| fekete anyag | |
|---|---|
| A középagy keresztmetszete a quadrigemina (pontosabban Superior colliculus ) szintjén . Jól láthatóak a vörös magok ( nuclei rubri ), az oculomotoros ideg magja ( nucleus nervus oculomotorius ), az agyvízvezeték ( aqueductus cerebri ) és a periaqueductalis régió, az oculomotorius ideg (nervus oculomotorius) útja a jellel van jelölve . vonalat . | |
| A substantia nigra elhelyezkedése az emberi agyban, pirossal. | |
| Rész | Középagy, bazális ganglionok . |
| Rendszer | Extrapiramidális |
| Katalógusok | |
| Médiafájlok a Wikimedia Commons oldalon | |
A szubsztancia nigra , más néven fekete anyag ( lat. Substantia nigra ) az extrapiramidális rendszer szerves része [1] , a középagy quadrigemina régiójában található . Fontos szerepet játszik a motoros működés, az izomtónus szabályozásában, a statokinetikus funkciók megvalósításában, mivel számos autonóm funkcióban vesz részt: légzés , szívműködés , értónus [2] . Először Felix Vic-d'Azir francia anatómus és orvos fedezte fel 1784 -ben [3] .
Annak ellenére, hogy a substantia nigra egy folytonos sáv a középagy szakaszokon , az anatómiai vizsgálatok kimutatták, hogy valójában két részből áll, amelyek nagyon eltérő kapcsolatokkal és funkciókkal rendelkeznek: pars compacta (tömörített rész) és pars reticulata (retikuláris rész). Ezt a besorolást először a Sano javasolta 1910-ben [4] . A Pars compacta főként jelvevőként szolgál - a bazális ganglionok áramkörében, dopamint szállítva a striatumba . A Pars reticulata elsősorban közvetítőként szolgál, és a bazális ganglionokból származó jeleket számos más agyi struktúra felé továbbítja [5] .
Ez egy idegsejtek gyűjteménye. A láb hátsó részén található, a középagy bazális részének határán. A substantia nigra az agytörzs teljes hosszában a hídtól a déli nyúlványig terjed . Az embereknek két Substantiae nigrae van , egy-egy az agy középvonalának mindkét oldalán (bal és jobb oldalon).
Ennek az anyagnak a sejtjei gazdagok a természetes pigment melanin egyik formájában - a neuromelaninban , amely jellegzetes sötét színt ad. A substantia nigrában megkülönböztetünk egy dorsalisan elhelyezkedő tömör réteget ( pars compacta ) és egy ventrális ( pars reticulata ) -hálós réteget [6] . A Pars compacta a pars reticulata középső részén fekszik . Néha egy harmadik oldalsó réteget is megemlítenek - pars lateralis , bár általában a pars reticulata részeként sorolják be . A Pars reticulata és a globus pallidus belsejét egy belső tok választja el [7] .
A substantia nigra neuronjai számos kivetülést kapnak a bazális ganglionok idegsejtjéből . Az agytörzs retikuláris magjaiban és a bazális ganglionokban pedig szinaptikus kapcsolatokat alakítanak ki a neuronokkal [8] . A kompakt osztályt alkotó neuronok polikémiai jellegűek. A substantia nigra retikuláris részében nagyszámú GABA -t tartalmazó neuron található , a kompakt részében - dopamin . Ezenkívül a substantia nigrában különféle neuropeptidek találhatók . Ez a szerkezet széles körben kapcsolódik a központi idegrendszer különböző részeihez . De a substantia nigra funkcionálisan különösen szorosan kapcsolódik a bazális ganglionokhoz ( a striatumhoz és a globus pallidushoz ), valamint anatómiailag a látógumókhoz .
A substantia nigra, mint filogenetikailag meglehetősen ősi képződmény, összetett szerkezetű és bőséges vérellátással rendelkezik , ami jelzi komponenseinek nagy szerepét az életkoordinációs rendszerben [9] .
A Pars reticulata szerkezetileg és funkcionálisan is erős hasonlóságot mutat a globus pallidus belsejével. A globus pallidus neuronjai, csakúgy, mint a pars reticulata esetében, főként GABAergek.
