| mustaa ainetta | |
|---|---|
| Keskiaivojen poikkileikkaus quadrigemina (tarkemmin Superior colliculus ) tasolla . Punaiset ytimet ( nuclei rubri ), silmän motorisen hermon ydin ( nucleus nervus oculomotorius ), aivovesijohdon ( aqueductus cerebri ) ja periaqueduktaalinen alue ovat selvästi näkyvissä, silmän motorisen hermon polku (nervus oculomotorius) on merkitty a . rivi . | |
| Substantia nigran sijainti ihmisen aivoissa, näkyy punaisella. | |
| Osa | Keskiaivot , tyvihermot . |
| Järjestelmä | Ekstrapyramidaalinen |
| Luettelot | |
| Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa | |
Substance nigra , myös musta substanssi ( lat. Substantia nigra ) on ekstrapyramidaalisen järjestelmän [1] olennainen osa, ja se sijaitsee keskiaivojen quadrigemina-alueella . Sillä on tärkeä rooli motorisen toiminnan säätelyssä, lihasjänteessä, statokineettisten toimintojen toteuttamisessa osallistumalla moniin autonomisiin toimintoihin: hengitys , sydämen toiminta , verisuonten sävy [2] . Ensimmäisen kerran löysi ranskalainen anatomi ja lääkäri Felix Vic-d'Azir vuonna 1784 [3] .
Huolimatta siitä, että substantia nigra on jatkuva nauha keskiaivoosissa , anatomiset tutkimukset ovat osoittaneet, että se koostuu itse asiassa kahdesta osasta, joilla on hyvin erilaiset yhteydet ja toiminnot: pars compacta (tiivis osa) ja pars reticulata (verkkomainen osa). Sano ehdotti tätä luokittelua ensimmäisen kerran vuonna 1910 [4] . Pars compacta toimii pääasiassa signaalin vastaanottimena - basaaligangliopiirissä ja toimittaa dopamiinia striatumille . Pars reticulata toimii ensisijaisesti lähettimenä välittäen signaaleja tyviganglioista lukuisiin muihin aivorakenteisiin [5] .
Se on kokoelma hermosoluja. Se sijaitsee jalan selkäosassa keskiaivojen tyviosan rajalla. Substantia nigra ulottuu koko aivorungon pituudelta ponista välilihakseen . Ihmisillä on kaksi Substantiae nigraea , yksi kummallakin puolella (vasemmalla ja oikealla) aivojen keskiviivaa.
Tämän aineen solut sisältävät runsaasti yhtä luonnollisen pigmentin muodoista melaniinia - neuromelaniinia , mikä antaa sille tyypillisen tumman värin. Substantia nigrassa erotetaan selässä sijaitseva tiivis kerros ( pars compacta ) ja ventraalinen ( pars reticulata ) -verkkokerros [6] . Pars compacta sijaitsee mediaalisesti pars reticulataan nähden . Joskus mainitaan kolmas sivukerros - pars lateralis , vaikka se yleensä luokitellaan osaksi pars reticulata . Pars reticulata ja globus palliduksen sisäosa on erotettu sisäisellä kapselilla [7] .
Substantia nigran hermosolut saavat lukuisia heijastuksia tyviganglioiden hermosoluista . Ne puolestaan muodostavat synaptisia yhteyksiä neuronien kanssa aivorungon retikulaarisissa ytimissä ja tyviganglioissa [8] . Kompaktin osaston muodostavat neuronit ovat luonteeltaan polykemiallisia. Substantia nigran retikulaarisesta osasta löydettiin suuri määrä GABA :ta sisältäviä hermosoluja , kompaktista osasta - dopamiinia . Lisäksi substantia nigrassa on erilaisia neuropeptidejä . Tämä rakenne liittyy laajalti keskushermoston eri osiin . Mutta substantia nigra on toiminnallisesti erityisen läheistä sukua tyvihermoille ( striatum ja globus pallidus ) sekä anatomisesti myös optisiin tuberkuloihin .
Substantia nigra, joka on fylogeneettisesti melko ikivanha muodostuma, on rakenteeltaan monimutkainen ja runsas verenkierto , mikä osoittaa sen komponenttien suuren roolin elämän koordinaatiojärjestelmässä [9] .
Pars reticulata muistuttaa sekä rakenteellisesti että toiminnallisesti vahvasti globus palliduksen sisäosaa. Globus palliduksen neuronit, kuten pars reticulatassa, ovat pääasiassa GABAergisiä.
