สารสื่อประสาท

ลักษณะทั่วไป

สารสื่อประสาทเป็นสารเคมีภายในร่างกาย ซึ่งเซลล์ของระบบประสาท (ที่เรียกว่าเซลล์ประสาท) ใช้ในการสื่อสารระหว่างกันหรือเพื่อกระตุ้นเซลล์กล้ามเนื้อหรือต่อม

ไซแนปส์ทางเคมีคือตำแหน่งที่มีการติดต่อระหว่างเซลล์ประสาทสองเซลล์หรือระหว่างเซลล์ประสาทกับอีกประเภทหนึ่งของเซลล์

สารสื่อประสาทมีหลายประเภท: คลาสของกรดอะมิโน, คลาสของโมโนเอมีน, คลาสของเปปไทด์, คลาสของ "ร่องรอย" เอมีน, คลาสของพิวรีน, คลาสของก๊าซ ฯลฯ

สารสื่อประสาทที่รู้จักกันดีที่สุด ได้แก่ dopamine, acetylcholine, glutamate, GABA และ serotonin

สารสื่อประสาทคืออะไร?

สารสื่อประสาทเป็นสารเคมีที่เซลล์ประสาท - เซลล์ของระบบประสาท - ใช้ในการสื่อสารระหว่างกัน, เพื่อทำหน้าที่ในเซลล์กล้ามเนื้อหรือเพื่อกระตุ้นการตอบสนองจากเซลล์ต่อม

กล่าวอีกนัยหนึ่ง สารสื่อประสาทคือสารเคมีภายในร่างกาย ซึ่งทำให้สามารถสื่อสารภายใน (เช่น ระหว่างเซลล์ประสาท) และการสื่อสารระหว่างเซลล์ประสาทกับส่วนอื่นๆ ของร่างกาย

ระบบประสาทของมนุษย์ใช้สารสื่อประสาทในการควบคุมหรือสั่งการกลไกสำคัญ เช่น การเต้นของหัวใจ การหายใจในปอด หรือการย่อยอาหาร

นอกจากนี้ การนอนหลับตอนกลางคืน สมาธิ อารมณ์ และอื่นๆ ขึ้นอยู่กับสารสื่อประสาท

สารสื่อประสาทและเคมีไซแนปส์

ตามคำจำกัดความที่เชี่ยวชาญกว่านั้น สารสื่อประสาทเป็นพาหะของข้อมูลตามระบบของสารเคมีที่เรียกว่าไซแนปส์

ในวิทยาชีววิทยา คำว่า synapse (หรือ synaptic junction) ระบุตำแหน่งของการติดต่อเชิงหน้าที่ระหว่างเซลล์ประสาทสองเซลล์หรือระหว่างเซลล์ประสาทกับเซลล์ประเภทอื่น (เช่น เซลล์กล้ามเนื้อหรือเซลล์ต่อม)

หน้าที่ของไซแนปส์คือการส่งข้อมูลระหว่างเซลล์ที่เกี่ยวข้อง เพื่อสร้างการตอบสนองบางอย่าง (เช่น การหดตัวของกล้ามเนื้อ)

ระบบประสาทของมนุษย์ประกอบด้วยไซแนปส์สองประเภท:

• ไซแนปส์ไฟฟ้า ซึ่งการสื่อสารข้อมูลขึ้นอยู่กับการไหลของกระแสไฟฟ้าผ่านเซลล์ทั้งสองที่เกี่ยวข้อง e
• ไซแนปส์ทางเคมีดังกล่าว ซึ่งการสื่อสารข้อมูลขึ้นอยู่กับการไหลของสารสื่อประสาทผ่านเซลล์ทั้งสองที่ได้รับผลกระทบ

ไซแนปส์เคมีแบบคลาสสิกประกอบด้วยองค์ประกอบพื้นฐานสามส่วน วางเป็นชุด:

