การส่งสัญญาณประสาทโคลินเนอร์จิกและสรีรวิทยาของอะเซทิลโคลีน
การส่งสัญญาณประสาทโคลินเนอร์จิกใช้อะเซทิลโคลีนเป็นสารสื่อเคมี และมีความสำคัญต่อระบบประสาทอัตโนมัติ อะเซทิลโคลีนเป็นสารสื่อประสาทที่ปมประสาทอัตโนมัติทั้งหมด (จากพรีแกงเกลียนิกไปยังโพสต์แกงเกลียนิก ทั้งสองส่วน) ที่รอยต่อประสาท-อวัยวะเป้าหมายของพาราซิมพาเทติก และที่เส้นประสาทซิมพาเทติกที่ไปเลี้ยงต่อมเหงื่อ มันออกฤทธิ์ต่อตัวรับหลักสองประเภท ได้แก่ นิโคตินิกและมัสคารินิก ซึ่งทำให้เกิดผลลัพธ์ที่หลากหลายทั้งแบบรวดเร็วและช้าทั่วอวัยวะภายใน
Definition
การส่งสัญญาณประสาทโคลินเนอร์จิกคือกระบวนการที่อะเซทิลโคลีนถูกสังเคราะห์ หลั่ง และออกฤทธิ์ต่อตัวรับนิโคตินิกและมัสคารินิกเพื่อเป็นสื่อกลางในการส่งสัญญาณที่ปมประสาทอัตโนมัติและการตอบสนองของอวัยวะเป้าหมายของพาราซิมพาเทติก (และซิมพาเทติกบางส่วน) โดยการส่งสัญญาณจะถูกยุติลงด้วยการไฮโดรไลซิสผ่านอะเซทิลโคลีนเอสเทอเรส
Scope
หัวข้อนี้ครอบคลุมการสังเคราะห์ การหลั่ง การออกฤทธิ์ของตัวรับ และการยุติการทำงานอย่างรวดเร็วของอะเซทิลโคลีนในระบบประสาทอัตโนมัติ: ตำแหน่งที่เกิดการส่งสัญญาณโคลินเนอร์จิก ความแตกต่างระหว่างตัวรับนิโคตินิก (ไอโอโนโทรปิก) และมัสคารินิก (เมตาโบโทรปิก) วิถีการส่งสัญญาณที่เกี่ยวข้อง และบทบาทของอะเซทิลโคลีนเอสเทอเรสในการยุติการส่งสัญญาณ นี่คือสรีรวิทยาอ้างอิง ไม่ใช่แนวทางปฏิบัติทางคลินิก
Core questions
- อะเซทิลโคลีนเป็นสารสื่อประสาทในส่วนใดของระบบประสาทอัตโนมัติ?
- ตัวรับนิโคตินิกและมัสคารินิกแตกต่างกันอย่างไรในกลไกและความเร็ว?
- อะเซทิลโคลีนถูกสังเคราะห์และหลั่งอย่างไร และถูกทำให้ไม่ทำงานได้อย่างไร?
- การส่งสัญญาณมัสคารินิกทำให้เกิดผลลัพธ์ที่หลากหลายต่อหัวใจ ต่อม และกล้ามเนื้อเรียบได้อย่างไร?
Key concepts
- การสังเคราะห์อะเซทิลโคลีน (โคลีนอะเซทิลทรานสเฟอเรส) และการนำโคลีนกลับมาใช้ใหม่
- ตัวรับอะเซทิลโคลีนชนิดนิโคตินิก (ช่องไอออนแบบมีลิแกนด์ควบคุม)
- ตัวรับอะเซทิลโคลีนชนิดมัสคารินิก (G-protein-coupled)
- การส่งสัญญาณที่ปมประสาท (นิโคตินิก) ในทั้งสองส่วน
- การส่งสัญญาณประสาท-อวัยวะเป้าหมายของพาราซิมพาเทติก (มัสคารินิก)
- การกระตุ้นเส้นประสาทซิมพาเทติกแบบโคลินเนอร์จิกของต่อมเหงื่อ
- อะเซทิลโคลีนเอสเทอเรสและการไฮโดรไลซิสอย่างรวดเร็ว
- การควบคุมหัวใจและอวัยวะภายในโดยเส้นประสาทเวกัส
Key theories
- การส่งสัญญาณเคมี (ฮอร์โมน)
- การทดลองคลาสสิกของ Loewi แสดงให้เห็นว่าการกระตุ้นเส้นประสาทเวกัสจะหลั่งสารที่แพร่กระจายได้ ('Vagusstoff' ซึ่งต่อมาถูกระบุว่าเป็นอะเซทิลโคลีน) ที่สามารถทำให้หัวใจดวงที่สองเต้นช้าลง ซึ่งเป็นหลักฐานที่ชัดเจนว่าเส้นประสาทสื่อสารกับอวัยวะเป้าหมายผ่านสารสื่อเคมีมากกว่าวิธีการทางไฟฟ้าล้วนๆ
Mechanisms