Afferentit polutPars reticulata liittyy striatumiin . Kommunikaatiota edustaa kaksi polkua, jotka tunnetaan nimellä suora ja epäsuora (epäsuora) polku. Suora polku alkaa striatumista ja menee substantia nigran retikulaariseen osaan ja mediaaliseen globus pallidukseen. Sen muodostavat estävät GABAergiset kuidut. Epäsuora polku on monimutkaisempi. Sen tehtävänä on vaimentaa talamuksen kiihottavaa vaikutusta muihin motorisen aivokuoren osiin. Ensimmäinen linkki tässä reitissä on aivojuovion estävät GABAergiset projektiot lateraaliseen globus pallidukseen . Lateraalinen globus pallidus lähettää estäviä GABAergisiä kuituja subtalamuksen ytimeen. Subtalamisen ytimen ulostuloja edustavat eksitatoriset glutamatergiset kuidut - osa niistä palaa lateraaliseen globus pallidukseen, toiset retikulaariseen osaan - pars reticulata substantia nigra ja mediaal globus pallidus [10] . Suorat ja epäsuorat reitit ovat peräisin aivojuoviosolujen eri alaryhmistä: ne ovat tiiviisti sekoittuneet ja sisältävät erilaisia dopamiinireseptoreita, jotka eroavat toisistaan neurokemiallisella tasolla.
Efferent polutTalamuksessa (ventral-lateral ja anterior ventraal ytimet), quadrigemina- ja caudate-ytimissä on merkittäviä ulokkeita , jotka ovat peräisin Pars reticulatasta (nigrotalamiiset reitit) [11] , jotka käyttävät GABA :ta välittäjäaineena . Lisäksi nämä neuronit muodostavat jopa viisi sivua, joilla on haarat sekä pars compactassa että pars reticulatassa , mikä luultavasti moduloi pars compactan dopaminergistä aktiivisuutta [12] .
Pars compacta substantia nigra koostuu dopaminergisistä hermosoluista. Nämä hermosolut ovat afferentteja ja kommunikoivat muiden aivorakenteiden kanssa: caudate-ytimen ja putamenin kanssa, jotka ovat osa ryhmää, jota kutsutaan striatumiksi . Tämä yhteys mahdollistaa dopamiinin vapautumisen näissä rakenteissa.
Mustalla aineella on tärkeä rooli, sen ansiosta seuraavat toiminnot suoritetaan: silmien liikkeet, se säätelee ja koordinoi pieniä ja tarkkoja liikkeitä, erityisesti sormia; koordinoi pureskelun ja nielemisen prosesseja . On näyttöä substantia nigran roolista monien autonomisten toimintojen säätelyssä: hengitys , sydämen toiminta ja verisuonten sävy. Substantia nigran sähköstimulaatio lisää verenpainetta , sykettä ja hengitystiheyttä.
Substance nigra on olennainen osa dopaminergistä palkitsemisjärjestelmää. Hänellä on myös erittäin tärkeä rooli äidin käyttäytymisen motivoinnissa ja emotionaalisessa säätelyssä [13] :141 .
Pars reticulata substantia nigra on tärkeä prosessikeskus tyviganglioissa. Pars reticulatan GABAergiset neuronit välittävät lopulliset prosessoidut signaalit tyvihermoista talamukseen ja quadrigeminaan. Lisäksi Pars reticulata inhiboi dopaminergistä aktiivisuutta Pars compactassa aksonisivujen kautta , vaikka näiden yhteyksien toiminnallinen organisaatio on edelleen epäselvä.
Pars compactan tunnetuin tehtävä on liikkeiden hallinta [14] , mutta substantia nigran rooli kehon liikkeiden ohjaamisessa on epäsuora; Tämän substantia nigran alueen sähköstimulaatio ei johda kehon liikkeisiin. Tämä ydin vastaa myös dopamiinin synteesin varmistamisesta , ja se toimitetaan dopaminergisten hermosolujen kautta muihin aivojen rakenteisiin . Dopamiinihermosolujen toiminta pars compacta substantia nigrassa on monimutkainen.
Substantia nigralla on erittäin merkittävä rooli monien sairauksien, mukaan lukien Parkinsonin taudin , kehittymisessä . Neuronien rungot sijaitsevat substantia nigrassa, jonka aksonit, jotka muodostavat nigrostriataalisen reitin , kulkevat aivojen jalkojen , sisäisen kapselin läpi ja päätyvät neostriatumiin laajana terminaalisen mikrovesikkeleiden plexuksen muodossa. korkea dopamiinipitoisuus . Juuri tämä polku on paikka aivoissa, jonka tappio johtaa parkinsonismioireyhtymän muodostumiseen [15] .
Parkinsonin tauti on neurodegeneratiivinen sairaus, jolle on ominaista dopaminergisten hermosolujen kuolema pars compacta substantia nigrassa, jonka syytä ei vielä tunneta. Parkinsonin taudille ovat tyypillisiä liikehäiriöt: vapina , hypokinesia , lihasjäykkyys , asennon epävakaus sekä autonomiset ja mielenterveyden häiriöt [16] - seurausta kalpean pallon ( globus pallidus ) estovaikutuksen vähenemisestä. aivojen etuosassa, striatumissa ) . Vaaleanväristen hermosolujen vaurioituminen johtaa perifeeristen motoristen neuronien [16] ( selkäytimen motoneuronien ) "inhibitioon" . Tällä hetkellä tauti on parantumaton, mutta olemassa olevat konservatiiviset ja kirurgiset hoitomenetelmät voivat parantaa merkittävästi potilaiden elämänlaatua [16] . Positroniemissiotomografian avulla on todistettu, että Parkinsonin taudissa substantia nigra -hermosolujen rappeutumisnopeus on paljon suurempi kuin normaalissa ikääntymisessä [17] .
Dopamiinipitoisuuden nousun tiedetään olevan osallisena skitsofrenian kehittymisessä. Tästä teoriasta, joka tunnetaan yleisesti " skitsofrenian dopamiiniteoriana ", käydään kuitenkin paljon keskustelua tähän päivään asti . Kiistasta huolimatta dopamiiniantagonistit ovat edelleen skitsofrenian standardihoito. Näihin antagonisteihin kuuluvat ensimmäisen sukupolven (tyypilliset) psykoosilääkkeet , kuten butyrofenoni , fenotiatsiini ja tioksanteenin johdannaiset . Nämä lääkkeet on suurelta osin korvattu toisen sukupolven lääkkeillä (epätyypillisillä psykoosilääkkeillä), kuten klotsapiinilla ja risperidonilla . On huomattava, että nämä lääkkeet eivät yleensä vaikuta dopamiinia tuottaviin hermosoluihin eivätkä postsynaptisten hermosolujen reseptoreihin.
Muita substantia nigra -dopamiinihypoteesia tukevia ei-lääkkeitä koskevia todisteita ovat rakenteelliset muutokset pars compactassa, kuten synaptisten päätteiden kutistuminen. Muita muutoksia substantia nigrassa ovat NMDA-reseptorien lisääntynyt ilmentyminen rakenteessa ja vähentynyt dysbindiinin ilmentyminen . Disbindiini, joka on (kiistanalaisesti) liitetty skitsofreniaan, voi säädellä dopamiinin vapautumista, ja alhaisen dysbindiinin ilmentymisen mitta substantia nigrassa voi olla tärkeä skitsofrenian etiologiassa.
Dopaminergisen transmission estoon nigrostriataalisessa järjestelmässä ( dopamiini D2-reseptorien salpaus [18] ) neuroleptejä käytettäessä liittyy ekstrapyramidaalisten sivuvaikutusten kehittymiseen [19] : parkinsonismi , dystonia , akatisia , tardiivi dyskinesia jne.
Erilaiset riippumattomat tutkimukset ovat osoittaneet, että monilla skitsofreniapotilailla on lisääntynyt dopamiinin ja serotoniinin virtaus aivojen postsynaptisiin hermosoluihin. [20] [21] [22] [23] Nämä välittäjäaineet ovat osa ns. " palkitsemisjärjestelmää " ja niitä tuotetaan suuria määriä potilaan positiivisten kokemusten aikana, kuten seksi, huumeet, alkoholi, herkullinen ruoka, ja niihin liittyvät piristeet. [24] Neurotieteen kokeet ovat osoittaneet, että jopa muistot positiivisista kokemuksista voivat nostaa dopamiinitasoja [25] [26] [27] , joten aivot käyttävät tätä välittäjäainetta arvioimaan ja motivoimaan, mikä vahvistaa selviytymisen ja lisääntymisen kannalta tärkeitä toimia. [28] Esimerkiksi laboratoriohiirten aivot tuottivat dopamiinia jo odotetun nautinnon odotuksen aikana. [29] Jotkut potilaat kuitenkin tarkoituksella ylikuormittavat tätä palkitsemisjärjestelmää herättämällä keinotekoisesti miellyttäviä muistoja ja ajatuksia kerta toisensa jälkeen, koska hyvällä tuulella olevia välittäjäaineita tuotetaan luonnollisesti tällä tavalla, jolloin he menettävät itsehillinnän. [23] Se on samanlainen kuin huumeriippuvuus, [30] koska melkein kaikki huumeet kohdistuvat suoraan tai epäsuorasti aivojen palkitsemisjärjestelmään ja kyllästävät sen rakenteet dopamiinilla [31] [32] . Jos potilas jatkaa palkitsemisjärjestelmän ylistimulointia, aivot sopeutuvat vähitellen liialliseen dopamiinivirtaukseen , tuottaen vähemmän hormonia ja vähentäen reseptorien määrää palkitsemisjärjestelmässä [33] . Tämän seurauksena kemiallinen vaikutus aivoihin vähenee, mikä heikentää potilaan kykyä nauttia asioista, joista he ennen nauttivat [32] . Tämä lasku saa dopamiiniriippuvaisen potilaan lisäämään "henkistä aktiivisuuttaan" yrittäessään saattaa välittäjäaineiden tason hänelle normaaliksi [23] - tämä vaikutus tunnetaan farmakologiassa toleranssina . Lisäriippuvuus voi vähitellen johtaa erittäin vakaviin muutoksiin hermosoluissa ja muissa aivorakenteissa, ja se voi mahdollisesti aiheuttaa vakavia vahinkoja aivojen terveydelle pitkällä aikavälillä [34] . Nykyaikaiset psykoosilääkkeet pyrkivät estämään dopamiinin toiminnan . Mutta valitettavasti tämä tukos aiheuttaa joskus myös masennuskohtauksia, jotka voivat lisätä potilaan riippuvuutta aiheuttavaa käyttäytymistä [35] . Ammattipsykologin antama kognitiivis-käyttäytymispsykoterapia (CBT) voi myös auttaa potilaita tehokkaasti hallitsemaan sitkeitä ajatuksiaan, parantamaan itsetuntoa, ymmärtämään masennuksen syitä ja selittämään heille dopamiiniriippuvuuden pitkäaikaisia kielteisiä vaikutuksia [36] . ] [37] . Skitsofrenian "dopamiiniteoriasta" on tullut erittäin suosittu psykiatriassa atyyppisten antipsykoottisten lääkkeiden tehokkuuden vuoksi, jotka estävät välittäjäaineita . Monet psykologit eivät kuitenkaan tue tätä teoriaa, koska se pitää sitä "yksinkertaistettuna". teoria [20] .
Joten, kun ne leikkaavat kahdenvälisiä reittejä substantia nigrasta aivojuovioon , ne aiheuttavat eläimissä liikkumattomuutta, kieltäytymistä syömästä ja juomasta sekä reaktioiden puutetta ulkomaailman ärsytykseen. Ihmisen substantia nigran vaurioituminen johtaa pään ja käsien vapaaehtoisiin liikkeisiin potilaan istuessa paikallaan ( Parkinsonin tauti ) [38] . Usein on olemassa ns. ekstrapyramidaalinen oireyhtymä - ekstrapyramidaalisen (striopallidaalisen) järjestelmän toimintahäiriön ilmentymä muodossa:
Samaan aikaan jotkut hyperkinesiat (koreiset) liittyvät lihasten hypotensioon [39] .
Kemiallisilla vaikutuksilla ja molekyylitasolla esiintyvillä muutoksilla substantia nigrassa on tärkeä rooli sellaisilla lääketieteen aloilla kuin neurofarmakologia ja toksikologia. Parkinsonin taudin hoitoon ja tutkimiseen käytetään erilaisia yhdisteitä, kuten levodopaa ja MPTP:tä (metyylifenyylitetrahydropyridiiniä) , ja monilla muilla lääkkeillä on vaikutusta substantia nigraan .
Nigra-aine on kemoterapian pääkohde Parkinsonin taudin hoidossa . Levodopa (L-DOPA), dopamiinin esiaste, on yleisimmin määrätty parkinsonismilääke. Levodopa on erityisen tehokas Parkinsonin taudin alkuvaiheessa olevien potilaiden hoidossa, vaikka lääke ei menetä tehoaan ajan myötä [40] . Kulkiessaan BBB :n läpi levodopa nostaa välttämättömän dopamiinin tasoa mustakalvossa, mikä lievittää Parkinsonin taudin oireita. Levodopahoidon haittana on, että se eliminoi Parkinsonin taudin oireet, jossa dopamiinitaso on alhainen, eikä syy - substantia nigra dopaminergisten hermosolujen kuolema.