• เทอร์มินอลพรีซินแนปติกของเซลล์ประสาทซึ่งข้อมูลเส้นประสาทมา เซลล์ประสาทที่เป็นปัญหาเรียกอีกอย่างว่าเซลล์ประสาทพรีซินแนปติก
• ช่องว่าง synaptic นั่นคือช่องว่างของการแยกระหว่างเซลล์ตัวเอกทั้งสองของไซแนปส์ มันอยู่นอกเยื่อหุ้มเซลล์และมี "พื้นที่ขยายเท่ากับประมาณ 20-40 นาโนเมตร;
• เยื่อหุ้มเซลล์ประสาทหลังไซแนปติกของเซลล์ประสาท เซลล์กล้ามเนื้อ หรือเซลล์ต่อม ซึ่งข้อมูลเส้นประสาทต้องไปถึง ไม่ว่าจะเป็นเซลล์ประสาท เซลล์กล้ามเนื้อ หรือเซลล์ต่อม หน่วยเซลล์ที่มีเยื่อหุ้มเซลล์ประสาท postsynaptic เรียกว่าองค์ประกอบ postsynaptic

ไซแนปส์ทางเคมีที่เชื่อมต่อเซลล์ประสาทกับเซลล์กล้ามเนื้อเรียกอีกอย่างว่าจุดเชื่อมต่อประสาทและกล้ามเนื้อหรือแผ่นปิดปลาย

การค้นพบสารสื่อประสาท

รูป: ไซแนปส์เคมี

จนกระทั่งต้นศตวรรษที่ 20 นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าการสื่อสารระหว่างเซลล์ประสาทและระหว่างเซลล์ประสาทกับเซลล์อื่น ๆ เกิดขึ้นผ่านประสาทไฟฟ้าเท่านั้น

แนวคิดที่ว่าอาจมีรูปแบบการสื่อสารอื่นเกิดขึ้นเมื่อนักวิจัยบางคนค้นพบพื้นที่ที่เรียกว่า synaptic

เภสัชกรชาวเยอรมัน Otto Loewi ตั้งสมมติฐานว่าเซลล์ประสาทสามารถใช้พื้นที่ synaptic เพื่อปล่อยสารเคมีที่นั่น เป็นปี พ.ศ. 2464

จากการทดลองของเขาเกี่ยวกับการควบคุมประสาทของกิจกรรมการเต้นของหัวใจ Loewi กลายเป็นตัวเอกของการค้นพบสารสื่อประสาทที่รู้จักกันครั้งแรก: acetylcholine

งาน

ในเซลล์ประสาท pre-synaptic สารสื่อประสาทจะอยู่ภายในถุงน้ำขนาดเล็กภายในเซลล์

ถุงน้ำระหว่างเซลล์เหล่านี้เปรียบได้กับถุง คั่นด้วยฟอสโฟลิปิดแบบไบเลเยอร์ที่คล้ายคลึงกันในหลาย ๆ ด้าน กับฟอสโฟลิปิดไบเลเยอร์ของเยื่อหุ้มพลาสมาของเซลล์ยูคาริโอตที่มีสุขภาพดีทั่วไป

ตราบใดที่พวกมันยังคงอยู่ภายในถุงน้ำภายในเซลล์ สารสื่อประสาทก็จะเฉื่อยและไม่ตอบสนอง

กลไกการออกฤทธิ์

ที่ตั้ง: เพื่อให้เข้าใจกลไกการออกฤทธิ์ของสารสื่อประสาท ควรคำนึงถึงการประสานของสารเคมีและองค์ประกอบของสารตามที่ได้อธิบายไว้ก่อนหน้านี้

สารสื่อประสาทยังคงถูกกักขังอยู่ในถุงน้ำภายในเซลล์ จนกระทั่งสัญญาณของแหล่งกำเนิดเส้นประสาทที่สามารถกระตุ้นการปลดปล่อยถุงน้ำออกจากเซลล์ประสาทในภาชนะมาถึง

การปล่อยถุงน้ำจะเกิดขึ้นใกล้กับขั้วพรีซินแนปติกของเซลล์ประสาทคอนเทนเนอร์ และเกี่ยวข้องกับการปลดปล่อยสารสื่อประสาทเข้าสู่พื้นที่ซินแนปติก

ในพื้นที่ synaptic สารสื่อประสาทมีอิสระที่จะโต้ตอบกับเยื่อหุ้มเซลล์ประสาท กล้ามเนื้อ หรือต่อม ซึ่งอยู่ในบริเวณใกล้เคียงและเป็นส่วนหนึ่งของไซแนปส์ทางเคมี

การทำงานร่วมกันระหว่างสารสื่อประสาทและเยื่อหุ้มเซลล์หลังการสังเคราะห์นั้นเป็นไปได้เนื่องจากการมีอยู่ของโปรตีนโดยเฉพาะซึ่งเรียกว่าตัวรับเมมเบรนอย่างเหมาะสม