Afferens útvonalakA Pars reticulata a striatumhoz kapcsolódik . A kommunikációt két út képviseli, amelyeket közvetlen és közvetett (közvetett) útnak nevezünk. A közvetlen út a striatumból indul ki , és a substantia nigra retikuláris részéhez és a mediális globus pallidushoz vezet. Gátló GABAerg rostok alkotják. A közvetett út bonyolultabb. Feladata, hogy elnyomja a thalamus izgató hatását a motoros kéreg más részein. Ennek az útvonalnak az első láncszeme a striatum gátló GABAerg vetületei a laterális globus pallidus felé . Az oldalsó globus pallidus gátló GABAerg rostokat küld a nucleus subthalamusba. A nucleus subthalamicus kimeneteit serkentő glutamáterg rostok képviselik - ezek egy része a laterális globus pallidusba, mások a retikuláris részbe - a pars reticulata substantia nigra és a mediális globus pallidus - jutnak vissza [10] . A direkt és indirekt útvonalak a striatális sejtek különböző részhalmazaiból származnak: szorosan keverednek, különböző típusú dopamin receptorokat tartalmaznak, amelyek neurokémiai szinten különböznek egymástól.
Efferens útvonalakA thalamusban (ventrális-laterális és elülső ventrális magok), quadrigemina, caudatus magokban jelentős projekciók vannak, amelyek a Pars reticulata -ból (nigrothalamikus utak) [11] származnak, amelyek a GABA -t használják neurotranszmitterként . Ezen túlmenően ezek a neuronok akár öt kollaterálist is alkotnak, amelyeknek a pars compactában és a pars reticulatában is vannak elágazások, valószínűleg modulálva a pars compacta dopaminerg aktivitását [12] .
A pars compacta substantia nigra dopaminerg neuronokból áll. Ezek a neuronok afferensek és más agyi struktúrákkal kommunikálnak: a caudatus maggal és a putamennel , amelyek a striatum nevű csoport részét képezik . Ez a kapcsolat lehetővé teszi a dopamin felszabadulását ezekben a struktúrákban.
A fekete anyag fontos szerepet játszik, ennek köszönhetően a következő funkciókat látja el: szemmozgások, szabályozza és koordinálja a kis és pontos mozgásokat, különösen az ujjakat; koordinálja a rágási és nyelési folyamatokat . Bizonyíték van a substantia nigra szerepére számos autonóm funkció szabályozásában: a légzés , a szívműködés és az értónus szabályozásában. A substantia nigra elektromos stimulációja növeli a vérnyomást , a pulzusszámot és a légzésszámot.
A nigra anyag a dopaminerg jutalmazási rendszer lényeges összetevője. Nagyon fontos szerepet játszik az anyai viselkedés motiválásában és érzelmi szabályozásában is [13] :141 .
A pars reticulata substantia nigra fontos folyamatközpont a bazális ganglionokban. A Pars reticulata GABAerg neuronjai továbbítják a végső feldolgozott jeleket a bazális ganglionokból a thalamus és a quadrigemina felé. Ezenkívül a Pars reticulata gátolja a dopaminerg aktivitást a Pars compactában az axonális kollaterálisokon keresztül , bár ezeknek a kapcsolatoknak a funkcionális szerveződése továbbra is tisztázatlan.
A Pars compacta leghíresebb funkciója a mozgásszabályozás [14] , azonban a substantia nigra szerepe a test mozgásainak szabályozásában közvetett; a substantia nigra ezen régiójának elektromos stimulációja nem eredményez testmozgásokat. Ez a mag felelős a dopamin szintézisének biztosításáért is, amely dopaminerg neuronokon keresztül jut el más agyi struktúrákhoz . A pars compacta substantia nigra dopamin neuronjainak funkciója összetett.
A substantia nigra nagyon jelentős szerepet játszik számos betegség, köztük a Parkinson-kór kialakulásában . Az idegsejtek teste a substantia nigrában található, amelynek a nigrostriatális útvonalat alkotó axonjai az agy lábain , a belső tokon keresztül haladnak át , és a neostriatumban végződnek, terminális mikrovezikulák széles plexusaként. magas dopamintartalommal . Ez az út az a hely az agyban, amelynek veresége a parkinsonizmus szindróma kialakulásához vezet [15] .
