Otak manusia dikemas dengan baik di dalam tengkorak yang tebal dan bertulang. Pleksus koroid mengeluarkan cairan serebrospinal (CSF) yang mengelilingi otak. Cairan melewati empat ventrikel dengan bantuan ruang subarachnoid dan akhirnya memasuki vena serebral melalui vili arachnoid. Otak tidak memiliki sistem limfatik sehingga CSF bertindak sebagai pengganti parsial. Dura mater adalah jaringan ikat yang kuat dan protektif yang melekat kuat pada tengkorak dan termasuk ruang subaraknoid yang diisi dengan CSF, arteri, dan jaringan ikat seperti web yang dikenal sebagai archanoid mater. Pia mater adalah membran yang sangat halus dan permeabel yang terdiri dari kolagen, elastin dan fibroblast yang terletak di lantai ruang subarachnoid dan memungkinkan difusi antara CSF dan cairan interstitial jaringan otak. Pia mater juga terganggu oleh proses astrosit.

Otak dan CSF dipisahkan satu sama lain oleh sawar darah-serebrospinal dan sawar darah-otak (BBB) ​​yang melindungi otak dari zat darah yang tidak diinginkan. Rintangan ini dapat ditembus oleh air, oksigen, karbon dioksida, molekul kecil yang larut dalam lemak, elektrolit dan asam amino esensial tertentu. Rintangan terbentuk oleh aksi gabungan sel-sel endotel yang melapisi dinding kapiler dan sel glial (astrosit) yang membungkus kapiler dengan serat. Otak memiliki komposisi kimia yang berbeda misalnya, struktur lipid menyumbang 50% berat kering otak, suatu fitur yang berbeda dengan jaringan lemak lain dari tubuh yang terdiri dari trigliserida dan asam lemak bebas.

Neurotransmitter dan Identifikasi Mereka

Neurotransmitter adalah bahan kimia yang diproduksi secara endogen yang secara aktif berpartisipasi dalam transmisi sinyal dari neuron ke sel target melalui sinaps. Mereka dikemas rapat di dalam vesikula sinaptik yang tetap berkerumun di bawah membran pada sisi pra-sinapsis sinapsis. Setelah aktivasi mereka dilepaskan ke celah sinaptik di mana mereka mengikat reseptor yang terletak di membran sisi post-sinaptik sinapsis. Pelepasan neurotransmitter hanyalah indikasi bahwa tindakan potensial telah dihasilkan. Bahan kimia ini disintesis dari prekursor sederhana, terutama asam amino. Asam amino mudah tersedia dan hanya beberapa langkah biosintetik yang terlibat dalam pembentukan neurotransmiter.

Ramón v Cajal menemukan celah sinaptik setelah melakukan pemeriksaan histologis neuron dengan hati-hati. Setelah penemuan celah sinaptik disarankan bahwa beberapa pembawa pesan kimia terlibat dalam transmisi sinyal. Pada tahun 1921, seorang farmakologis Jerman Otto Loewi mengkonfirmasi bahwa neuron berkomunikasi satu sama lain dengan melepaskan pembawa pesan kimia. Dia melakukan serangkaian percobaan di mana saraf katus katak terlibat. Dia secara manual mengendalikan detak jantung katak dengan mengendalikan jumlah larutan garam yang ada di sekitar saraf vagus. Ketika eksperimen itu selesai, Loewi menyimpulkan bahwa pengaturan detak jantung yang simpatik dapat dimediasi melalui perubahan konsentrasi kimia. Dia kemudian menemukan neurotransmitter pertama yang dikenal sebagai asetilkolin (Ach). Namun,

Jenis

Ada banyak cara di mana neurotransmiter dapat diklasifikasikan misalnya, mereka dapat dibagi menjadi asam amino, peptida dan monoamina berdasarkan komposisi kimianya. Asam amino yang bertindak sebagai neurotransmitter adalah glutamat, aspartat, D-serin, asam gama-aminobutirat (GABA) dan glisin. Monoamina dan amina biogenik lainnya termasuk dopamin (DA), norepinefrin, epinefrin, histamin, dan serotonin. Zat lain yang bertindak sebagai neurotransmiter adalah asetilkolin (Ach), adenosin, oksida nitrat dan anandamide. Lebih dari 50 peptida neuroaktif diketahui bertindak sebagai neurotransmiter. Banyak dari peptida ini dilepaskan bersama dengan molekul pemancar kecil. Contoh yang terkenal dari neurotransmitter peptida adalah β-endorphin yang dikaitkan dengan reseptor opioid dari sistem saraf pusat. Ion tunggal seperti seng yang dilepaskan secara sinaptik, beberapa molekul gas seperti nitrit oksida (NO) dan karbon monoksida (CO) juga dianggap sebagai neurotransmiter. Glutamat adalah neurotransmitter yang paling umum karena merupakan rangsang pada 90% sinapsis, sedangkan GABA merupakan inhibitor pada 90% sinapsis.