การสัมผัสระหว่างสารสื่อประสาทและตัวรับเมมเบรนจะเปลี่ยนสัญญาณเส้นประสาทเริ่มต้น (สัญญาณที่กระตุ้นการปลดปล่อยถุงน้ำภายในเซลล์) เป็นการตอบสนองของเซลล์ที่เฉพาะเจาะจงมาก ตัวอย่างเช่น การตอบสนองของเซลล์ที่เกิดจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างสารสื่อประสาทและเยื่อหุ้มเซลล์หลังการสังเคราะห์กล้ามเนื้ออาจประกอบด้วยการหดตัวของเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อที่เซลล์ดังกล่าวอยู่

ในตอนท้ายของภาพแผนผังนี้ว่าสารสื่อประสาททำงานอย่างไร จำเป็นต้องรายงานในแง่มุมสุดท้ายต่อไปนี้: การตอบสนองของเซลล์เฉพาะที่กล่าวถึงข้างต้น "ที่จริงแล้วขึ้นอยู่กับชนิดของสารสื่อประสาทและชนิดของตัวรับที่มีอยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์โพสต์-synaptic

ศักยภาพของการกระทำคืออะไร?

ในชีววิทยาประสาท สัญญาณประสาทที่กระตุ้นการปลดปล่อยถุงน้ำภายในเซลล์เรียกว่าศักยภาพในการดำเนินการ

ตามคำจำกัดความ ศักยภาพในการดำเนินการคือปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในเซลล์ประสาททั่วไปและเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของประจุไฟฟ้าระหว่างภายในและภายนอกของเยื่อหุ้มเซลล์ของเซลล์ประสาทที่เกี่ยวข้อง

ด้วยเหตุนี้ จึงไม่น่าแปลกใจเลยที่เมื่อพูดถึงสัญญาณประสาท ผู้เชี่ยวชาญเปรียบเทียบสัญญาณเหล่านี้กับแรงกระตุ้นทางไฟฟ้า: สัญญาณประสาทเป็นเหตุการณ์ประเภทไฟฟ้าทุกประการ

ลักษณะของการตอบสนองของเซลล์

ตามภาษาของนักประสาทชีววิทยา การตอบสนองของเซลล์ที่เกิดจากสารสื่อประสาท ที่ระดับของเยื่อหุ้มเซลล์หลังการสังเคราะห์เสียง สามารถกระตุ้นหรือยับยั้งได้

การตอบสนองที่กระตุ้นคือปฏิกิริยาที่ออกแบบมาเพื่อส่งเสริมการสร้างแรงกระตุ้นเส้นประสาทในองค์ประกอบหลังการสังเคราะห์

ในทางกลับกัน การตอบสนองต่อการยับยั้งเป็นปฏิกิริยาที่ออกแบบมาเพื่อยับยั้งการสร้างแรงกระตุ้นเส้นประสาทในองค์ประกอบหลังการสังเคราะห์

การจัดหมวดหมู่

มีสารสื่อประสาทในมนุษย์ที่รู้จักกันดีมากมาย และรายชื่อสารสื่อประสาทในมนุษย์ก็จะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ เมื่อนักประสาทชีววิทยาค้นพบสิ่งใหม่ๆ อยู่เสมอ

สารสื่อประสาทที่เป็นที่รู้จักจำนวนมากทำให้จำเป็นต้องจำแนกโมเลกุลเคมีเหล่านี้ เพื่อทำให้การปรึกษาหารือง่ายขึ้น

มีเกณฑ์การจำแนกหลายประเภท ที่พบมากที่สุดคือสิ่งที่แยกความแตกต่างของสารสื่อประสาทบนพื้นฐานของคลาสของโมเลกุลที่พวกเขาอยู่

คลาสหลักของโมเลกุลที่สารสื่อประสาทของมนุษย์อยู่คือ:

• ประเภทของกรดอะมิโนหรืออนุพันธ์ของกรดอะมิโน คลาสนี้รวมถึง: กลูตาเมต (หรือกรดกลูตามิก), แอสปาเทต (หรือกรดแอสปาร์ติก), กรดแกมมา-อะมิโนบิวทริก (รู้จักกันดีในชื่อ GABA) และไกลซีน
• คลาสของเปปไทด์ คลาสนี้รวมถึง: โซมาโตสแตติน, ฝิ่น, สาร P, สารคัดหลั่งบางชนิด (ซีเครติน, กลูคากอน, เป็นต้น), ทาคีคินินบางชนิด (นิวโรไคนิน เอ, นิวโรไคนิน บี เป็นต้น), กระเพาะอาหารบางส่วน, กาลานิน, นิวโรเทนซิน และสารถอดเสียงที่เรียกว่าควบคุมโดยโคเคน และยาบ้า
• คลาสของโมโนเอมีน คลาสนี้รวมถึง: โดปามีน, นอร์เอพิเนฟริน, อะดรีนาลีน, ฮิสตามีน, เซโรโทนินและเมลาโทนิน
• คลาสของสิ่งที่เรียกว่า "ร่องรอยเอมีน" รวมอยู่ในคลาสนี้ ได้แก่ tyramine, tri-iodothyronamine, 2-phenylethylamine (หรือ 2-phenylethylamine), octopamine และ tryptamine (หรือ tryptamine)
• ระดับของพิวรีน คลาสนี้รวมถึง: อะดีโนซีนไตรฟอสเฟตและอะดีโนซีน
• คลาสแก๊ส. คลาสนี้รวมถึง: ไนตริกออกไซด์ (NO), คาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) และไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S)
• อื่น. สารสื่อประสาททั้งหมดที่ไม่สามารถรวมไว้ในคลาสก่อนหน้านี้ เช่น อะเซทิลโคลีนหรืออะนันดาไมด์ที่กล่าวถึงข้างต้น อยู่ภายใต้หัวข้อ "อื่นๆ"

ตัวอย่างที่รู้จักกันดีที่สุด

สารสื่อประสาทบางชนิดมีชื่อเสียงมากกว่าสารสื่อประสาทบางชนิด เนื่องจากเป็นที่รู้จักและศึกษามายาวนานกว่า และเนื่องจากพวกมันทำหน้าที่ที่น่าสนใจทางชีวภาพอย่างมาก

ในบรรดาสารสื่อประสาทที่มีชื่อเสียงที่สุดสมควรได้รับการกล่าวถึง:

• กลูตาเมต. มันเป็นสารสื่อประสาทกระตุ้นหลักของระบบประสาทส่วนกลาง: ตามที่นักประสาทวิทยากล่าวว่ามากกว่า 90% ของไซแนปที่เรียกว่า excitatory ใช้ประโยชน์จากมัน

  กลูตาเมตยังเกี่ยวข้องกับกระบวนการเรียนรู้ (การเรียนรู้ที่เข้าใจว่าเป็นกระบวนการจัดเก็บข้อมูลในสมอง) และหน่วยความจำควบคู่ไปกับหน้าที่กระตุ้น
  จากการศึกษาทางวิทยาศาสตร์บางชิ้น อาจเกี่ยวข้องกับโรคต่างๆ เช่น โรคอัลไซเมอร์ โรคฮันติงตัน โรคเส้นโลหิตตีบด้านข้าง amyotrophic (รู้จักกันดีในชื่อ ALS) และโรคพาร์กินสัน