A Parkinson-kór egy neurodegeneratív betegség, amelyet a pars compacta substantia nigra dopaminerg neuronjainak pusztulása jellemez, melynek oka még mindig nem ismert. A Parkinson-kórt mozgászavarok jellemzik: remegés , hipokinézia , izommerevség , testtartási instabilitás , valamint vegetatív és mentális zavarok [16] – a sápadt labda ( globus pallidus ) gátló hatásának csökkenése , amely az agy elülső része, a striatum ) . A pallidum neuronok károsodása a perifériás motoros neuronok [16] ( a gerincvelő motoneuronjai ) „gátlásához” vezet . Jelenleg a betegség gyógyíthatatlan, de a meglévő konzervatív és sebészeti kezelési módszerek jelentősen javíthatják a betegek életminőségét [16] . A pozitronemissziós tomográfia segítségével bebizonyosodott, hogy Parkinson-kórban a substantia nigra neuronok degenerációja sokkal magasabb, mint normál öregedés esetén [17] .
A dopaminszint emelkedése köztudottan szerepet játszik a skizofrénia kialakulásában. Mindazonáltal a mai napig sok vita folyik ezen elmélet körül, amelyet általában „ a skizofrénia dopamin elméleteként ” ismernek . Az ellentmondások ellenére a dopamin antagonisták továbbra is a skizofrénia standard kezelését jelentik. Ezek az antagonisták közé tartoznak az első generációs (tipikus) antipszichotikumok , például a butirofenon , a fenotiazin és a tioxantén -származékok . Ezeket a gyógyszereket nagyrészt a második generációs gyógyszerek (atípusos antipszichotikumok) váltották fel, mint például a klozapin és a riszperidon . Meg kell jegyezni, hogy ezek a gyógyszerek általában nem hatnak a dopamintermelő neuronokra, sem a posztszinaptikus neuronok receptoraira.
A substantia nigra dopamin hipotézisét alátámasztó egyéb nem gyógyszeres bizonyítékok közé tartoznak a pars compacta szerkezeti változásai, például a szinaptikus végződések zsugorodása. A substantia nigra egyéb változásai közé tartozik az NMDA receptorok fokozott expressziója a szerkezetben és a diszbindin csökkent expressziója . A disbindin, amelyet (ellentmondásosan) összefüggésbe hoztak a skizofréniával, szabályozhatja a dopamin felszabadulását, és a substantia nigra alacsony diszbindin expressziójának mértéke fontos lehet a skizofrénia etiológiájában.
A nigrostriatális rendszerben a dopaminerg transzmisszió gátlásával ( a dopamin D2 receptorok blokkolása [18] ) neuroleptikumok alkalmazásakor extrapiramidális mellékhatások alakulnak ki [19] : parkinsonizmus , dystonia , akathisia , tardív dyskinesia stb.