Neurotransmiter Eksitasi dan Penghambat

Neurotransmitter dapat bersifat rangsang atau penghambatan tetapi tindakan utamanya adalah aktivasi satu atau lebih reseptor. Efek bahan kimia ini pada sisi post-sinaptik sel sepenuhnya tergantung pada sifat-sifat reseptor. Reseptor untuk sebagian besar neurotransmitter bersifat rangsang ketika mereka mengaktifkan sel target sehingga potensial aksi dapat dihasilkan. Di sisi lain, untuk GABA, sebagian besar reseptor bersifat penghambatan. Namun, bukti telah menunjukkan bahwa GABA bertindak sebagai neurotransmitter rangsang selama perkembangan otak dini. Untuk asetilkolin, reseptor bersifat rangsang dan penghambatan. Efek dari sistem neurotransmitter secara langsung tergantung pada koneksi neuron dan sifat kimia dari reseptor. Sistem neurotransmitter utama adalah sistem norepinefrin, dopamin, serotonin, dan kolinergik. Obat-obatan yang menargetkan sistem neurotransmitter ini memengaruhi seluruh sistem sehingga menjelaskan kerumitan aksi obat. AMPT mencegah konversi tirosin menjadi L-DOPA yang membentuk dopamin. Reserpin mencegah akumulasi dopamin di vesikel. Deprenyl menghambat aktivitas monoamine oksidase-B dan dengan demikian, meningkatkan kadar dopamin.

Prekursor Neurotransmiter

Prekursor yang berbeda diperlukan untuk sintesis neurotransmiter yang berbeda. Misalnya, L-DOPA adalah prekursor untuk sintesis dopamin yang melintasi sawar darah otak dan digunakan dalam pengobatan penyakit Parkinson. Dalam kasus pasien depresi, aktivitas norepinefrin diturunkan, sehingga prekursor untuk neurotransmitter ini diberikan secara eksternal. Prekursor untuk neurotransmitter ini adalah L-fenilalanin dan L-tirosin. Prekursor ini juga berpartisipasi dalam sintesis dopamin dan epinefrin. Sintesis neurotransmitter ini juga membutuhkan vitamin B6, vitamin C dan S-adenosylmethionine. L-tryptophan adalah prekursor untuk sintesis serotonin dan penelitian telah menunjukkan bahwa pemberiannya menghasilkan peningkatan produksi serotonin di otak. Konversi L-triptofan membutuhkan vitamin C.

Degradasi dan Eliminasi

Neurotransmitter harus dipecah menjadi molekul kecil sebelum mereka mencapai neuron pasca-sinaptik untuk berpartisipasi dalam transduksi sinyal rangsang atau penghambatan. Sebagai contoh, asetilkolin (ACh) adalah neurotransmitter rangsang yang dipecah oleh asetilkolinesterase (AChE). Kolin didaur ulang oleh neuron pra-sinaptik untuk membentuk asetilkolin lagi. Neurotransmiter lain seperti dopamin dapat berdifusi dari persimpangan sinaptiknya dan dihilangkan dari tubuh melalui ginjal atau dihancurkan di hati. Setiap neurotransmitter memiliki jalur degradasi spesifik.

Neurotransmiter Penting

Sejumlah bahan kimia diketahui bertindak sebagai neurotransmiter dan mereka akan ditangani di sini secara terpisah.

