Нейромодуляция - Neuromodulation

Для лечения см. Нейромодуляция (медицина). Для использования в других целях см. Нейромодуляция (значения).

Нейромодуляция это физиологический процесс, посредством которого данный нейрон использует одно или несколько химических веществ для регулирования различных популяций нейронов. Нейромодуляторы обычно связываются с метаботропными, Рецепторы, сопряженные с G-белком (GPCR), чтобы инициировать каскад передачи сигналов второго мессенджера, который индуцирует широкий и продолжительный сигнал. Эта модуляция может длиться от сотен миллисекунд до нескольких минут. Некоторые из эффектов нейромодуляторов включают: изменение внутренней активности возбуждения,[1] увеличить или уменьшить токи, зависящие от напряжения,[2] изменить синаптическую эффективность, увеличить взрывную активность[2] и реконфигурация синаптической связи.[3]

Основные нейромодуляторы центральной нервной системы включают: дофамин, серотонин, ацетилхолин, гистамин, норэпинефрин и несколько нейропептиды. Нейромодуляторы могут быть упакованы в пузырьки и высвобождены нейронами, секретируются в виде гормонов и доставляются через систему кровообращения.[4] 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 спинномозговая жидкость (CSF), влияя (или "модулируя") активность нескольких других нейронов в мозг.[5]

Нейромодуляторные системы

Смотрите также: Нервные пути

Основным системы нейротрансмиттеров являются норадреналин (норэпинефриновая) система, дофамин система, серотонин система, а холинергический система. Лекарства, нацеленные на нейротрансмиттер таких систем, влияют на всю систему и объясняют механизм действия многих лекарств.

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

Системы нейромодуляторов
СистемаПроисхождение[6]Цели[6]Эффекты[6]
Норадреналиновая системаСиний цветАдренергические рецепторы в:
  • возбуждение (возбуждение - это физиологическое и психологическое состояние бодрствования или реакции на раздражители)
  • система вознаграждений
Боковое тегментальное поле
Дофаминовая системаДофамин пути:Дофаминовые рецепторы на окончании пути.
Серотониновая системакаудальный ядро дорсального шваРецепторы серотонина в:
ростральный ядро дорсального шваРецепторы серотонина в:
Холинергическая системаПедункулопонтинное ядро и дорсолатеральные тегментальные ядра (понтомезэнцефалотегментарный комплекс)(в основном) Рецепторы M1 в:
базальное оптическое ядро ​​Мейнерта(в основном) Рецепторы M1 в:
медиальный септальное ядро(в основном) Рецепторы M1 в:

Норадреналиновая система

Дальнейшая информация: Норэпинефрин § Норэпинефриновая система

Система норадреналина состоит всего из 1500 нейронов на каждой стороне мозга, в основном в голубое пятно. Это ничтожно мало по сравнению с более чем 100 миллиардами нейронов в головном мозге. Как и в случае дофаминергических нейронов в черной субстанции, нейроны в голубом пятне имеют тенденцию быть меланин -пигментированный. Норадреналин высвобождается из нейронов и действует на адренорецепторы. Норадреналин часто выделяется стабильно, чтобы подготовить поддерживающие глиальные клетки к калиброванным ответам. Несмотря на то, что в ней содержится относительно небольшое количество нейронов, при активации система норадреналина играет важную роль в мозге, включая участие в подавлении нейровоспалительного ответа, стимуляцию нейрональной пластичности посредством LTP, регуляцию поглощения глутамата астроцитами и LTD и консолидацию памяти. .[9]

Дофаминовая система

Дальнейшая информация: Дофамин § Функции мозга

Дофамин или дофаминергическая система состоит из нескольких путей, происходящих из брюшной покров или черная субстанция в качестве примеров. Он действует на дофаминовые рецепторы.[10]

болезнь Паркинсона по крайней мере частично связано с выпадением дофаминергических клеток в ядра глубокого мозга, в первую очередь пигментированные меланином нейроны в черная субстанция но во вторую очередь это норадренергические нейроны голубого пятна. Были предложены и осуществлены методы лечения, усиливающие действие предшественников дофамина, с умеренным успехом.

Фармакология дофамина

Серотониновая система

Дальнейшая информация: Серотонин § Общая анатомия

Серотонин, производимый мозгом, составляет около 10% от общего серотонина в организме. Большинство (80-90%) находится в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ).[11][12] Он путешествует по мозгу по медиальный пучок переднего мозга и действует на рецепторы серотонина. в периферическая нервная система Серотонин (например, в стенке кишечника) регулирует тонус сосудов.

