1985 г.). «Усиление кальциевого тока в нейронах Aplysia с помощью форболового эфира и протеинкиназы C». Nature . 313 (6000): 313–316. Bibcode :1985Natur.313..313D. doi :10.1038/313313a0. PMID  2578617. S2CID  4230710.
  2. ^ ab Harris-Warrick RM, Flamm RE (июль 1987 г.). «Множественные механизмы разрыва в условно разрывающемся нейроне». Журнал нейронауки . 7 (7): 2113–2128. doi :10.1523/JNEUROSCI.07-07-02113.1987. PMC 6568948. PMID  3112322 . 
  3. ^ Klein M, Kandel ER (ноябрь 1980 г.). «Механизм модуляции кальциевого тока, лежащий в основе пресинаптического облегчения и поведенческой сенсибилизации у аплизии». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 77 (11): 6912–6916. Bibcode : 1980PNAS...77.6912K. doi : 10.1073/pnas.77.11.6912 . PMC 350401. PMID  6256770. 
  4. ^ Fortin DA, Levine ES (январь 2007). «Дифференциальные эффекты эндоканнабиноидов на глутаматергические и ГАМКергические входы в пирамидальные нейроны слоя 5». Cerebral Cortex . 17 (1): 163–174. doi : 10.1093/cercor/bhj133 . PMID  16467564.
  5. ^ Good CH (январь 2007). «Эндоканнабиноид-зависимая регуляция прямого торможения в мозжечковых клетках Пуркинье». Журнал нейронауки . 27 (1): 1–3. doi :10.1523/JNEUROSCI.4842-06.2007. PMC 6672293. PMID  17205618 . 
  6. ^ Хашимотодани Y, Оно-Шосаку T, Кано M (январь 2007). «Пресинаптическая моноацилглицероллипаза активность определяет базальный тонус эндоканнабиноидов и прекращает ретроградную передачу эндоканнабиноидных сигналов в гиппокампе». Журнал нейронауки . 27 (5): 1211–1219. doi :10.1523/JNEUROSCI.4159-06.2007. PMC 6673197. PMID  17267577 . 
  7. ^ Marder E (октябрь 2012 г.). «Нейромодуляция нейронных цепей: назад в будущее». Neuron . 76 (1): 1–11. doi :10.1016/j.neuron.2012.09.010. PMC 3482119 . PMID  23040802. 
  8. ^ Conlay LA, Sabounjian LA, Wurtman RJ (октябрь 1992 г.). «Упражнения и нейромодуляторы: холин и ацетилхолин у марафонцев». Международный журнал спортивной медицины . 13 (Приложение 1): S141–S142. doi :10.1055/s-2007-1024619. PMID  1483754. S2CID  36276472. [ требуется проверка ]
  9. ^ abc Если в полях не указано иное, то ссылка: Rang, HP (2003). Фармакология . Эдинбург: Churchill Livingstone. 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 Woolf NJ, Butcher LL (декабрь 1989). "Холинергические системы в мозге крысы: IV. Нисходящие проекции понтомезэнцефального покрышки". Brain Research Bulletin . 23 (6): 519–540. doi :10.1016/0361-9230(89)90197-4. PMID  2611694. S2CID  4721282.
  11. ^ abcd Woolf NJ, Butcher LL (май 1986). "Холинергические системы в мозге крысы: III. Проекции от понтомезэнцефального тегментума к таламусу, тектуму, базальным ганглиям и базальному переднему мозгу". Brain Research Bulletin . 16 (5): 603–637. doi :10.1016/0361-9230(86)90134-6. PMID  3742247. S2CID  39665815.
  12. ^ Сара SJ, Буре S (октябрь 2012 г.). «Ориентация и переориентация: голубое пятно опосредует познание через возбуждение». Neuron . 76 (1): 130–141. doi : 10.1016/j.neuron.2012.09.011 . PMID  23040811.
  13. ^ O'Donnell J, Zeppenfeld D, McConnell E, Pena S, Nedergaard M (ноябрь 2012 г.). «Норэпинефрин: нейромодулятор, который усиливает функцию нескольких типов клеток для оптимизации работы ЦНС». Neurochemical Research . 37 (11): 2496–2512. doi :10.1007/s11064-012-0818-x. PMC 3548657 . PMID  22717696. 
  14. ^ Scheler G (апрель 2004 г.). «Регулирование эффективности рецепторов нейромодуляторов — последствия для пластичности целых нейронов и синаптической пластичности». Progress in Neurobiology . 72 (6): 399–415. arXiv : q-bio/0401039 . Bibcode :2004q.bio.....1039S. doi :10.1016/j.pneurobio.2004.03.008. PMID  15177784. S2CID  9353254.
  15. ^ Макинтош Дж. «Что такое серотонин? Что делает серотонин?». Medical News Today . Получено 12 апреля 2015 г.
  16. ^ Бергер М., Грей JA, Рот BL (2009). «Расширенная биология серотонина». Annual Review of Medicine . 60 : 355–366. doi :10.1146/annurev.med.60.042307.110802. PMC 5864293. PMID  19630576 . 
  17. ^ abcde Кандель Э.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, СИОЗСН, антидепрессанты, ТЦА, антидепрессанты, ингибиторы МАО, усиливающие агенты, модуляторы активности серотонина и дофамина, антидепрессанты, другие, стимуляторы, препараты для щитовидной железы, неврология и психиатрия, травы". emedicine.medscape.com . Получено 7 ноября 2016 г.
  19. ^ abcd Coryell W (2016). «Лечение депрессии лекарственными средствами». В Porter RS ​​(ред.). The Merck Manual (19-е изд.). Whitehouse Station, NJ: Merck. ISBN 978-0-911910-19-3.
  20. ^ "Лечение депрессии лекарственными средствами". Merck Manuals Professional Edition . Получено 7 ноября 2016 г.
  21. ^ Bender KJ, Walker SE (8 октября 2012 г.). «Необратимые ингибиторы моноаминоксидазы: новый взгляд». Psychiatric Times . Psychiatric Times Vol 29 No 10. 29 (10) . Получено 7 ноября 2016 г.
  22. ^ ab Wimbiscus M, Kostenko O, Malone D (декабрь 2010 г.). «Ингибиторы МАО: риски, преимущества и знания». Cleveland Clinic Journal of Medicine . 77 (12): 859–882. ​​doi : 10.3949/ccjm.77a.09103 . PMID  21147941. S2CID  33761576.
  23. ^ Picciotto MR, Higley MJ, Mineur YS (октябрь 2012 г.). «Ацетилхолин как нейромодулятор: холинергическая сигнализация формирует функцию и поведение нервной системы». Neuron . 76 (1): 116–129. doi :10.1016/j.neuron.2012.08.036. PMC 3466476 . PMID  23040810. 
  24. ^ Хассельмо ME, Сартер M (январь 2011). «Режимы и модели холинергической нейромодуляции переднего мозга при познании». Нейропсихофармакология . 36 (1): 52–73. doi :10.1038/npp.2010.104. PMC 2992803. PMID  20668433 . 
  25. ^ Allen MJ, Sabir S, Sharma S (2024). "GABA Receptor". StatPearls . Treasure Island (FL): StatPearls Publishing. PMID  30252380. Получено 27 июня 2024 г.
  26. ^ Sigel E, Steinmann ME (ноябрь 2012 г.). «Структура, функция и модуляция рецепторов ГАМК(А)». Журнал биологической химии . 287 (48): 40224–40231. doi : 10.1074/jbc.R112.386664 . PMC 3504738. PMID  23038269 . 
  27. ^ Sorge R (2020). Динамика боли . Великая река. ISBN 978-1-64496-496-5.
  28. ^ Nässel DR, Zandawala M (август 2019). «Последние достижения в области передачи сигналов нейропептидов у дрозофилы, от генов до физиологии и поведения». Progress in Neurobiology . 179 : 101607. doi : 10.1016/j.pneurobio.2019.02.003. PMID  30905728. S2CID  84846652.
  29. ^ Кандель Э.Р. (1991). Принципы нейронауки . Восточный Норуолк, Коннектикут: Appleton & Lang. стр. 872–873. ISBN 978-0-8385-8034-9. [ требуется проверка ]
  30. ^ Froehlich JC (1 января 1997 г.). «Опиоидные пептиды» (PDF) . Alcohol Health and Research World . 21 (2): 132–136. PMC 6826828. PMID 15704349  .  [ требуется проверка ]
  31. ^ ab Stern E, Fort TJ, Miller MW, Peskin CS, Brezina V (июнь 2007 г.). «Декодирование модуляции нейромышечного преобразования». Neurocomputing . 70 (10): 1753–1758. doi :10.1016/j.neucom.2006.10.117. PMC 2745187 . PMID  19763188. 
  32. ^ Taber KH, Hurley RA (январь 2014). «Передача объема в мозге: за пределами синапса». Журнал нейропсихиатрии и клинических нейронаук . 26 (1): iv, 1-iv, 4. doi : 10.1176/appi.neuropsych.13110351 . PMID  24515717.
  33. ^ Кастаньеда-Эрнандес GC, Бах-и-Рита П (август 2003 г.). «Передача объема и восприятие боли». Научный мировой журнал . 3 : 677–683. дои : 10.1100/tsw.2003.53 . ПМЦ 5974734 . ПМИД  12920309. 
  34. ^ Dreyer JK, Herrik KF, Berg RW, Hounsgaard JD (октябрь 2010 г.). «Влияние фазического и тонического высвобождения дофамина на активацию рецепторов». The Journal of Neuroscience . 30 (42): 14273–14283. doi :10.1523/JNEUROSCI.1894-10.2010. PMC 6634758. PMID  20962248 . 
  35. ^ Goto Y, Otani S, Grace AA (октябрь 2007 г.). «Инь и Ян высвобождения дофамина: новая перспектива». Neuropharmacology . 53 (5): 583–587. doi :10.1016/j.neuropharm.2007.07.007. PMC 2078202 . PMID  17709119. 
  36. ^ Bush SS, Ruff RM, Tröster AI, Barth JT, Koffler SP, Pliskin NH и др. (июнь 2005 г.). «Оценка валидности симптомов: практические вопросы и медицинская необходимость. Комитет по политике и планированию NAN». Архивы клинической нейропсихологии . 20 (4): 419–426. doi :10.1016/j.acn.2005.02.002. PMID  15896556.
  37. ^ Greher MR, Wodushek TR (март 2017 г.). «Тестирование валидности результатов в нейропсихологии: научная основа и клиническое применение — краткий обзор». Журнал психиатрической практики . 23 (2): 134–140. doi :10.1097/PRA.00000000000000218. PMID  28291039.

Внешние ссылки