1. Acetylcholine (Ach)

Asetilkolin adalah bagian dari sistem saraf perifer dan merupakan neurotransmitter pertama yang ditemukan. Ini adalah neurotransmitter rangsang yang berbeda dengan monoamina yang bersifat penghambatan. Prekursor asetilkolin adalah asetil-KoA yang diproduksi selama metabolisme glukosa dan kolin yang secara aktif diangkut melintasi sawar darah otak. Produksi neurotransmitter ini terjadi di otak. Kolin diet berasal dari kolin fosfatidil yang ada di membran sel tumbuhan dan hewan kecuali sel bakteri. Asetil-KoA dan kolin disintesis secara independen di dalam tubuh sel neuron. Otak memiliki beberapa reseptor asetilkolin tetapi di luar otak itu adalah bahan kimia utama yang mengatur aktivitas otot. Otot-otot tubuh dapat berupa otot rangka yang berada di bawah kendali sukarela atau otot polos sistem saraf otonom yang tidak memiliki kendali sukarela. Sistem saraf selanjutnya dapat dibagi lagi menjadi divisi simpatis dan parasimpatis. Persarafan otot skelet secara langsung disebabkan oleh asetilkolin sedangkan otot polos disebabkan oleh norepinefrin.

Reseptor asetilkolin terdiri dari dua jenis yaitu, reseptor terkontrol saluran ion aksi cepat dan reseptor kerja lambat yang membutuhkan protein-G (protein pengikat nukleotida Guanine) yang merangsang pembawa pesan kedua untuk secara tidak langsung membuka saluran ion. Reseptor pengendali saluran ion langsung merespons dalam mikrodetik, sementara reseptor pengendali utusan kedua tidak langsung dapat mengambil milidetik untuk menghasilkan respons. Reseptor bertindak cepat dikenal sebagai nikotinat karena secara khusus diaktifkan oleh hadir racun dalam tembakau. Reseptor kerja lambat dikenal sebagai muskarinik karena memerlukan muskarin toksin dan asetilkolin untuk aktivasi. Saraf parasimpatis dapat berupa kranial atau sakral. 75% dari semua serabut saraf parasimpatis muncul dari saraf kranial tunggal yang dikenal sebagai vagus. Serat-serat ini berjalan menuju ganglia dan akhirnya memasuki otot polos. Serat preganglionik adalah nikotinik. Persimpangan neuromuskuler otot rangka juga nikotinik sedangkan otot polos muskarinik.

Kecepatan respons otot rangka mengklarifikasi bahwa mereka dikendalikan oleh reseptor nikotinik yang bekerja cepat. Aktivitas asetilkolin dalam sinapsis nikotinik dan muskarinik dihambat oleh asetilkolinesterase. Kolin dibebaskan setelah hidrolisis asetilkolin dapat diangkut melintasi membran pasca-sinaptik untuk digunakan untuk resintesis asetilkolin. Beberapa racun ular dapat memblokir reseptor nikotinik yang menyebabkan kelumpuhan. Atropin diketahui menghambat reseptor muskarinik. Sebagian besar reseptor kolinergik otak adalah muskarinik karena menunjukkan plastisitas sinaptik. Proporsi utama sintesis asetilkolin di otak terjadi pada nukleus interpenduncular. Semua inter-neuron di striatum dan nucleus accumbens bersifat kolinergik. Input kolinergik primer ke korteks serebral muncul dari nukleus basal Meynert, area yang menonjol dari substantia innominata. Inti Meynert juga dikenal untuk menginervasi amigdala basolateral, ganglia basal, dan nukleus reticular thalamus.
Jika agen penghambat muskarinik diberikan pada individu normal maka kehilangan ingatan dapat terjadi.

2. Dopamin

Dopamin, norepinefrin, dan serotonin adalah neurotransmiter monoamina primer. Dopamin dan norepinefrin adalah katekolamin sedangkan serotonin adalah indolamin. Tirosin bukan asam amino esensial karena sintesisnya terjadi di hati dari fenilalanin dengan adanya fenilalanin hidroksilase. Ini tidak dapat disintesis di otak sehingga harus digabungkan dengan molekul transporter asam amino netral besar untuk masuk ke otak. Molekul transporter ini juga mengangkut fenilalanin, triptofan, metionin, dan asam amino rantai cabang.

Ketika tirosin memasuki otak, ia harus diubah menjadi DOPA (Dihydroxyphenylalanine) oleh tirosin hidroksilase bersama dengan oksigen, besi dan Tetrahydrobiopterin (THB) yang bertindak sebagai faktor-faktor pendamping. DOPA diubah menjadi dopamin oleh dekarboksilase asam amino aromatik dengan co-factor pyridoxa L phosphate (PLP). Tingkat reaksi berfluktuasi ketika ada kekurangan vitamin B6. Sistem saraf pusat memiliki proporsi sel dopaminergik yang tinggi dibandingkan sel adrenergik. Dopamin yang ada di nukleus kaudat otak bertanggung jawab untuk mempertahankan postur tubuh sementara yang ada di nukleus accumbens dikaitkan dengan kecepatan hewan. Dua jenis reseptor dopamin primer dikenal yaitu D1 (stimulasi) dan D2 (penghambatan). Kedua reseptor ini membutuhkan protein G untuk aktivitas mereka. Reseptor D2 terletak pada neuron dopaminergik dan menghasilkan umpan balik negatif. Mereka juga dikenal sebagai auto-reseptor karena mereka dapat menghambat pelepasan dan sintesis dopamin.

