| černá látka | |
|---|---|
| Průřez středním mozkem na úrovni kvadrigeminy (přesněji Superior colliculus ). Dobře viditelná jsou červená jádra ( nuclei rubri ), jádro okohybného nervu ( nucleus nervus oculomotorius ), mozkový akvadukt ( aqueductus cerebri ) a periakvaduktální oblast, tečkovaně vyznačena dráha okohybného nervu (nervus oculomotorius) . linka . | |
| Umístění substantia nigra v lidském mozku, zobrazeno červeně. | |
| Část | Střední mozek, bazální ganglia . |
| Systém | Extrapyramidový |
| Katalogy | |
| Mediální soubory na Wikimedia Commons | |
Substance nigra , též černá látka ( lat. Substantia nigra ) je nedílnou součástí extrapyramidového systému [1] , který se nachází v oblasti kvadrigeminy středního mozku . Hraje důležitou roli v regulaci motorických funkcí, svalového tonu, provádění statokinetických funkcí účastí na mnoha autonomních funkcích: dýchání , srdeční činnost , cévní tonus [2] . Poprvé objevil francouzský anatom a lékař Felix Vic-d'Azir v roce 1784 [3] .
Navzdory skutečnosti, že substantia nigra je souvislý pás v řezech středního mozku , anatomické studie ukázaly, že se ve skutečnosti skládá ze dvou částí s velmi odlišnými vazbami a funkcemi: pars compacta (kompaktní část) a pars reticulata (retikulární část). Tuto klasifikaci poprvé navrhl Sano v roce 1910 [4] . Pars compacta slouží především jako přijímač signálu - v okruhu bazálních ganglií, dodává dopamin do striata . Pars reticulata slouží primárně jako vysílač, přenášející signály z bazálních ganglií do mnoha dalších mozkových struktur [5] .
Je to soubor nervových buněk. Nachází se v dorzální části nohy na hranici s bazální částí středního mozku. Substantia nigra se rozprostírá po celé délce mozkového kmene od mostního mostu po diencephalon . Lidé mají dvě Substantiae nigrae , jednu na každé straně (vlevo a vpravo), od střední linie mozku.
Buňky této látky jsou bohaté na jednu z forem přírodního pigmentu melaninu - neuromelaninu , který mu dodává charakteristickou tmavou barvu. U substantia nigra se rozlišuje dorzálně umístěná kompaktní vrstva ( pars compacta ) a ventrální ( pars reticulata ) - síťovitá vrstva [6] . Pars compacta leží mediálně k pars reticulata . Někdy je zmíněna třetí postranní vrstva - pars lateralis , i když je obvykle klasifikována jako součást pars reticulata . Pars reticulata a vnitřek globus pallidus jsou odděleny vnitřním pouzdrem [7] .
Neurony substantia nigra přijímají četné výběžky z nervových buněk v bazálních gangliích . Na druhé straně tvoří synaptická spojení s neurony v retikulárních jádrech mozkového kmene a bazálních ganglií [8] . Neurony, které tvoří kompaktní oddělení, jsou polychemické povahy. V retikulární části substantia nigra bylo nalezeno velké množství neuronů obsahujících GABA , v kompaktní části - dopamin . Kromě toho existují různé neuropeptidy v substantia nigra . Tato struktura je široce spojována s různými částmi centrálního nervového systému . Ale substantia nigra je zvláště blízce funkčně spřízněna s bazálními ganglii ( striatum a globus pallidus ) a také anatomicky s tuberkulami zrakového nervu .
Substantia nigra, která je fylogeneticky dosti prastarým útvarem, má složitou stavbu a bohaté prokrvení , což svědčí o vysoké úloze jejích složek v systému životní koordinace [9] .
Pars reticulata má silnou podobnost strukturálně i funkčně s vnitřkem globus pallidus. Neurony globus pallidus, stejně jako v pars reticulata, jsou převážně GABAergní.
Aferentní dráhyPars reticulata souvisí se striatem . Komunikace je reprezentována dvěma cestami, známými jako přímé a nepřímé (nepřímé) cesty. Přímá cesta začíná od striata a jde do retikulární části substantia nigra a mediálního globus pallidus. Je tvořena inhibičními GABAergními vlákny. Nepřímá cesta je složitější. Jeho funkcí je potlačit excitační vliv thalamu na ostatní části motorického kortexu. Prvním článkem této dráhy jsou inhibiční GABAergní projekce striata do laterálního globus pallidus . Laterální globus pallidus vysílá inhibiční GABAergní vlákna do subtalamického jádra. Výstupy subtalamického jádra představují excitační glutamátergní vlákna - některá se vracejí do laterálního globus pallidus, jiná směřují do retikulární části - pars reticulata substantia nigra a mediální globus pallidus [10] . Přímé a nepřímé cesty pocházejí z různých podskupin striatálních buněk: jsou úzce promíchané a hostí různé typy dopaminových receptorů, které se liší na neurochemické úrovni.
