Dẫn truyền thần kinh cholinergic và sinh lý học acetylcholine

Dẫn truyền thần kinh cholinergic sử dụng acetylcholine làm chất truyền tin hóa học và đóng vai trò trung tâm trong hệ thần kinh tự chủ. Acetylcholine là chất dẫn truyền tại tất cả các hạch tự chủ (từ tiền hạch đến hậu hạch, cả hai phân khu), tại các khớp thần kinh – cơ quan hiệu ứng phó giao cảm, và tại nguồn cung cấp giao cảm cho các tuyến mồ hôi. Nó tác động lên hai nhóm thụ thể chính, nicotinic và muscarinic, mang lại nhiều tác dụng nhanh và chậm trên khắp các cơ quan nội tạng.

Definition

Dẫn truyền thần kinh cholinergic là quá trình acetylcholine được tổng hợp, giải phóng và tác động lên các thụ thể nicotinic và muscarinic để điều hòa dẫn truyền hạch tự chủ và các đáp ứng cơ quan hiệu ứng phó giao cảm (và một số đáp ứng giao cảm chọn lọc), với sự chấm dứt dẫn truyền thông qua quá trình thủy phân bởi acetylcholinesterase.

Scope

Chủ đề này bao gồm quá trình tổng hợp, giải phóng, tác động của thụ thể và sự chấm dứt nhanh chóng của acetylcholine trong hệ thần kinh tự chủ: nơi xảy ra dẫn truyền cholinergic, sự khác biệt giữa thụ thể nicotinic (ionotropic) và muscarinic (metabotropic), các con đường tín hiệu mà chúng tham gia, và vai trò của acetylcholinesterase trong việc chấm dứt dẫn truyền. Đây là sinh lý học tham khảo, không phải hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Acetylcholine là chất dẫn truyền ở đâu trong hệ thần kinh tự chủ?
• Các thụ thể nicotinic và muscarinic khác nhau như thế nào về cơ chế và tốc độ?
• Acetylcholine được tổng hợp và giải phóng như thế nào, và nó bị bất hoạt ra sao?
• Tín hiệu muscarinic tạo ra các tác dụng đa dạng trên tim, tuyến và cơ trơn như thế nào?

Key concepts

• Tổng hợp acetylcholine (choline acetyltransferase) và tái hấp thu choline
• Thụ thể acetylcholine nicotinic (kênh ion cổng phối tử)
• Thụ thể acetylcholine muscarinic (ghép cặp với protein G)
• Dẫn truyền hạch (nicotinic) ở cả hai phân khu
• Dẫn truyền thần kinh – cơ quan hiệu ứng phó giao cảm (muscarinic)
• Phân bố thần kinh giao cảm cholinergic của tuyến mồ hôi
• Acetylcholinesterase và thủy phân nhanh chóng
• Kiểm soát tim và các cơ quan nội tạng của dây thần kinh phế vị

Key theories

Dẫn truyền hóa học (thể dịch)

Thí nghiệm kinh điển của Loewi cho thấy rằng việc kích thích dây thần kinh phế vị giải phóng một chất khuếch tán ('Vagusstoff', sau này được xác định là acetylcholine) có thể làm chậm nhịp tim thứ hai, cung cấp bằng chứng quyết định rằng các dây thần kinh giao tiếp với các cơ quan hiệu ứng thông qua các chất truyền tin hóa học chứ không phải hoàn toàn bằng phương tiện điện học.

Mechanisms

Acetylcholine được tổng hợp trong tận cùng thần kinh từ choline và acetyl-CoA bởi choline acetyltransferase, được lưu trữ trong các túi và giải phóng khi khử cực. Nó tác động lên hai họ thụ thể. Thụ thể nicotinic là các kênh cation cổng phối tử (ligand-gated cation channels) điều hòa dẫn truyền kích thích nhanh, bao gồm dẫn truyền qua các hạch tự chủ ở cả phân khu giao cảm và phó giao cảm. Thụ thể muscarinic được ghép cặp với protein G và điều hòa các tác dụng phó giao cảm chậm hơn trên tim, tuyến và cơ trơn; ví dụ, thụ thể M2 trong tim ghép cặp với Gi để làm chậm nhịp tim, trong khi các phân nhóm muscarinic khác ghép cặp với Gq để kích thích tiết dịch hoặc co cơ trơn. Bằng chứng kinh điển cho thấy kích thích dây thần kinh phế vị giải phóng một chất dẫn truyền hóa học làm chậm nhịp tim đã thiết lập cơ chế thể dịch này (Loewi, 1921). Dẫn truyền bị chấm dứt rất nhanh chóng bởi acetylcholinesterase, enzyme này thủy phân acetylcholine trong khe khớp thần kinh, và choline tạo thành được tái hấp thu để tổng hợp lại (Kandel et al., 2021; Boron & Boulpaep, 2017). Dây thần kinh phế vị, đường thoát phó giao cảm chính của cơ thể, cũng tham gia vào tín hiệu thần kinh – miễn dịch (Bonaz et al., 2016).

Clinical relevance

Sinh lý học cholinergic là nền tảng cho sự kiểm soát nhịp tim, tiết dịch tuyến, nhu động đường tiêu hóa và bàng quang của dây thần kinh phế vị, và cung cấp cơ sở khái niệm để hiểu nhiều loại thuốc và độc tố tự chủ tác động lên dẫn truyền cholinergic. Mục này là sinh lý học mô tả và không phải là cơ sở cho các quyết định điều trị cá nhân.

Evidence & guidelines

Các cơ chế được mô tả ở đây dựa trên bằng chứng cơ bản của Loewi về dẫn truyền hóa học (Loewi, 1921) và các văn bản sinh lý học và khoa học thần kinh tiêu chuẩn (Kandel et al., 2021; Boron & Boulpaep, 2017), với vai trò thần kinh – miễn dịch của dây thần kinh phế vị được Bonaz et al. (2016) tổng quan. Đây là sinh lý học tham khảo chứ không phải là đối tượng của các hướng dẫn lâm sàng.

History

Thí nghiệm tim ếch năm 1921 của Otto Loewi đã cung cấp bằng chứng trực tiếp đầu tiên về dẫn truyền thần kinh hóa học, cho thấy rằng kích thích dây thần kinh phế vị giải phóng một chất làm chậm nhịp tim thứ hai; chất này sau đó được xác định là acetylcholine (Loewi, 1921). Công trình của Henry Dale đã phân biệt các tác động nicotinic và muscarinic của acetylcholine và làm rõ vai trò của nó như là chất dẫn truyền tại các hạch tự chủ và các tận cùng phó giao cảm, thiết lập khuôn khổ hóa học vẫn được sử dụng ngày nay.

Key figures

• Otto Loewi
• Henry Hallett Dale
• John Newport Langley

Seminal works

• loewi-1921

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa thụ thể nicotinic và muscarinic là gì?

Thụ thể nicotinic là các kênh ion cổng phối tử điều hòa dẫn truyền nhanh, bao gồm cả qua các hạch tự chủ, trong khi thụ thể muscarinic là các thụ thể ghép cặp với protein G điều hòa các tác dụng phó giao cảm chậm hơn trên tim, tuyến và cơ trơn.

Tại sao acetylcholine tác động rất ngắn?

Bởi vì enzyme acetylcholinesterase thủy phân acetylcholine trong khe khớp thần kinh rất nhanh chóng, chấm dứt tác dụng của nó gần như ngay sau khi nó được giải phóng và tái chế choline để tổng hợp lại.