Ricardo Cruciani
, MD, PhD, Center for Pain Palliative Medicine, Drexel University College of Medicine
Một nơron thần kinh sinh ra điện thế hoạt động và lan truyền dọc theo sợi trục của nó, sau đó truyền tín hiệu này qua synap thần kinh bằng cách giải phóng các chất dẫn truyền thần kinh, gây ra phản ứng ở một nơron thần kinh khác hoặc một tế bào của cơ quan đáp ứng (ví dụ tế bào cơ, hầu hết các tế bào nội tiết và ngoại tiết). Các chất dẫn truyền thần kinh được giải phóng liên kết với các thụ thể trên một nơron khác. Các nơ-ron giải phóng các chất dẫn truyền thần kinh được gọi là các nơ-ron trước synap. Các nơ-ron nhận tín hiệu dẫn truyền thần kinh được gọi là các nơ-ron sau synap. Tín hiệu có thể kích thích hoặc ức chế tế bào tiếp nhận, phụ thuộc vào chất dẫn truyền thần kinh và thụ thể tham gia.
Đang xem: Thuốc tăng dẫn truyền thần kinh
Đôi khi các tín hiệu giữa các nơ-ron xảy ra theo hướng ngược lại (được gọi là dẫn truyền ngược dòng). Trong những trường hợp như vậy, các sợi nhánh (một nhánh nhận nơ-ron) trên các nơ-ron sau synap giải phóng các chất dẫn truyền thần kinh ảnh hưởng đến các thụ thể trên các nơ-ron trước synap. Truyền ngược có thể ức chế các nơ-ron trước synap giải phóng các chất dẫn truyền thần kinh bổ sung và giúp kiểm soát mức độ hoạt động và liên lạc giữa các nơ-ron.
Một nơron có thể đồng thời nhận được nhiều xung thần kinh – hoạt hóa và ức chế từ các nơron khác và tích hợp đồng thời các xung thần kinh thành một số các dạng dẫn truyền khác nhau.
Dẫn truyền điện thế hoạt động dọc theo sợi trục là một hoạt động điện, gây ra bởi sự trao đổi của ion Na+ và K+ ion qua màng sợi trục. Một nơron nhất định sẽ tạo ra cùng một loại điện thế hoạt động sau mỗi kích thích, dẫn truyền với vận tốc cố định dọc theo sợi trục. Vận tốc phụ thuộc vào đường kính sợi trục và mức độ myelin hóa, dao động trong khoảng từ 1 đến 4 m/giây đối với các sợi nhỏ không có bao myelin đến 75 m/giây ở những sợi lớn có bao myelin. Tốc độ dẫn truyền cao hơn ở các sợi myelin hóa vì vỏ myelin có các eo không có bao myelin cách nhau đều đặn (các eo Ranvier). Xung điện thần kinh dẫn truyền kiểu nhảy cóc từ eo này sang eo tiếp, bỏ qua phần bao myelin của sợi trục. Do đó, các bệnh lý làm thay đổi bao myelin (ví dụ: bệnh đa xơ cứng Xơ cứng rải rác (MS)
rải rác) sẽ gây ảnh hưởng sự dẫn truyền xung thần kinh, gây ra các triệu chứng thần kinh khác nhau.
Dẫn truyền xung thần kinh là hoạt động hóa học, gây ra bởi sự giải phóng các chất dẫn truyền thần kinh đặc hiệu khỏi đầu mút tận cùng dây thần kinh. Các chất dẫn truyền thần kinh khuếch tán qua khe synap và gắn với các thụ thể đặc hiệu trên tế bào thần kinh liền kề hoặc tế bào đích. Tùy thuộc vào thụ thể, đáp ứng có thể là hoạt hóa hoặc ức chế. Thông thường, các nơ-ron không chạm vào nhau; thay vào đó, chúng giao tiếp thông qua việc truyền dẫn các chất dẫn truyền thần kinh qua các khớp thần kinh.
Synap có loại synap điện, không liên quan đến chất dẫn truyền thần kinh; các kênh ion kết nối trực tiếp bào tương của các tế bào thần kinh trước và sau synap. Đây là loại dẫn truyền thần kinh nhanh nhất.