Eferentní cestyExistují významné projekce v thalamu (ventrálně-laterální a přední ventrální jádra), kvadrigemina, caudatus nuclei, pocházející z Pars reticulata (nigrothalamické dráhy) [11] , které využívají GABA jako neurotransmiter . Tyto neurony navíc tvoří až pět kolaterál, které mají větve jak v pars compacta , tak v pars reticulata , což pravděpodobně moduluje dopaminergní aktivitu v pars compacta [12] .
Pars compacta substantia nigra se skládá z dopaminergních neuronů. Tyto neurony jsou aferentní a komunikují s jinými mozkovými strukturami: caudate nucleus a putamen , které jsou součástí skupiny zvané striatum . Toto spojení umožňuje uvolňování dopaminu v těchto strukturách.
Černá látka hraje důležitou roli, díky ní jsou vykonávány následující funkce: pohyby očí, reguluje a koordinuje drobné a přesné pohyby, zejména prstů; koordinuje procesy žvýkání a polykání . Existují důkazy o úloze substantia nigra v regulaci mnoha autonomních funkcí: dýchání , srdeční činnost a vaskulární tonus. Elektrická stimulace substantia nigra způsobuje zvýšení krevního tlaku , srdeční frekvence a dechové frekvence.
Substance nigra je základní složkou dopaminergního systému odměny. Hraje také velmi důležitou roli v motivaci a emoční regulaci mateřského chování [13] :141 .
Pars reticulata substantia nigra je důležitým procesním centrem v bazálních gangliích. GABAergní neurony v Pars reticulata přenášejí konečné zpracované signály z bazálních ganglií do thalamu a kvadrigeminy. Kromě toho Pars reticulata inhibuje dopaminergní aktivitu v Pars compacta prostřednictvím axonálních kolaterálů , ačkoli funkční organizace těchto spojení zůstává nejasná.
Nejznámější funkcí Pars compacta je ovládání pohybů [14] , nicméně role substantia nigra v ovládání pohybů těla je nepřímá; elektrická stimulace této oblasti substantia nigra nemá za následek pohyby těla. Toto jádro je také zodpovědné za zajištění syntézy dopaminu , který je dodáván do dalších mozkových struktur prostřednictvím dopaminergních neuronů. Funkce dopaminových neuronů v pars compacta substantia nigra je komplexní.
Substantia nigra hraje velmi významnou roli při vzniku mnoha onemocnění, včetně Parkinsonovy choroby . Těla neuronů se nacházejí v substantia nigra, jejichž axony, které tvoří nigrostriatální dráhu , procházejí nohama mozku , vnitřním pouzdrem a končí v neostriatu ve formě širokého plexu terminálních mikrovezikul s vysoký obsah dopaminu . Právě tato dráha je místem v mozku, jehož porážka vede ke vzniku syndromu parkinsonismu [15] .
Parkinsonova choroba je neurodegenerativní onemocnění charakterizované odumíráním dopaminergních neuronů v pars compacta substantia nigra, jehož příčina je dosud neznámá. Parkinsonova nemoc je charakterizována poruchami hybnosti: třes , hypokineze , svalová rigidita , posturální nestabilita , dále vegetativní a duševní poruchy [16] – důsledek snížení inhibičního účinku světlé koule ( globus pallidus ), lokalizované v přední část mozku, na striatu ) . Poškození neuronů pallidum vede k „inhibici inhibice“ periferních motorických neuronů [16] ( motoneurony míchy ). V tuto chvíli je onemocnění neléčitelné, ale stávající metody konzervativní i chirurgické léčby mohou výrazně zlepšit kvalitu života pacientů [16] . Pomocí pozitronové emisní tomografie bylo prokázáno, že míra degenerace neuronů substantia nigra u Parkinsonovy choroby je mnohem vyšší než u normálního stárnutí [17] .
Je známo, že zvýšení hladiny dopaminu se podílí na rozvoji schizofrenie. Mnoho diskuzí však pokračuje dodnes kolem této teorie, která je běžně známá jako „ teorie dopaminu schizofrenie “. Navzdory kontroverzi zůstávají antagonisté dopaminu standardní léčbou schizofrenie. Mezi tyto antagonisty patří (typická) antipsychotika první generace , jako je butyrofenon , fenothiazin a deriváty thioxantenu . Tyto léky byly z velké části nahrazeny léky druhé generace (atypickými antipsychotiky), jako je klozapin a risperidon . Je třeba poznamenat, že tyto léky obecně nepůsobí na neurony produkující dopamin ani na receptory postsynaptických neuronů.
Další nelékové důkazy na podporu dopaminové hypotézy substantia nigra zahrnují strukturální změny v pars compacta, jako je smrštění synaptických zakončení. Další změny v substantia nigra zahrnují zvýšenou expresi NMDA receptorů ve struktuře a sníženou expresi dysbindinu . Disbindin, který byl (kontroverzně) spojován se schizofrenií, může regulovat uvolňování dopaminu a míra nízké exprese dysbindinu v substantia nigra může být důležitá v etiologii schizofrenie.
S inhibicí dopaminergního přenosu v nigrostriatálním systému (blokáda dopaminových D2 receptorů [18] ) při použití neuroleptik je spojen rozvoj extrapyramidových nežádoucích účinků [19] : parkinsonismus , dystonie , akatizie , tardivní dyskineze atd.
Různé nezávislé studie ukázaly, že mnoho jedinců se schizofrenií má zvýšený tok dopaminu a serotoninu do postsynaptických neuronů v mozku. [20] [21] [22] [23] Tyto neurotransmitery jsou součástí tzv. „ systému odměn “ a jsou produkovány ve velkém množství během toho, co pacient vnímá jako pozitivní zážitky, jako je sex, drogy, alkohol, chutné jídlo, a stimulanty s nimi spojené. [24] Neurovědecké experimenty ukázaly, že i vzpomínky na pozitivní zážitky mohou zvýšit hladinu dopaminu [25] [26] [27] , takže tento neurotransmiter je mozkem využíván k hodnocení a motivaci, posilování akcí důležitých pro přežití a plození. [28] Například mozek laboratorních myší produkoval dopamin již během očekávání očekávané rozkoše. [29] Někteří pacienti však tento systém odměn záměrně přetěžují tím, že znovu a znovu uměle vyvolávají příjemné vzpomínky a myšlenky, protože neurotransmitery dobré nálady jsou přirozeně produkovány tímto způsobem, a tím ztrácejí sebekontrolu. [23] Je to podobné jako u drogové závislosti, [30] protože téměř všechny drogy přímo či nepřímo cílí na systém odměn v mozku a saturují jeho struktury dopaminem [31] [32] . Pokud pacient nadále nadměrně stimuluje svůj systém odměny, pak se mozek postupně přizpůsobí nadměrnému toku dopaminu , produkovat méně hormonu a snižuje počet receptorů v systému odměn [33] . V důsledku toho se snižuje chemický účinek na mozek, čímž se snižuje schopnost pacienta užívat si věcí, které je bavil dříve [32] . Tento pokles způsobí, že pacient závislý na dopaminu zvýší svou „mentální aktivitu“ ve snaze uvést hladinu neurotransmiterů do pro něj normálního stavu [23] – tento efekt je ve farmakologii znám jako tolerance . Další závislost může postupně vést k velmi závažným změnám v neuronech a dalších mozkových strukturách a potenciálně může v dlouhodobém horizontu způsobit vážné poškození zdraví mozku [34] . Moderní antipsychotické léky mají za cíl blokovat funkce dopaminu . Ale bohužel tato blokáda někdy také způsobuje záchvaty deprese, které mohou zvýšit návykové chování pacienta [35] . Kognitivně-behaviorální psychoterapie (KBT), kterou podává profesionální psycholog, může také pomoci pacientům účinně kontrolovat jejich přetrvávající myšlenky, zlepšit sebevědomí, pochopit příčiny deprese a vysvětlit jim dlouhodobé negativní účinky závislosti na dopaminu [36 ] [37] . „Dopaminová teorie“ schizofrenie se stala v psychiatrii velmi populární díky účinnosti atypických antipsychotik, která blokují neurotransmitery , nicméně mnoho psychologů tuto teorii nepodporuje, protože ji považují za „zjednodušenou“, existuje také několik různých proudů mezi zastánci teorie [20] .
Takže při řezání bilaterálních cest od substantia nigra do striatum způsobují u zvířat nehybnost, odmítání jídla a pití a nedostatek reakcí na podráždění z vnějšího světa. Poškození lidské substantia nigra vede k dobrovolným pohybům hlavy a rukou, když pacient klidně sedí ( Parkinsonova choroba ) [38] . Často dochází k tzv. extrapyramidový syndrom - projev dysfunkce extrapyramidového (striopallidálního) systému ve formě:
Některé hyperkineze (choreické) jsou zároveň spojeny se svalovou hypotenzí [39] .
Chemické vlivy a změny v substantia nigra, ke kterým dochází na molekulární úrovni, hrají důležitou roli v takových oborech medicíny , jako je neurofarmakologie a toxikologie. Různé sloučeniny, jako je levodopa a MPTP (methylfenyltetrahydropyridin) se používají k léčbě a studiu Parkinsonovy choroby a mnoho dalších léků má vliv na substantia nigra .
Substance nigra je hlavním cílem chemoterapie při léčbě Parkinsonovy choroby . Levodopa (L-DOPA), prekurzor dopaminu, je nejčastěji předepisovaným antiparkinsonikem. Levodopa je zvláště účinná při léčbě pacientů v časných stádiích Parkinsonovy choroby, i když lék neztrácí svou účinnost v průběhu času [40] . Tím, že levodopa prochází BBB , zvyšuje hladinu esenciálního dopaminu v substantia nigra, čímž zmírňuje příznaky Parkinsonovy choroby. Nevýhodou léčby levodopou je, že odstraňuje příznaky Parkinsonovy choroby, při které jsou zaznamenány nízké hladiny dopaminu, a nikoli příčinu – odumírání dopaminergních neuronů substantia nigra.
MPTP ( methylfenyltetrahydropyridin ) je neurotoxin , který působí na dopaminergní buňky mozku (má vysokou afinitu k dopaminovému transportéru (DAT) [41] ), zejména v substantia nigra. MPTP se stal široce známým v roce 1982, kdy byla malé skupině lidí z okresu Santa Clara (Kalifornie, USA) diagnostikován parkinsonismus po použití methylfenylpropinoxypyridinu (MPPP) kontaminovaného MPTP. Neurotoxicita MPTP se vysvětluje metabolickou poruchou v mitochondriích dopaminergních neuronů, která má za následek tvorbu volných radikálů [42] .
V roce 1984 Langston a spolupracovníci provedli experimenty prokazující přímý účinek MPTP na blokádu tvorby dopaminu , což vedlo k Parkinsonově chorobě . Látka se v současnosti používá k simulaci Parkinsonovy choroby pro studium a případnou léčbu v laboratoři. Experimenty na myších ukázaly, že náchylnost k MPTP se zvyšuje s věkem [43] .
Mechanismus účinku kokainu v lidském mozku zahrnuje inhibici zpětného vychytávání dopaminu a blokádu dopaminového DAT transportéru, což vede ke stavu euforie a psychické závislosti . U laboratorních zvířat se po jednorázové injekci kokainu zvýšila hustota dopaminových receptorů na postsynaptické membráně v průměru o 37 %, při opakovaném podání se hustota receptorů dále zvyšovala. V důsledku postupného zvyšování závažnosti poruch metabolismu dopaminu při užívání kokainu mohou vznikat specifické psychózy, které svým klinickým průběhem připomínají schizofrenii . Kokain je však aktivnější ve ventrálních tegmentálních dopaminergních neuronech než v substantia nigra.
Inaktivace substance nigra může být možnou léčbou závislosti na kokainu . Ve studiích závislosti na kokainu u potkanů inaktivace substantia nigra pomocí implantovaných kanyl významně snížila relapsy [44] .
Stejně jako kokain zvyšují amfetaminy koncentraci dopaminu v synaptické štěrbině , čímž zvyšují odezvu postsynaptických neuronů. Navíc stejně jako kokain způsobují dopaminovou dysfunkci, která přispívá k závislosti.
Výzkumy ukázaly, že v některých oblastech mozku amfetamin a tzv. stopové nebo stopové aminy zvyšují koncentrace dopaminu v synaptické štěrbině, a tím zvyšují odpověď postsynaptického neuronu. Různé mechanismy, kterými amfetamin a stopové aminy ovlivňují koncentrace dopaminu, byly rozsáhle studovány a je známo, že zahrnují dopaminový transportér DAT a vezikulární monoaminový transportér typu 2 VMAT2 [45] [46] [47] . Molekula amfetaminu má podobnou strukturu jako dopamin a stopové aminy; v důsledku toho může vstoupit do presynaptického neuronu prostřednictvím DAT a také přímo procházet neuronální membránou [45] . Když jsou amfetamin a stopové aminy injikovány do presynaptického neuronu, aktivuje se TAAR1, který prostřednictvím signalizace proteinkinázy indukuje eflux dopaminu, internalizaci DAT závislou na fosforylaci a nekompetitivní inhibici zpětného vychytávání [45] [48] . Vzhledem ke strukturní podobnosti mezi amfetaminem a stopovými aminy je také substrátem pro transportéry monoaminů; v důsledku toho (kompetitivně) inhibuje zpětné vychytávání dopaminu a dalších monoaminů a soutěží s nimi o vychytávání [45] .