Pengikatan dopamin ke reseptor D1 merangsang aktivitas Adenylyl cyclase (AC) yang mengubah ATP menjadi AMP siklik (second messenger). AMP siklik (cAMP) kemudian berikatan dengan protein kinase A (PKA). PKA berpartisipasi dalam memodulasi aktivitas berbagai protein dengan menambahkan fosfat ke dalamnya. Otak memiliki empat saluran dopaminergik utama yaitu, saluran nigrostriatial, saluran tuberoinfundibular, saluran mesolimbik dan saluran mesokortikal. Baik dopamin dan norepinefrin dikatabolisme oleh monoamine oxidase (MAO) dan catechol-o-methyltransferase (COMT). COMT aktif dalam sinapsis dan menggunakan S-adenosyl methionine (SAM) sebagai donor kelompok metil sementara MAO aktif di terminal pra-sinaptik melawan katekolamin. Skizofrenia diduga terjadi karena stimulasi berlebih pada reseptor D2 pada sistem mesolimbik dan mesokortikal. Sistem dopaminergik mesolimbik dan mesokortikal diyakini memainkan peran aktif dalam motivasi. Kokain diketahui meningkatkan aktivitas dopaminergik di area mesolimbik otak dengan menghambat pengambilan kembali dopamin di area tegmental ventral dan nucleus accumbens.

3. Serotonin (5-Hydroxytryptamine, 5-HT)

Serotonin diisolasi sistem saraf menurut ayurveda dari serum darah sebagai zat yang menyebabkan kontraksi otot. Hanya 1-2% dari serotonin tubuh hadir di otak sementara sisanya berasal dari trombosit, sel mast dll. Sintesis serotonin melibatkan dua langkah bersama dengan triptofan hidroksilase dan faktor-faktor lainnya yaitu oksigen, besi dan THB. Konsentrasi serotonin tertinggi ada di kelenjar pineal. Ini terutama dimetilasi dalam sintesis melatonin. Melatonin disintesis dari serotonin dalam dua langkah dan seluruh proses membutuhkan gugus asetil dari asetil Co-A dan gugus metil dari S-adenosyl metionin. Melatonin mengatur aktivitas diurnal, perilaku musiman, dan fisiologi hewan. Pada mamalia, neuron noradrenergik yang terletak di dekat saraf optik dihambat oleh cahaya tetapi dalam kegelapan norepinefrin merangsang sel-sel pineal untuk melepaskan AMP siklik yang pada gilirannya mengaktifkan transferase N-asetil untuk menyebabkan asetilasi serotonin. Inti suprachiasmatic (SCN) dari hipotalamus bertanggung jawab untuk mengatur jam sirkadian mamalia sebagian sebagai respons terhadap cahaya. SCN menerima pasokan serotonergik dari nukleus raphe dorsal. Serotonin juga mengurangi respons SCN terhadap cahaya. Kurang tidur bertanggung jawab untuk meningkatkan konsentrasi serotonin di SCN. Tingkat serotonin yang rendah dikaitkan dengan tingkat sensitivitas nyeri, penggerak yang tinggi, aktivitas seksual, agresi, depresi, Obsessive Compulsive Disorder (OCD) dan gangguan panik.

4. Glisin

Glycine adalah asam amino paling sederhana yang tersusun dari amino dan gugus karboksil. Peran glisin sebagai neurotransmitter sangat sederhana. Ketika dilepaskan menjadi sinaps, ia berikatan dengan reseptor yang membuat membran permeabel terhadap ion klorida. Dengan demikian, ini adalah penghambatan dalam aksi dan dapat dengan mudah dinonaktifkan di sinaps. Ini hanya ditemukan di vertebrata dan terutama hadir di sumsum tulang belakang ventral.

5. Asam aspartat (Aspartat)

Aspartat juga ada di sumsum tulang belakang ventral seperti glisin. Ini juga berpartisipasi dalam pembukaan saluran ion dan segera dinonaktifkan dengan reabsorpsi ke dalam membran pra-sinaptik. Ini adalah neurotransmitter rangsang karena meningkatkan depolarisasi di membran pasca-sinaptik.