อะเซทิลโคลีนถูกสังเคราะห์ในปลายประสาทจากโคลีนและอะเซทิล-โคเอ โดยเอนไซม์โคลีนอะเซทิลทรานสเฟอเรส ถูกเก็บไว้ในถุงเก็บสารสื่อประสาท และถูกหลั่งเมื่อเกิดการดีโพลาไรซ์ มันออกฤทธิ์ต่อตัวรับสองตระกูล ตัวรับนิโคตินิกเป็นช่องไอออนบวกแบบมีลิแกนด์ควบคุม ซึ่งเป็นสื่อกลางในการส่งสัญญาณกระตุ้นอย่างรวดเร็ว รวมถึงการส่งสัญญาณข้ามปมประสาทอัตโนมัติทั้งในส่วนซิมพาเทติกและพาราซิมพาเทติก ตัวรับมัสคารินิกเป็นแบบ G-protein-coupled และเป็นสื่อกลางในการออกฤทธิ์ของพาราซิมพาเทติกที่ช้ากว่าต่อหัวใจ ต่อม และกล้ามเนื้อเรียบ ตัวอย่างเช่น ตัวรับ M2 ในหัวใจจะจับคู่กับ Gi เพื่อชะลออัตราการเต้นของหัวใจ ในขณะที่ตัวรับมัสคารินิกชนิดย่อยอื่นๆ จะจับคู่กับ Gq เพื่อกระตุ้นการหลั่งหรือการหดตัวของกล้ามเนื้อเรียบ การสาธิตแบบคลาสสิกที่แสดงให้เห็นว่าการกระตุ้นเส้นประสาทเวกัสจะหลั่งสารสื่อเคมีที่ทำให้หัวใจเต้นช้าลง ได้สร้างกลไกแบบฮอร์โมนนี้ขึ้น (Loewi, 1921) การส่งสัญญาณจะถูกยุติลงอย่างรวดเร็วโดยอะเซทิลโคลีนเอสเทอเรส ซึ่งจะไฮโดรไลซ์อะเซทิลโคลีนในช่องว่างไซแนปส์ และโคลีนที่ได้จะถูกนำกลับไปใช้ในการสังเคราะห์ใหม่ (Kandel et al., 2021; Boron & Boulpaep, 2017) เส้นประสาทเวกัส ซึ่งเป็นทางออกหลักของระบบประสาทพาราซิมพาเทติกของร่างกาย ยังมีส่วนร่วมในการส่งสัญญาณประสาท-ภูมิคุ้มกัน (Bonaz et al., 2016)
Clinical relevance
สรีรวิทยาของโคลินเนอร์จิกเป็นพื้นฐานของการควบคุมอัตราการเต้นของหัวใจ การหลั่งของต่อม และการเคลื่อนไหวของระบบทางเดินอาหารและกระเพาะปัสสาวะโดยเส้นประสาทเวกัส และเป็นพื้นฐานแนวคิดในการทำความเข้าใจยาและสารพิษทางระบบประสาทอัตโนมัติหลายชนิดที่ออกฤทธิ์ต่อการส่งสัญญาณโคลินเนอร์จิก ข้อมูลนี้เป็นสรีรวิทยาเชิงพรรณนาและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการตัดสินใจรักษาเฉพาะบุคคล
Evidence & guidelines
กลไกที่อธิบายไว้ในที่นี้อ้างอิงจากการสาธิตพื้นฐานของ Loewi เกี่ยวกับการส่งสัญญาณเคมี (Loewi, 1921) และจากตำราสรีรวิทยาและประสาทวิทยามาตรฐาน (Kandel et al., 2021; Boron & Boulpaep, 2017) โดยบทบาทของเส้นประสาทเวกัสในการส่งสัญญาณประสาท-ภูมิคุ้มกันได้รับการทบทวนโดย Bonaz et al. (2016) นี่คือสรีรวิทยาอ้างอิงมากกว่าที่จะเป็นหัวข้อของแนวทางปฏิบัติทางคลินิก
History
การทดลองหัวใจกบของ Otto Loewi ในปี 1921 ได้ให้หลักฐานโดยตรงครั้งแรกของการส่งสัญญาณประสาทเคมี โดยแสดงให้เห็นว่าการกระตุ้นเส้นประสาทเวกัสจะหลั่งสารที่ทำให้หัวใจดวงที่สองเต้นช้าลง สารนี้ได้รับการระบุในภายหลังว่าเป็นอะเซทิลโคลีน (Loewi, 1921) งานของ Henry Dale ได้แยกแยะการออกฤทธิ์แบบนิโคตินิกและมัสคารินิกของอะเซทิลโคลีน และชี้แจงบทบาทของมันในฐานะสารสื่อประสาทที่ปมประสาทอัตโนมัติและปลายประสาทพาราซิมพาเทติก ซึ่งเป็นการวางรากฐานทางเคมีที่ยังคงใช้มาจนถึงปัจจุบัน
Key figures
- Otto Loewi
- Henry Hallett Dale
- John Newport Langley
Related topics
Seminal works
- loewi-1921
Frequently asked questions
- ตัวรับนิโคตินิกและมัสคารินิกแตกต่างกันอย่างไร?
- ตัวรับนิโคตินิกเป็นช่องไอออนแบบมีลิแกนด์ควบคุมที่ทำหน้าที่ส่งสัญญาณอย่างรวดเร็ว รวมถึงการส่งสัญญาณข้ามปมประสาทอัตโนมัติ ในขณะที่ตัวรับมัสคารินิกเป็นตัวรับแบบ G-protein-coupled ที่ทำหน้าที่ส่งผลกระทบของพาราซิมพาเทติกที่ช้ากว่าต่อหัวใจ ต่อม และกล้ามเนื้อเรียบ
- ทำไมอะเซทิลโคลีนจึงออกฤทธิ์ช่วงสั้นๆ?
- เนื่องจากเอนไซม์อะเซทิลโคลีนเอสเทอเรสจะไฮโดรไลซ์อะเซทิลโคลีนในช่องว่างไซแนปส์อย่างรวดเร็วมาก ทำให้การออกฤทธิ์ของมันสิ้นสุดลงเกือบจะทันทีที่ถูกหลั่งออกมา และนำโคลีนกลับมาใช้ใหม่เพื่อสังเคราะห์