• กาบา มันเป็นสารสื่อประสาทยับยั้งหลักของระบบประสาทส่วนกลาง: จากการศึกษาทางชีววิทยาล่าสุด ประมาณ 90% ของสิ่งที่เรียกว่าไซแนปส์ยับยั้งจะใช้ประโยชน์จากมัน
  เนื่องจากมีคุณสมบัติในการยับยั้ง GABA เป็นหนึ่งในเป้าหมายหลักของยาระงับประสาทและยากล่อมประสาท
• อะซิติลโคลีน มันเป็นสารสื่อประสาทที่มีหน้าที่กระตุ้นกล้ามเนื้อ: ในรอยต่อประสาทและกล้ามเนื้อ อันที่จริง การปรากฏตัวของมันทำให้เกิดการเคลื่อนไหวกลไกเหล่านั้นที่หดตัวเซลล์ของเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อที่เกี่ยวข้อง
  นอกจากทำหน้าที่ในระดับกล้ามเนื้อแล้ว acetylcholine ยังมีอิทธิพลต่อการทำงานของอวัยวะที่ควบคุมโดยระบบประสาทอัตโนมัติที่เรียกว่า autonomic อีกด้วย อิทธิพลของ acetylcholine ต่อระบบประสาทอัตโนมัติสามารถเป็นได้ทั้งกระตุ้นและยับยั้ง
• โดปามีน. อยู่ในตระกูล catecholamine เป็นสารสื่อประสาทที่ทำหน้าที่หลายอย่างทั้งที่ระดับของระบบประสาทส่วนกลางและที่ระดับของระบบประสาทส่วนปลาย
  ที่ระดับของระบบประสาทส่วนกลาง โดปามีนมีส่วนร่วมใน: การควบคุมการเคลื่อนไหว การหลั่งของฮอร์โมนโปรแลคติน การควบคุมทักษะยนต์ กลไกการให้รางวัลและความสุข การควบคุมทักษะความสนใจ กลไกการนอนหลับ การควบคุมพฤติกรรม การควบคุมการทำงานขององค์ความรู้บางอย่าง การควบคุมอารมณ์ และสุดท้ายคือกลไกที่อยู่เบื้องหลังการเรียนรู้
  ที่ระดับของระบบประสาทส่วนปลาย ในทางกลับกัน มันทำหน้าที่เป็น: vasodilator, สารกระตุ้นการขับถ่ายของโซเดียม, ปัจจัยที่สนับสนุนการเคลื่อนไหวของลำไส้, ปัจจัยที่ลดกิจกรรมของลิมโฟไซต์ และสุดท้าย ปัจจัยที่ลดการหลั่งอินซูลิน
• เซโรโทนิน. มันเป็นสารสื่อประสาทที่มีอยู่ในลำไส้เป็นหลักและถึงแม้จะอยู่ในระดับที่น้อยกว่าในเซลล์ของลำไส้ แต่ในเซลล์ประสาทของระบบประสาทส่วนกลาง
  จากผลการยับยั้ง ดูเหมือนว่าเซโรโทนินจะควบคุมความอยากอาหาร การนอนหลับ ความจำและกระบวนการเรียนรู้ อุณหภูมิร่างกาย อารมณ์ พฤติกรรมบางประการ การหดตัวของกล้ามเนื้อ หน้าที่บางอย่างของระบบหัวใจและหลอดเลือด และการทำงานบางอย่างของระบบต่อมไร้ท่อ .
  จากมุมมองทางพยาธิวิทยา ดูเหมือนว่าจะมีบทบาทในการพัฒนาภาวะซึมเศร้าและโรคที่เกี่ยวข้อง สิ่งนี้อธิบายการมีอยู่ในตลาดของสิ่งที่เรียกว่า selective serotonin reuptake inhibitors ซึ่งเป็นยากล่อมประสาทที่ใช้ในการรักษาภาวะซึมเศร้าในรูปแบบที่รุนแรงไม่มากก็น้อย
• ฮีสตามีน เป็นสารสื่อประสาทที่มีที่นั่งแพร่หลายในระบบประสาทส่วนกลางอย่างแม่นยำที่ระดับไฮโปทาลามัสและเซลล์แมสต์ในสมองและไขสันหลัง
• Norepinephrine และ epinephrine มีความเข้มข้นเหนือสิ่งอื่นใดในระบบประสาทส่วนกลางและมีหน้าที่ในการระดมสมองและร่างกายเพื่อดำเนินการ เช่น ในสมอง ช่วยกระตุ้นความตื่นตัว สมาธิ และความจำ ส่วนอื่นๆ ของร่างกายจะเพิ่มอัตราการเต้นของหัวใจและความดันโลหิต กระตุ้นการหลั่งกลูโคสจากจุดกักเก็บ เพิ่มการไหลเวียนของเลือดไปยังกล้ามเนื้อโครงร่าง ลดการไหลเวียนของเลือดไปยังระบบทางเดินอาหารและส่งเสริมการล้างกระเพาะปัสสาวะและลำไส้
  อะดรีนาลีนมีอยู่ในเซลล์ของต่อมหมวกไตและในระบบประสาทส่วนกลางในปริมาณเล็กน้อย
  สารสื่อประสาทนี้มีผลกระตุ้นและมีส่วนร่วมในกระบวนการต่างๆ เช่น การเพิ่มขึ้นของเลือดไปยังกล้ามเนื้อโครงร่าง อัตราการเต้นของหัวใจเพิ่มขึ้น และการขยายรูม่านตา
  ทั้ง norepinephrine และ epinephrine เป็นสารสื่อประสาทที่ได้จากไทโรซีน