Фармакология серотонина

  • Селективные ингибиторы обратного захвата серотонина (СИОЗС), такие как флуоксетин широко используемые антидепрессанты, которые специфически блокируют обратный захват серотонина с меньшим влиянием на другие передатчики.[13][14][15]
  • Трициклические антидепрессанты также блокируют обратный захват биогенных аминов из синапсов, но могут в первую очередь влиять на серотонин или норэпинефрин, или на то и другое. Обычно им требуется от 4 до 6 недель, чтобы облегчить любые симптомы депрессии. Считается, что они оказывают немедленное и долгосрочное воздействие.[13][15][16]
  • Ингибиторы моноаминоксидазы позволяют обратный захват биогенных аминовых нейротрансмиттеров из синапсов, но ингибируют фермент который обычно разрушает (метаболизирует) некоторые из передатчиков после их обратного захвата. Больше нейротрансмиттеров (особенно серотонин, норадреналин и дофамин ) доступны для выпуска в синапсы. ИМАО необходимо несколько недель, чтобы облегчить симптомы депрессии.[13][15][17][18]

Хотя изменения в нейрохимии обнаруживаются сразу после приема этих антидепрессантов, симптомы могут начаться не раньше, чем через несколько недель после приема. Одно только повышение уровня трансмиттера в синапсе не снимает депрессию или тревогу.[13][15][18]

Холинергическая система

Холинергическая система состоит из проекционных нейронов из педункулопонтинное ядро, латеродорсальное тегментальное ядро, и базальный передний мозг и интернейроны из полосатого тела и прилежащего ядра. Пока не ясно, действует ли ацетилхолин как нейромодулятор через объемная передача или классическая синаптическая передача, поскольку есть доказательства в поддержку обеих теорий. Ацетилхолин связывается с метаботропными мускариновые рецепторы (мАХР) и ионотропный никотиновые рецепторы (нАЧР). Было обнаружено, что холинергическая система участвует в ответе на сигналы, относящиеся к пути вознаграждения, в усилении обнаружения сигналов и сенсорного внимания, регуляции гомеостаза, опосредования реакции на стресс и кодирования формирования воспоминаний.[19][20]

ГАМК

Гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) оказывает подавляющее действие на деятельность головного и спинного мозга.[13]

Нейропептиды

Нейропептиды 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.[21] Большинство нейропептидов связываются с рецепторами, связанными с G-белком, однако некоторые нейропептиды напрямую закрывают ионные каналы или действуют через рецепторы киназ.

  • Опиоидные пептиды - большое семейство эндогенных нейропептидов, которые широко распространены в центральной и периферической нервной системе. Опиатные препараты, такие как героин и морфий действуют на рецепторы этих нейротрансмиттеров.[22][23]
  1. Эндорфины
  2. Энкефалины
  3. Динорфины

Нервно-мышечные системы

Нейромодуляторы могут изменять выходной сигнал физиологической системы, воздействуя на связанные входные данные (например, генераторы центральных паттернов ). Однако результаты моделирования показывают, что одного этого недостаточно,[24] 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.[24]

Объемная передача

Системы нейротрансмиттеров - это системы нейроны в мозгу, выражая определенные типы нейротрансмиттеры, и таким образом образуют отдельные системы. Активация системы вызывает эффекты в больших объемах мозга, называемые объемная передача. Объемная передача - это диффузия нейротрансмиттеров через внеклеточную жидкость 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.[25] Такое продолжительное действие передатчика называется тоническая передача, в отличие от фазовая передача это происходит быстро в одиночных синапсах.[26]

Другое использование

Нейромодуляция также относится к новому классу медицинских методов лечения, нацеленных на нервную систему для восстановления функций (например, при кохлеарные имплантаты ), облегчение боли или контроль симптомов, таких как тремор, наблюдаемых при двигательных расстройствах, таких как болезнь Паркинсона. Терапия состоит в первую очередь из направленной электрической стимуляции или введения лекарств в спинномозговую жидкость с использованием интратекальной доставки лекарств, таких как баклофен для спастичность. К устройствам электростимуляции относятся: глубокая стимуляция мозга системы (DBS), в просторечии называемые «кардиостимуляторы мозга», стимуляторы спинного мозга (SCS) и стимуляторы блуждающего нерва (ВНС), которые имплантируются с использованием минимально инвазивных процедур, или чрескожная электрическая стимуляция нервов устройства, которые, среди прочего, являются полностью внешними.[27]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ DeRiemer, S.A .; Strong, J. A .; Альберт, К. А .; Greengard, P .; Качмарек, Л. К. (24–30 января 1985 г.). «Увеличение тока кальция в нейронах аплизии с помощью сложного эфира форбола и протеинкиназы С». Природа. 313 (6000): 313–316. Bibcode:1985Натура.313..313D. Дои:10.1038 / 313313a0. ISSN  0028-0836. PMID  2578617. S2CID  4230710.
  2. ^ а б Harris-Warrick, R.M .; Фламм Р. Э. (июль 1987 г.). «Множественные механизмы взрыва в нейроне с условным разрывом». Журнал неврологии. 7 (7): 2113–2128. Дои:10.1523 / JNEUROSCI.07-07-02113.1987. ISSN  0270-6474. ЧВК  6568948. PMID  3112322.
  3. ^ Кляйн, М; Кандел, ЭР (ноябрь 1980 г.). «Механизм модуляции кальциевого тока, лежащий в основе пресинаптического облегчения и поведенческой сенсибилизации при аплизии». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 77 (11): 6912–6916. Bibcode:1980PNAS ... 77.6912K. Дои:10.1073 / pnas.77.11.6912. ISSN  0027-8424. ЧВК  350401. PMID  6256770.
  4. ^ Мардер, Ева (4 октября 2012 г.). «Нейромодуляция нейронных цепей: назад в будущее». Нейрон. 76 (1): 1–11. Дои:10.1016 / j.neuron.2012.09.010. ISSN  0896-6273. ЧВК  3482119. PMID  23040802.
  5. ^ Conlay, L.A .; Sabounjian, L.A .; Вуртман, Р. Дж. (1992). «Упражнения и нейромодуляторы: холин и ацетилхолин у марафонцев». Международный журнал спортивной медицины. 13 Дополнение 1: S141–2. Дои:10.1055 / с-2007-1024619. PMID  1483754.[требуется проверка ]
  6. ^ а б c Если иное не указано в полях, ref: Ранг, Х. П. (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.
  7. ^ а б c d е ж г Вульф, штат Нью-Джерси, Мясник, LL (1989). «Холинергические системы в головном мозге крыс: IV. Нисходящие проекции понтомезэнцефалического покрышки». Brain Res. Бык. 23 (6): 519–40. Дои:10.1016/0361-9230(89)90197-4. PMID  2611694. S2CID  4721282.
  8. ^ а б c d Вульф, штат Нью-Джерси, Мясник, LL (1986). «Холинергические системы в головном мозге крысы: III. Проекции от понтомезэнцефалической покрышки до таламуса, тектума, базальных ганглиев и базального переднего мозга». Brain Res. Бык. 16 (5): 603–37. Дои:10.1016/0361-9230(86)90134-6. PMID  3742247. S2CID  39665815.
  9. ^ О'Доннелл Дж., Зеппенфельд Д., Макконнелл Э., Пена С., Недергаард М. (ноябрь 2012 г.). «Норэпинефрин: нейромодулятор, который усиливает функцию нескольких типов клеток для оптимизации работы ЦНС». Neurochem. Res. 37 (11): 2496–512. Дои:10.1007 / s11064-012-0818-х. ЧВК  3548657. PMID  22717696.
  10. ^ Шелер, Г. (2004). «Регулирование эффективности рецептора нейромодулятора - последствия для целого нейрона и синаптической пластичности». Прог. Нейробиол. 72 (6): 399–415. arXiv:q-bio / 0401039. Bibcode:2004q.bio ..... 1039S. Дои:10.1016 / j.pneurobio.2004.03.008. PMID  15177784. S2CID  9353254.