MPTP ( metyylifenyylitetrahydropyridiini ) on hermomyrkky , joka vaikuttaa aivojen dopaminergisiin soluihin (sillä on suuri affiniteetti dopamiininkuljettajaan (DAT) [41] ), erityisesti substantia nigrassa. MPTP tuli laajalti tunnetuksi vuonna 1982, kun pienelle ihmisryhmälle Santa Claran piirikunnasta (Kalifornia, USA) diagnosoitiin parkinsonismi MPTP:n saastuttaman metyylifenyylipropiinioksipyridiinin (MPPP) käytön jälkeen. MPTP:n neurotoksisuus selittyy aineenvaihduntahäiriöllä dopaminergisten hermosolujen mitokondrioissa , mikä johtaa vapaiden radikaalien muodostumiseen [42] .
Vuonna 1984 Langston ja työtoverit suorittivat kokeita, jotka osoittivat MPTP:n suoran vaikutuksen dopamiinin muodostumisen estoon , mikä johti Parkinsonin tautiin . Ainetta käytetään parhaillaan Parkinsonin taudin simulointiin tutkimusta ja mahdollista hoitoa varten laboratoriossa. Hiirillä tehdyt kokeet ovat osoittaneet, että herkkyys MPTP:lle lisääntyy iän myötä [43] .
Kokaiinin vaikutusmekanismiin ihmisen aivoissa liittyy dopamiinin takaisinoton esto ja dopamiinin DAT-kuljettajan esto, mikä johtaa euforian tilaan ja psyykkiseen riippuvuuteen . Laboratorioeläimillä yhden kokaiiniinjektion jälkeen dopamiinireseptorien tiheys postsynaptisella kalvolla kasvoi keskimäärin 37 %; toistuvalla annolla reseptorien tiheys kasvoi edelleen. Koska dopamiiniaineenvaihduntahäiriöiden vakavuus lisääntyy asteittain kokaiinia käytettäessä, voi kehittyä spesifisiä psykooseja, jotka muistuttavat kliinisesti skitsofreniaa . Kokaiini on kuitenkin aktiivisempi ventraalisissa tegmentaalisissa dopaminergisissä hermosoluissa kuin substantia nigrassa.
Aineen nigra-inaktivointi voi olla mahdollinen hoito kokaiiniriippuvuudelle . Rotilla tehdyissä kokaiiniriippuvuuden tutkimuksissa substantia nigran inaktivointi implantoitujen kanyylien avulla on vähentänyt merkittävästi uusiutumista [44] .
Kuten kokaiini , amfetamiinit lisäävät dopamiinin pitoisuutta synaptisessa rakossa, mikä lisää postsynaptisten hermosolujen vastetta. Lisäksi ne aiheuttavat kokaiinin tavoin dopamiinin toimintahäiriöitä, mikä edistää riippuvuutta.
Tutkimukset ovat osoittaneet, että joillakin aivojen alueilla amfetamiini ja niin kutsutut jälki- tai jälkiamiinit lisäävät dopamiinipitoisuuksia synaptisessa rakossa, mikä lisää postsynaptisen hermosolun vastetta. Erilaisia mekanismeja, joilla amfetamiini ja amiinijäämät vaikuttavat dopamiinipitoisuuksiin, on tutkittu laajasti, ja niiden tiedetään sisältävän dopamiininkuljettajan DAT ja vesikulaarisen monoamiinin kuljettajan tyypin 2 VMAT2 [45] [46] [47] . Amfetamiinimolekyyli on rakenteeltaan samanlainen kuin dopamiini ja amiinit; seurauksena se voi päästä presynaptiseen neuroniin DAT:n kautta sekä suoraan ylittää hermosolujen kalvon [45] . Kun amfetamiinia ja amiinijäämiä injektoidaan presynaptiseen neuroniin, TAAR1 aktivoituu, mikä proteiinikinaasisignaloinnin kautta indusoi dopamiinin ulosvirtausta, fosforylaatiosta riippuvaa DAT:n sisäistämistä ja ei-kilpailevaa takaisinoton estoa [45] [48] . Amfetamiinin ja amiinien rakenteellisen samankaltaisuuden vuoksi se on myös monoamiininkuljettajien substraatti; seurauksena se (kilpailullisesti) estää dopamiinin ja muiden monoamiinien takaisinottoa ja kilpailee niiden kanssa sisäänotosta [45] .