Különböző független tanulmányok kimutatták, hogy sok skizofréniában szenvedő személynél fokozott a dopamin és a szerotonin áramlása az agy posztszinaptikus neuronjaihoz. [20] [21] [22] [23] Ezek a neurotranszmitterek az úgynevezett " jutalmazó rendszer " részét képezik, és nagy mennyiségben termelődnek a páciens által pozitív élményként érzékelt élmények során, mint például szex, drogok, alkohol, finom ételek, és a hozzájuk kapcsolódó stimulánsok. [24] Idegtudományi kísérletek kimutatták, hogy még a pozitív élmények emlékei is növelhetik a dopaminszintet [25] [26] [27] , így ezt a neurotranszmittert használja az agy értékelésére és motiválására, megerősítve a túlélés és a szaporodás szempontjából fontos cselekvéseket. [28] Például a laboratóriumi egerek agya már a várt élvezet várásakor is termelt dopamint . [29] Néhány beteg azonban szándékosan túlterheli ezt a jutalmazási rendszert azzal, hogy újra és újra mesterségesen idézi elő a kellemes emlékeket és gondolatokat, mivel a jó hangulatú neurotranszmitterek természetes módon ily módon keletkeznek, és ezáltal elveszítik önuralmukat. [23] Hasonló a kábítószer-függőséghez, [30] mivel szinte minden drog közvetlenül vagy közvetve az agy jutalmazó rendszerét célozza meg, és dopaminnal telíti annak struktúráit [31] [32] . Ha a páciens továbbra is túlstimulálja jutalmazási rendszerét, akkor az agy fokozatosan alkalmazkodik a túlzott dopamináramláshoz , kevesebb hormont termel, és csökkenti a jutalmazási rendszer receptorainak számát [33] . Ennek eredményeként csökken az agyra gyakorolt kémiai hatás, ami csökkenti a páciens azon képességét, hogy élvezze azokat a dolgokat, amelyeket korábban élvezett [32] . Ez a csökkenés arra készteti a dopaminfüggő beteget , hogy növelje "mentális aktivitását", hogy a neurotranszmitterek szintjét a számára normális állapotba hozza [23] – ezt a hatást a farmakológia toleranciaként ismeri . A további függőség fokozatosan nagyon súlyos elváltozásokhoz vezethet az idegsejtekben és más agyi struktúrákban, és hosszú távon súlyos károsodást okozhat az agy egészségében [34] . A modern antipszichotikus gyógyszerek célja a dopamin funkcióinak blokkolása . De sajnos ez az elzáródás néha depressziós rohamokat is okoz, ami fokozhatja a beteg addiktív viselkedését [35] . A professzionális pszichológus által alkalmazott kognitív-viselkedési pszichoterápia (CBT) abban is segíthet a betegeknek, hogy hatékonyan kontrollálják állandó gondolataikat, javítsák az önbecsülést, megértsék a depresszió okait, és elmagyarázzák nekik a dopamin-függőség hosszú távú negatív hatásait [36] ] [37] . A skizofrénia "dopaminelmélete" az atipikus antipszichotikumok hatékonysága miatt, amelyek blokkolják a neurotranszmittereket , nagyon népszerűvé vált a pszichiátriában , azonban sok pszichológus nem támogatja ezt az elméletet, "leegyszerűsítettnek" tekintve, számos különböző irányzat létezik a támogatók körében. az elmélet [20] .
Tehát, amikor elvágják a kétoldalú utakat a substantia nigrától a striatumig , mozdulatlanságot okoznak az állatokban, nem hajlandók enni és inni, és nem reagálnak a külvilágból érkező irritációra. Az emberi substantia nigra károsodása a fej és a kezek akaratlagos mozgásához vezet, amikor a beteg mozdulatlanul ül ( Parkinson-kór ) [38] . Gyakran előfordul egy ún. extrapiramidális szindróma - az extrapiramidális (striopallidális) rendszer diszfunkciójának megnyilvánulása a következő formában:
Ugyanakkor bizonyos hiperkinéziák (koreás) izom hipotenzióval járnak [39] .
A kémiai hatások és a substantia nigra molekuláris szinten bekövetkező változásai fontos szerepet játszanak az orvostudomány olyan területein, mint a neurofarmakológia és a toxikológia. Különféle vegyületeket, például a levodopát és az MPTP-t (metil-fenil-tetrahidropiridin) használják a Parkinson-kór kezelésére és tanulmányozására , és sok más gyógyszer is hatással van a substantia nigra -ra .
A nigra a kemoterápia fő célpontja a Parkinson-kór kezelésében . A levodopa (L-DOPA), a dopamin prekurzora, a leggyakrabban felírt Parkinson-kór elleni gyógyszer. A levodopa különösen hatékony a Parkinson-kór korai stádiumában lévő betegek kezelésében, bár a gyógyszer idővel nem veszíti el hatékonyságát [40] . A BBB - n áthaladva a levodopa növeli az esszenciális dopamin szintjét a substantia nigrában, így enyhíti a Parkinson-kór tüneteit. A levodopa-kezelés hátránya, hogy megszünteti a Parkinson-kór tüneteit, amelyben a dopamin alacsony szintjét rögzítik, és nem az okot - a substantia nigra dopaminerg neuronok halálát.