Thân tế bào thần kinh sản sinh ra các enzyme tổng hợp hầu hết các chất dẫn truyền thần kinh được lưu trữ trong các túi của cúc tận cùng thần kinh (xem hình Sự dẫn truyền thần kinh Dẫn truyền thần kinh
). Số lượng enzyme trong một túi (thường là vài nghìn phân tử) được định nghĩa là một đơn vị lượng tử. Điện thế hoạt động khi dẫn truyền đến cuối dây thần kinh sẽ mở các kênh canxi của sợi trục; dòng Ca sau khi được giải phóng có tác dụng hòa các túi vào màng các đầu tận cùng tế bào thần kinh làm giải phóng các phân tử dẫn truyền thần kinh từ nhiều túi. Sự hòa màng tạo ra một lỗ thông qua đó các phân tử được giải phóng vào khe synap gọi là quá trình xuất bào.
Phản ứng được kích hoạt bởi sự giải phóng chất dẫn truyền thần kinh có thể kích thích hoặc kích hoạt tế bào thần kinh sau synap hoặc ức chế hoặc ngăn chặn hoạt động của nó. Các nơ-ron sau synap nhận được nhiều tín hiệu dẫn truyền thần kinh và tín hiệu điện từ nhiều nơ-ron. Các nơ-ron nhận cuối cùng kết hợp các đầu vào với nhau, và nếu nhận được nhiều tín hiệu kích thích hơn, nơ-ron sẽ kích hoạt và gửi tín hiệu đến các nơ-ron khác. Nếu tổng các tín hiệu là ức chế, tế bào thần kinh không kích hoạt và không ảnh hưởng đến hoạt động của các tế bào thần kinh khác. Tổng hợp các câu trả lời này được gọi là tổng kết.
Tổng hợp không gian: Khi nhận được nhiều xung trên các vị trí khác nhau của nơron và sau đó tế bào thần kinh tổng hợp chúng lại
Tổng hợp tạm thời: Khi nhận được xung động trong một khoảng thời gian ngắn và sau đó được thêm vào cùng nhau
Để một nơron phát ra tín hiệu và kích hoạt, nó phải đạt tới ngưỡng tiềm năng. Một ngưỡng tiềm năng được tạo ra bởi sự gia tăng ròng của dòng natri vào trong tế bào trong quá trình trao đổi ion natri và kali. Khi đủ natri vào trong tế bào, ngưỡng đạt được; khi đạt đến ngưỡng, một điện thế hoạt động sẽ bị loại bỏ; nó di chuyển dọc theo màng tế bào thần kinh. Nếu không đạt đến ngưỡng, không có khả năng xảy ra.
Điện thế hoạt động mở các kênh canxi của sợi trục (không được hiển thị). Calcium kích hoạt các túi giải phóng các chất dẫn truyền thần kinh (NT). Các phân tử NT đi vào các khe synap. Một số gắn với thụ thể sau synap, tạo ra một phản ứng. Những chất khác được bơm trở lại sợi trục và được lưu trữ hoặc khuếch tán vào các mô xung quanh.
Số lượng chất dẫn truyền thần kinh trong đầu mút tận cùng thường độc lập với hoạt động của dây thần kinh và được giữ tương đối hằng định bằng cách thay đổi sự hấp thu các tiền chất của các chất dẫn truyền thần kinh hoặc hoạt động của các enzyme liên quan đến tổng hợp hoặc phá huỷ các chất dẫn truyền thần kinh. Kích thích các thụ thể trước synap có thể làm giảm tổng hợp chất dẫn truyền thần kinh trước synap, trong khi ức chế có thể làm tăng tổng hợp.
Tương tác chất dẫn truyền thần kinh-thụ thể phải được chấm dứt nhanh chóng để chấm dứt hoạt động liên tục của chất dẫn truyền thần kinh và/hoặc cho phép kích hoạt nhanh chóng, lặp lại các thụ thể. Các chất dẫn truyền thần kinh khi đã tương tác với thụ thể có thể xảy ra một trong các trường hợp sau:
Chúng có thể nhanh chóng được bơm trở lại các đầu dây thần kinh trước synap bằng các quá trình hoạt động, phụ thuộc vào ATP (tái hấp thu) để tái chế hoặc phá hủy..
Các chất dẫn truyền thần kinh do các đầu cuối thần kinh tiếp nhận được đóng gói lại trong các hạt hoặc túi trong đầu cuối sợi trục để tái sử dụng.
Rối loạn chức năng của các quá trình này có thể dẫn đến các hội chứng lâm sàng. Ví dụ, mất trí nhớ trong bệnh Alzheimer được cho là liên quan đến sự thiếu hụt chất dẫn truyền thần kinh acetylcholine trong các khớp thần kinh, làm trung gian cho việc nằm xuống của những ký ức mới. Một số loại thuốc (ví dụ, donepezil, galanthamine, Rivastigmine) chặn enzyme acetylcholinesterase (làm hỏng acetylcholine) và do đó làm tăng lượng acetylcholine trong synap. Kết quả là, chức năng bộ nhớ có thể cải thiện.
Một số loại nơ-ron đơn có thể giải phóng hai hoặc nhiều chất dẫn truyền thần kinh khác nhau (gọi là dẫn truyền thần kinh) – ví dụ như acetylcholine và glutamate. Nhiều chất dẫn truyền thần kinh có thể tác động lên một nơ-ron sau synap hoặc ảnh hưởng đến nhiều nơ-ron sau synap. Truyền dẫn cho phép giao tiếp phức tạp giữa các nơ-ron để kiểm soát các sự kiện khác nhau trong hệ thần kinh trung ương và hệ thần kinh ngoại vi (PNS).
Các thụ thể của chất dẫn truyền thần kinh là phức hợp protein phân bố khắp trên màng tế bào. Bản chất của chúng quyết định chất dẫn truyền thần kinh có tác dụng kích thích hay ức chế. Các thụ thể liên tục bị kích thích bởi các chất dẫn truyền thần kinh hoặc thuốc trở nên không nhạy cảm (điều chỉnh xuống); những thụ thể không bị kích thích bởi chất dẫn truyền thần kinh hoặc bị chẹn mạn tính bởi thuốc trở thành siêu nhạy cảm (điều chỉnh lên). Sự điều chỉnh xuống hoặc điều chỉnh lên của các thụ thể có ảnh hưởng mạnh đến sự tiến triển của khả năng dung nạp và sự lệ thuộc của cơ thể. Những khái niệm này đặc biệt quan trọng trong cấy ghép nội tạng hoặc mô, trong đó sự cắt bỏ thần kinh sẽ loại bỏ các thụ thể của những chất dẫn truyền thần kinh. Các triệu chứng của hội chứng cai có thể được giải thích một phần bởi hiện tượng hồi ứng do sự thay đổi mật độ hoặc ái tính của thụ thể.
Hầu hết các chất dẫn truyền thần kinh tương tác chủ yếu với các thụ thể sau synap, nhưng có một số thụ thể nằm trên các tế bào thần kinh trước synap có tác dụng kiểm soát sự giải phóng các chất dẫn truyền thần kinh.
Một nhóm các thụ thể, được gọi là thụ thể hướng ion (ví dụ thụ thể N-metyl-d-glutamate, kinate-quisqualate, nicotinic acetylcholine, glycine và gama-aminobutyric acid
Ít nhất 100 chất có thể hoạt động như các chất dẫn truyền thần kinh; khoảng 18 chất rất quan trọng. Một số xuất hiện dưới các hình thức khác nhau. Các chất dẫn truyền thần kinh có thể được phân thành các nhóm khác nhau, như
Các phân tử nhỏ (ví dụ, glutamate, axit gamma-aminobutyric, glycine, adenosine, acetylcholine, serotonin, histamine, noradrenaline)
Trong hệ thần kinh trung ương, những axit amin này là những chất dẫn truyền thần kinh có tính kích thích. Chúng hoạt động ở vỏ não, tiểu não và tủy sống. Glutamate làm nơron tăng tổng hợp nitric oxid (NO). Glutamate dư thừa có thể gây độc, làm tăng Ca nội bào, các gốc tự do và hoạt động proteinase. Những chất dẫn truyền thần kinh này có thể góp phần vào khả năng dung nạp với opioid và là trung gian đối với triệu chứng tăng cảm giác đau.
Các thụ thể glutamate được phân loại là thụ thể NMDA (N-metyl-d-aspartate) và các thụ thể không phải NMDA. Phencyclidine (PCP, còn gọi là bụi thiên thần) và memantine (dùng để điều trị bệnh Alzheimer) gắn với thụ thể NMDA.
GABA là chất dẫn truyền thần kinh ức chế chủ yếu trong não. Nó là một axit amin có nguồn gốc từ glutamate, được decarboxyl bởi enzyme glutamate decarboxylase. Sau khi tương tác với thụ thể của nó, GABA được bơm chủ động trở lại các đầu mút tận cùng thần kinh và được chuyển hóa. Glycine có hoạt động giống như GABA, hoạt động chủ yếu ở các tế bào trung gian thần kinh (các tế bào Renshaw) của tủy sống và trong các vòng dẫn truyền làm giãn các cơ đối vận.
Các thụ thể GABA được phân loại là GABAA (kích hoạt kênh clorua) và GABAB (kích thích sự hình thành cAMP). Thuốc có tác dụng lên thần kinh như benzodiazepine, barbiturate, picrotoxin và muscimol gây tác động lên các thụ thể GABAA. Rượu cũng liên kết với thụ thể GABA-A. Baclofen kích hoạt các thụ thể GABAB, được sử dụng để điều trị co cơ (ví dụ trong đa xơ cứng).
Serotonin (5-hydroxytryptamine, hoặc 5-HT) được tạo ra bởi nhân raphe, các nơron đường giữa của cầu não và phần trên thân não. Tryptophan được hydroxyl hóa bởi tryptophan hydroxylase thành 5-hydroxytryptophan, sau đó khử carboxyl thành serotonin. Nồng độ serotonin được kiểm soát bởi sự hấp thu của tryptophan, monoamine oxidase (MAO) bên trong tế bào thần kinh và sự giáng hóa serotonin. Cuối cùng, serotonin được bài tiết qua nước tiểu dưới dạng axit 5-hydroxyindoacetic hoặc 5-HIAA.
Các thụ thể serotoninergic (5-HT) (với ít nhất 15 phân typ) được phân loại là 5-HT1 (với 4 nhóm), 5-HT2, và 5-HT3. Các chất chủ vận chọn lọc thụ thể serotonin (như sumatriptan) có thể làm mất triệu chứng đau nửa đầu.
Acetylcholine là chất dẫn truyền thần kinh chính của nơron vận động vùng hành-tủy, các sợi thần kinh thực vật trước hạch, các sợi dây thần kinh cholinergic sau hạch (phó giao cảm) và nhiều tế bào thần kinh trong hệ thần kinh trung ương (CNS) (VD: hạch nền, vỏ não vận động). Chất này được tổng hợp từ choline và acetyl coenzyme A bằng cholin acetyltransferase và chất này nhanh chóng hết tác dụng bởi sự thủy phân tại chỗ của enzyme acetylcholinesterase tạo thành choline và acetate. Nồng độ Acetylcholine được điều chỉnh bởi choline acetyltransferase và do sự hấp thu cholin. Nồng độ của chất dẫn truyền thần kinh này giảm ở bệnh nhân bị bệnh Alzheimer.
Các thụ thể cholinergic được phân loại là nicotinic N1 (trong tủy thượng thận và hạch thần kinh thực vật) hoặc N2 (trong cơ xương) hoặc muscarinic M1 cho tới M5 (phân bố rộng rãi trong CNS). M1 xuất hiện trong hệ thống thần kinh tự động, thể vân, vỏ não và vùng hải mã; M2 xuất hiện trong hệ thống thần kinh tự chủ, tim, cơ trơn của ruột, cơ trán và tiểu não.
Dopamine tương tác với các thụ thể của một số sợi thần kinh ngoại vi và nhiều tế bào thần kinh trung ương (ví dụ ở liềm đen, não giữa, khu vực mái bụng và vùng dưới đồi). Axit amin tyrosine được các tế bào thần kinh dopaminergic thu nhận và chuyển hóa bởi men tyrosine hydroxylase thành 3,4-dihydroxyphenylalanine (dopa), được khử carboxyl bằng aromatic-l-amino-acid decarboxylase thành dopamine. Sau khi giải phóng và tương tác với thụ thể, dopamine được chủ động bơm trở lại (thu hồi) vào đầu mút tận cùng thần kinh. Nồng độ dopamine trong các mút tận cùng thần kinh được điều chỉnh bởi enzyme tyrosine hydroxylase và MAO (làm giáng hóa dopamine).
Các thụ thể dopaminergic được phân loại là D1 đến D5. Thụ thể D3 và D4 đóng một vai trò trong kiểm soát tư duy (hạn chế các triệu chứng âm tính của tâm thần phân liệt); kích hoạt thụ thể D2 kiểm soát các hệ thống ngoại tháp. Tuy nhiên, ái lực đối với thụ thể không tương ứng với khả năng đáp ứng (tác dụng). Ví dụ ropinirole thuốc có ái lực cao đối với thụ thể D3 nhưng có tác dụng thông qua việc kích hoạt thụ thể D2.
Norepinephrine là chất dẫn truyền thần kinh của hầu hết các sợi thần kinh giao cảm sau hạch và nhiều tế bào thần kinh trung ương (ví dụ, ở nhân xanh và vùng dưới đồi). Tiền chất tyroxin được chuyển thành dopamine, chất này được hydroxyl hóa bởi dopamine beta-hydroxylase thành norepinephrine. Sau khi giải phóng và tương tác với thụ thể, một số norepinephrine bị giáng hóa bởi catechol O-methyltransferase (COMT) và phần còn lại được tích cực đưa trở lại đầu cuối thần kinh, nơi nó bị phân hủy bởi MAO. Nồng độ norepinephrine trong tế bào thần kinh được điều hòa bởi tyrosine hydroxylase, dopamine beta -hydroxylase và MAO.
Các thụ thể adrenergic được phân loại là alpha 1 (sau synap trong hệ thống giao cảm), alpha 2 (trước synap trong hệ thống giao cảm và sau synap trong não), beta 1 (trong tim) hoặc beta 2 (trong cấu trúc có phân bố thần kinh giao cảm khác).
Endorphins là các polypeptide lớn kích hoạt nhiều nơron trung ương (ví dụ ở vùng dưới đồi, hạch hạnh nhân, đồi thị và nhân xanh). Thân tế bào chứa một polypeptide lớn được gọi là pro-opiomelanocortin, tiền thân của α-, beta – và γ-endorphin. Pro-opiomelanocortin này được vận chuyển xuống sợi trục và cắt thành các mảnh; một trong số đó là beta-endorphin, chứa trong các nơron phóng chiếu tới vùng chất xám quanh kênh, cấu trúc hệ viền và các nơron có chứa catecholamine chính trong não. Sau khi giải phóng và tương tác với các thụ thể, beta-endorphin được thủy phân bởi peptidases.
Enkephalin bao gồm met-enkephalin là các polypeptide nhỏ có trong nhiều nơron trung ương (ví dụ như trong cầu nhạt, đồi thị, nhân đuôi và chất xám trung tâm). Tiền thân của các chất này là proenkephalin, được hình thành trong thân tế bào, sau đó phân chia bởi các peptidase đặc hiệu thành các peptide có hoạt tính. Những chất này cũng nằm trong tủy sống, nơi chúng điều chỉnh tín hiệu đau. Các chất dẫn truyền thần kinh của tín hiệu đau ở sừng sau của tủy sống là glutamate và chất P. Enkephalins giảm lượng dẫn truyền thần kinh được giải phóng và làm tăng khử cực (làm cho điện thế màng âm nhiều hơn) màng sau synap, làm thùy sau rãnh trung tâm giảm tạo điện thế hoạt động và giảm nhận cảm đau. Sau khi giải phóng và tương tác với thụ thể peptidergic, enkephalins được thủy phân thành các peptide nhỏ hơn không hoạt động và các axit amin. Sự bất hoạt nhanh chóng enkephalins ngoại sinh ngăn cản tác dụng có lợi trên lâm sàng của các chất này. Các phân tử ổn định hơn (vd morphine) được dùng làm thuốc giảm đau thay thế.
Các thụ thể endorphin-enkephalin (opioid) được phân loại là mu-1 và mu-2 (ảnh hưởng đến sự tích hợp cảm giác và giảm đau), delta-1 và delta-2 (ảnh hưởng đến sự tích hợp vận động, chức năng nhận thức, và giảm đau) và kappa-1, kappa-2, kappa-3 (ảnh hưởng điều chỉnh cân bằng nước, giảm đau và ăn uống). Các thụ thể sigma, hiện đang được phân loại là nonopioid và phần lớn nằm trong vùng hải mã, gắn với PCP. Dữ liệu mới cho thấy có sự hiện diện của nhiều phân tử thụ thể có ý nghĩa dược lý hơn. Các thành phần phân tử tiền chất protein của các thụ thể có thể được sắp xếp lại trong quá trình tổng hợp thụ thể để tạo ra một số biến thể của thụ thể (ví dụ 27 biến thể nối của thụ thể opioid mu). Ngoài ra, 2 thụ thể có thể kết hợp với nhau (dimerize) để tạo thành một thụ thể mới.
Dynorphins là nhóm gồm 7 peptide với trình tự axit amin tương tự. Giống enkephalins, chúng là các opioid.
Chất P là một peptide, có ở các tế bào thần kinh trung ương (trong cuống tuyến tùng, liềm đen, hạch nền, hành não và dưới đồi) và tập trung rất nhiều ở các hạch rễ vùng lưng. Chất này được giải phóng bởi những kích thích đau cường độ mạnh. Chất này kích hoạt các thụ thể NK1A nằm trong thân não nhằm điều chỉnh đáp ứng của thần kinh với cơn đau và tâm trạng; điều chỉnh cảm giác buồn nôn và nôn.
Nitric oxide (NO) là một loại khí không bền làm trung gian cho nhiều quá trình trong nơron. Khí này được tạo ra từ arginine bởi enzyme NO synthase. Trong các tế bào thần kinh có NO synthetase hoạt động, các chất dẫn truyền thần kinh làm tăng Calci nội bào++ (ví dụ chất P, glutamate, acetylcholine) sẽ kích thích tổng hợp NO. Khí NO có thể là một chất truyền tin nội bào; NO có thể khuếch tán ra khỏi tế bào vào một tế bào thần kinh thứ hai và tạo ra đáp ứng sinh lý (ví dụ điện thế hoạt động kéo dài
Các chất có ít vai trò trong dẫn truyền thần kinh bao gồm histamin, vasopressin, vasoactive peptide đường ruột, carnosin, bradykinin, cholecystokinin, bombesin, somatostatin, yếu tố phóng thích corticotropin, neurotensin và có thể cả adenosine.
Endocannabinoids là các chất dẫn truyền thần kinh dựa trên lipid nội sinh điều chỉnh chức năng của não, nội tiết và hệ miễn dịch.
Xem thêm: 50 Hình Ảnh Bông Hoa Đẹp Nhất Có Sức Hấp Dẫn Đặc Biệt, Tổng Hợp Những Hình Ảnh Hoa Đẹp Nhất
Bệnh lý hoặc các chất làm thay đổi sự sản sinh, giải phóng, tiếp nhận, giáng hóa hoặc tái hấp thu các chất dẫn truyền thần kinh hoặc làm thay đổi số lượng và ái lực của thụ thể đều có thể gây ra các triệu chứng thần kinh hoặc tâm thần và gây bệnh (xem bảng Ví dụ về Rối loạn liên quan đến khiếm khuyết trong dẫn truyền thần kinh Các ví dụ về bệnh lý liên quan đến các khiếm khuyết trong truyền dẫn thần kinh
). Các thuốc điều chỉnh sự dẫn truyền thần kinh có thể làm giảm các bệnh lý này (ví dụ: như bệnh Parkinson, trầm cảm).