  11. ^ Макинтош, Джеймс. «Что такое серотонин? Что серотонин делает?». Медицинские новости сегодня. Медицинские новости сегодня. Получено 12 апреля 2015.
  12. ^ Бергер М., Грей Дж. А., Рот Б. Л. (2009). «Расширенная биология серотонина». Анну. Преподобный Мед. 60: 355–66. Дои:10.1146 / annurev.med.60.042307.110802. ЧВК  5864293. PMID  19630576.
  13. ^ а б c d е Кандел, Эрик Р. (1991). Принципы нейронологии. Восточный Норуолк, Коннектикут: Appleton & Lang. стр.872–873. ISBN  978-0-8385-8034-9.
  14. ^ «Лекарства от депрессии: антидепрессанты, СИОЗС, антидепрессанты, СИОЗСН, антидепрессанты, ТЦА, антидепрессанты, ингибиторы МАО, усиливающие агенты, модуляторы активности серотонина-допамина, антидепрессанты, другое, стимуляторы, препараты для щитовидной железы, неврология и психиатрия, травы». emedicine.medscape.com. Получено 7 ноября 2016.
  15. ^ а б c d Кориелл, Уильям (2016). «Медикаментозное лечение депрессии». В Портер, Роберт С. (ред.). Руководство Merck (19 изд.). Станция Уайтхаус, Нью-Джерси: Merck. ISBN  978-0-911910-19-3.
  16. ^ «Медикаментозное лечение депрессии». Руководства Merck Professional Edition. Получено 7 ноября 2016.
  17. ^ Бендер, KJ; Уокер, ЮВ (8 октября 2012 г.). «Возвращение к необратимым ингибиторам моноаминоксидазы». Психиатрические времена. Получено 7 ноября 2016.
  18. ^ а б Вимбискус, Молли; Костенко, Ольга; Мэлоун, Дональд (1 декабря 2010 г.). «Ингибиторы МАО: риски, польза и знания». Кливлендский медицинский журнал клиники. 77 (12): 859–882. Дои:10.3949 / ccjm.77a.09103. ISSN  1939-2869. PMID  21147941. S2CID  33761576.
  19. ^ Пиччиотто MR, Хигли MJ, Mineur YS (октябрь 2012 г.). «Ацетилхолин как нейромодулятор: холинергическая передача сигналов формирует функцию и поведение нервной системы». Нейрон. 76 (1): 116–29. Дои:10.1016 / j.neuron.2012.08.036. ЧВК  3466476. PMID  23040810.
  20. ^ 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. ЧВК  2992803. PMID  20668433.
  21. ^ Nässel, Dick R .; Зандавала, Знакомьтесь (1 августа 2019 г.). «Последние достижения в передаче нейропептидных сигналов у дрозофилы, от генов до физиологии и поведения». Прогресс в нейробиологии. 179: 101607. Дои:10.1016 / j.pneurobio.2019.02.003. ISSN  0301-0082. PMID  30905728. S2CID  84846652.
  22. ^ Кандел, Эрик Р. (1991). Принципы нейронологии. Восточный Норуолк, Коннектикут: Appleton & Lang. стр.872–873. ISBN  978-0-8385-8034-9.[требуется проверка ]
  23. ^ Froehlich, J. C. (1 января 1997 г.). «Опиоидные пептиды» (PDF). Алкоголь, здоровье и мир исследований. 21 (2): 132–136. ISSN  0090-838X. ЧВК  6826828. PMID  15704349.[требуется проверка ]
  24. ^ а б Штерн, E; Fort TJ; Миллиер МВт; Пескин CS; Брезина В (2007). «Расшифровка модуляции нервно-мышечной трансформации». Нейрокомпьютинг. 70 (6954): 1753–1758. Дои:10.1016 / j.neucom.2006.10.117. ЧВК  2745187. PMID  19763188.
  25. ^ Castañeda-Hernández GC, Bach-y-Rita P (август 2003 г.). «Объемная передача и восприятие боли». ScientificWorldJournal. 3: 677–83. Дои:10.1100 / tsw.2003.53. ЧВК  5974734. PMID  12920309.
  26. ^ Дрейер Дж. К., Херрик К. Ф., Берг Р. В., Хонсгаард Дж. Д. (октябрь 2010 г.). «Влияние фазового и тонического высвобождения дофамина на активацию рецепторов». J. Neurosci. 30 (42): 14273–83. Дои:10.1523 / JNEUROSCI.1894-10.2010. ЧВК  6634758. PMID  20962248.
  27. ^ Krames, Elliot S .; Пекхэм, П. Хантер; Резаи, Али Р., ред. (2009). Нейромодуляция, Vol. 1-2. Академическая пресса. С. 1–1200. ISBN  978-0-12-374248-3. Получено 6 сентября 2012.

внешние ссылки