Az MPTP ( metilfeniltetrahidropiridin ) egy neurotoxin , amely az agy dopaminerg sejtjeire hat (nagy affinitása van a dopamin transzporterhez (DAT) [41] ), különösen a substantia nigrában. Az MPTP 1982-ben vált széles körben ismertté, amikor Santa Clara megyéből (Kalifornia, USA) egy kis csoportnál parkinsonizmust diagnosztizáltak MPTP-vel szennyezett metilfenilpropinoxipiridint (MPPP) használva. Az MPTP neurotoxicitását a dopaminerg neuronok mitokondriumában fellépő anyagcserezavar magyarázza , amely szabad gyökök képződését eredményezi [42] .
1984-ben Langston és munkatársai kísérleteket végeztek, amelyek igazolták az MPTP közvetlen hatását a dopaminképződés blokádjára , ami Parkinson-kórhoz vezetett . Az anyagot jelenleg a Parkinson-kór szimulálására használják tanulmányozás és lehetséges laboratóriumi kezelés céljából. Egereken végzett kísérletek kimutatták, hogy az MPTP-re való érzékenység az életkorral növekszik [43] .
A kokain hatásmechanizmusa az emberi agyban magában foglalja a dopamin újrafelvétel gátlását és a dopamin DAT transzporter blokkolását, ami eufóriát és pszichés függőséget eredményez . Laboratóriumi állatokban egyetlen kokaininjekció után átlagosan 37%-kal nőtt a posztszinaptikus membrán dopaminreceptorainak sűrűsége , ismételt adagolással pedig tovább nőtt a receptorok sűrűsége. A kokain használata során fellépő dopamin-anyagcsere-zavarok súlyosságának fokozatos növekedése miatt specifikus pszichózisok alakulhatnak ki, amelyek klinikai lefolyásukban a skizofréniára emlékeztetnek . A kokain azonban aktívabb a ventrális tegmentális dopaminerg neuronokban, mint a substantia nigrában.
A nigra inaktiválása a kokainfüggőség lehetséges kezelése lehet . Patkányokon végzett kokainfüggőséggel kapcsolatos vizsgálatok során a substantia nigra beültetett kanülökkel történő inaktiválása jelentősen csökkentette a visszaesések számát [44] .
A kokainhoz hasonlóan az amfetaminok is növelik a dopamin koncentrációját a szinaptikus hasadékban, ezáltal fokozzák a posztszinaptikus neuronok válaszát. Ezenkívül a kokainhoz hasonlóan dopamin diszfunkciót okoznak, ami hozzájárul a függőség kialakulásához.
Kutatások kimutatták, hogy az agy egyes területein az amfetamin és az úgynevezett nyom vagy nyom aminok növelik a dopamin koncentrációját a szinaptikus hasadékban, ezáltal fokozzák a posztszinaptikus neuron válaszát. Az amfetamin és a nyomokban előforduló aminok dopaminkoncentrációját befolyásoló különféle mechanizmusokat alaposan tanulmányozták, és ismert, hogy ezek közé tartozik a DAT dopamin transzporter és a 2-es típusú VMAT2 hólyagos monoamin transzporter [45] [46] [47] . Az amfetamin molekula szerkezetében hasonló a dopaminhoz és a nyomnyi aminokhoz; ennek következtében DAT-on keresztül bejuthat a preszinaptikus neuronba, valamint közvetlenül átjuthat a neuronmembránon [45] . Amikor amfetamint és nyomnyi aminokat injektálnak a preszinaptikus neuronba, a TAAR1 aktiválódik, ami a protein kináz jelátvitel révén dopamin kiáramlást, foszforilációtól függő DAT internalizációt és nem kompetitív reuptake gátlást indukál [45] [48] . Az amfetamin és a nyomnyi aminok szerkezeti hasonlósága miatt a monoamin transzporterek szubsztrátja is; ennek következtében (versenyképesen) gátolja a dopamin és más monoaminok újrafelvételét, versenyezve velük a felvételért [45] .