6. Asam glutamat (Glutamat)

Glutamat adalah neurotransmitter rangsang yang paling umum hadir di otak dan meningkatkan aliran ion positif dengan membuka saluran ion. Stimulasinya diakhiri oleh sistem transportasi membran yang digunakan untuk reabsorpsi aspartat dan glutamat melintasi membran pra-sinaptik. Reseptor NMDA-glutamat adalah reseptor yang paling rumit. Ini adalah satu-satunya reseptor yang diatur oleh ligan dan tegangan. Ini memiliki lima situs pengikatan untuk glutamat, glisin, magnesium, seng dan situs yang mengikat zat halusinogen, phencyclidine. Reseptor NMDA lebih padat terletak di korteks serebral, amigdala, dan ganglia basal. Glutamat tidak mampu melewati sawar darah otak.

7. Gamma amino butyric acid (GABA)

GABA adalah penghambat neurotransmitter utama yang menyebabkan 30-40% dari semua sinapsis. Ini hadir dalam konsentrasi tinggi dalam inti substantia nigra dan globus pallidus basal ganglia, hipotalamus, materi abu-abu periaqueductal dan hippocampus. Konsentrasi GABA di otak adalah 200-1000 kali lebih besar daripada monoamina atau asetilkolin. Ini agak unik karena cepat dinonaktifkan selama transpornya ke sel glial. Baik GABA dan glutamat disintesis di otak dari alpha-keto glutarate, molekul yang diproduksi selama siklus Kreb. Seperti reseptor GABA glisin digabungkan dengan saluran ion klorida.

8. Norepinefrin

Norepinefrin dan asetilkolin adalah neurotransmiter sistem saraf tepi. Ini disintesis dari dopamin di hadapan dopamin beta-hidrokslase bersama dengan kofaktor yaitu, oksigen, tembaga dan vitamin C. Sintesis dopamin terjadi dalam sitoplasma sementara sintesis norepinefrin terjadi di dalam vesikel penyimpanan neurotransmitter. Sel yang menggunakan norepinefrin untuk membuat epinefrin menggunakan S-adenosil metionin sebagai donor kelompok metil. Tingkat epinefrin rendah dibandingkan dengan norepinefrin. Proporsi utama norepinefrin hadir di lokus seruleus pons sementara sisanya ditemukan di neokorteks, hippocampus, dan otak kecil. Sebagian besar persarafan dopaminergik hipotalamus berasal dari nuklei tegmental lateral. Ini memainkan peran utama dalam siklus kesadaran-gairah.

9. Peptida

Peptida adalah neurotransmiter paling umum yang terletak di hipotalamus. Struktur kompleks mereka bertanggung jawab atas spesifisitas reseptornya yang tinggi. Sintesisnya terjadi di ribosom dan mereka dengan cepat dinonaktifkan di sinapsis oleh hidrolisis. Mereka lebih kuat daripada neurotransmiter lain karena jumlah mereka yang sangat kecil cukup untuk menghasilkan respons. Peptida opioid terdiri dari endorfin, enkephalin, dan dinorfin. Opiat dan enkephalin menyebabkan penghambatan neuron yang menembaki lokus ceruleus. Konsentrasi reseptor opioid sangat tinggi di daerah sensorik, limbik dan hipotalamus otak. Konsentrasi mereka juga tinggi di daerah abu-abu amigdala dan preiaqueductal. Cholecystokinin (CCK) dikenal untuk berpartisipasi dalam rasa kenyang. Suntikan CCK dosis kecil di area paraventrikular dapat menyebabkan makan. Juga dikenal untuk memodulasi pelepasan dopamin. Dosis rendah vasopresin peptida diketahui meningkatkan proses pembelajaran pada hewan laboratorium.

10. Endorfin

Solomon Snyder dan Candace Pert dari Johns Hopkins menemukan endorphin pada tahun 1973. Ini menyerupai opioid dalam struktur dan fungsi. Ini penghambatan tempat pengobatan syaraf kejepit di jakarta dan terlibat dalam pengurangan rasa sakit dan kesenangan. Obat opioid bekerja dengan menempel pada situs reseptor endorfin. Ini juga menyebabkan hibernasi pada beruang dan hewan lainnya.

Neurotransmitter: Utusan Kimia Sistem Saraf

Navigasi pos


Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *