Un neurotransmissor és una molècula que utilitzen els animals per transmetre, amplificar i modular senyals elèctrics entre una neurona i una altra cèl·lula. Habitualment es distingeixen els neurotransmissors clàssics dels que no ho són, atenent a unes característiques comunes dels primers neurotransmissors que es van descriure.
En general els neurotransmissors clàssics se sintetitzen en els axons de les neurones presinàptiques (les que emeten el senyal), on s'acumulen en vesícules que són alliberades cap a l'espai sinàptic i provoquen un canvi en la membrana de la cèl·lula postsinàptica (la que rep el senyal), canvi que acostuma a ser del potencial de membrana. Existeixen, però, moltíssimes transmissions que escapen d'aquestes característiques clàssiques, pel que la classificació està essent sotmesa a revisió.
Descobriment A principis del , els científics assumiren que la comunicació sinàptica era elèctrica. Tanmateix, gràcies als exàmens histològics curosos de Ramón y Cajal (1852-1934), es va descobrir un espai entre les neurones, de 20 a 40 nm, conegut avui dia com l'espai sinàptic, i va sembrar el dubte sobre la possibilitat de la transmissió elèctrica. L'any 1921, Otto Loewi (1873-1961) va confirmar que les neurones es comunicaven a través de l'alliberament de biomolècules. Mitjançant una sèrie d'experiments que comprenien nervis de granotes, Loewi va poder controlar manualment la freqüència cardíaca de les granotes controlant la quantitat de solució salina present als nervis. A la fi del seu experiment, Loewi va postular que les neurones no es comuniquen amb senyals elèctrics, però sí amb la variació de la concentració de productes químics. A més, Loewi va descobrir l'acetilcolina, el primer neurotransmissor conegut.Saladin, Kenneth S. Anatomy & Physiology Fifth Edition. McGraw Hill. 2010.
Identificació de neurotransmissors Algunes de les propietats que defineix una biomolècula com a neurotransmissor són difícils de comprovar experimentalment. Per exemple, és fàcil fer servir un microscopi electrònic per reconèixer vesícules al costat presinàptic de la sinapsi, però no és fàcil determinar directament quin producte hi ha dintre. Les dificultats es remunten a diverses controvèrsies històriques sobre si una biomolècula era o no era clarament identificada com un transmissor. En un intent de donar estructura als arguments, els neuroquímics van elaborar una sèrie de normes experimentals. Segons les creences prevalents de la dècada dels 60, un neurotransmissor pot ser classificat com a tal si compleix les següents condicions:
Hi ha precursors i/o enzims de síntesi localitzats en el costat presinàptic de la sinapsi La biomolècula hi és present en l'element presinàptic Hi és en suficient quantitat a la neurona presinàptica com per afectar la neurona post-sinàptica Hi ha receptors post-sinàptics i la biomolècula pot lligar-se a ells. Hi ha un mecanisme bioquímic per inhibir.
Avenços moderns en farmacologia, genètica i neuroanatomia química han reduït bastant la importància d'aquestes normes. Una sèrie d'experiments que podrien haver durat anys a la dècada dels 60, ara es poden fer, amb molta més precisió, en uns pocs mesos. A més, avui dia, és inusual que la identificació d'un neurotransmissor com a tal generi controvèrsia.
Tipus de neurotransmissors Hi ha diverses maneres de classificar neurotransmissors. Dividir-los entre aminoàcids, pèptids i monoamines és una bona manera de classificar-los. Neurotransmissors principals:
Aminoàcids: glutamat, aspartat, serina, γ- àcid aminobutíric (GABA), glicina Monoamines: dopamina (DA), norepinefrina, noradrenalina (NE, NA), adrenalina (anomenada també epinefrina), histamina, serotonina, melatonina
A més, més de 50 pèptids neuroactius han sigut trobats, i se n'estan descobrint de nous contínuament. Molts d'aquests són “co-alliberats” juntament amb una petita molècula, però en alguns casos el pèptid és el transmissor principal a la sinapsi. Ions singulars, com per exemple el zinc, són considerats també neurotransmissors per alguns, ja que hi ha unes quantes molècules gasoses com el monòxid de nitrogen (NO) i el monòxid de carboni (CO). No són neurotransmissors estrictament, ja que, tot i que s'ha demostrat experimentalment que són alliberats als terminals presinàptics, no estan empaquetats en vesícules. No tots els neurotransmissors són igual d'importants. De lluny, el neurotransmissor més prevalent és el glutamat, que és utilitzat en el 90% de les transmissions al cervell humà. El següent més prevalent és GABA, que és usat a més del 90% de les transmissions que no utilitzen glutamat. Això no obstant, però, els neurotransmissors que s'utilitzen menys freqüentment també tenen una funció important. La gran majoria de medicaments psicoactius provoquen els seus efectes alterant les accions d'alguns neurotransmissors, i la gran majoria d'aquestes ataquen a través de neurotransmissors que no són ni el glutamat ni el GABA. Les drogues addictives com la cocaïna, amfetamina i heroïna, per exemple, ataquen a la dopamina.
Excitadors o inhibidors Alguns neurotransmissors són normalment descrits com “excitadors” o “inhibidors”. L'únic efecte directe d'un neurotransmissor és activar un o més tipus de receptors. L'efecte en la cèl·lula post-sinàptica depèn exclusivament de les propietats d'aquests receptors. Passa que per alguns neurotransmissors (per exemple, el glutamat), els receptors més importants tenen efectes “excitadors”: o sigui, augmenten la probabilitat que la cèl·lula receptora iniciï un potencial d'acció. Per alguns altres neurotransmissors (com el GABA), els receptors més importants tenen efectes “inhibidors”. Hi ha, tanmateix, altres neurotransmissors, com l'acetilcolina, pel qual existeixen receptors amb resposta excitadora i inhibidora. A més, hi ha altres tipus de receptors que activen vies metabòliques complexes a la cèl·lula post-sinàptica, per produir efectes que no es poden catalogar com a “excitadors” o “inhibidors”. Tot i això, és convenient anomenar el glutamat excitador i el GABA inhibidor, com són descrits normalment.
Accions L'única acció directa d'un neurotransmissor és activar un receptor. A més a més, els efectes del neurotransmissor depenen de les connexions de les neurones que usen el transmissor, i de les propietats químiques del receptor al qual el neurotransmissor s'acobla. Aquí hi ha alguns exemples d'accions importants d'alguns neurotransmissors:
El glutamat és usat com a excitació ràpida de la sinapsi al cervell i la medul·la espinal. També és usat a la majoria de la sinapsi que és “modificable”, o sigui que és capaç d'augmentar o disminuir amb la seva força. Es pensa que les sinapsis modificables són el magatzem principal de memòria que utilitza el cervell. GABA és usat a la gran majoria d'inhibició ràpida de la sinapsi de tot el cervell. Molts sedants o tranquil·litzants actuen augmentant els efectes del GABA. Així com el GABA és l'inhibidor del cervell, la glicina és l'inhibidor de la medul·la espinal. L'acetilcolina és el transmissor de la unió neuromuscular, que connecta nervis amb músculs. El verí curare, llençat amb sarbatanes pels aborígens, actua bloquejant la transmissió en aquestes sinapsis. L'acetilcolina també opera en diverses regions del cervell, però usant diferents tipus de receptors. La dopamina té un nombre important de funcions al cervell. Intervé de manera determinant a les estructures cerebrals que s'encarreguen de regular el comportament, però una disfunció del sistema de la dopamina està implicada també en la malaltia de Parkinson i l'esquizofrènia. La serotonina és un neurotransmissor monoamina. La majoria és produïda i trobada a l'intestí (el 90%), i la restant a les neurones del sistema nerviós central. La seva funció és regular la gana, la son, la memòria i l'aprenentatge, la temperatura, l'estat d'ànim, el comportament, la contracció muscular, i funcions del sistema cardiovascular i endocrí. També es creu que té un paper important en la depressió, ja que alguns pacients depressius s'ha vist que tenen menys concentració de serotonina al teixit cerebral. La substància P, un pèptid responsable de la transmissió del dolor per certes neurones sensorials fins al sistema nerviós central.
Neurones que expressen certs tipus de neurotransmissors, sovint formen sistemes diferents, on l'activació del sistema afecta a àmplies zones del cervell, anomenades zones de transmissió. La majoria de sistemes de neurotransmissió inclouen el sistema de la noradrenalina (norepinefrina), el sistema de la dopamina, el de la serotonina i el del colinèrgic.
Medicaments que actuen sobre algun neurotransmissió d'aquests sistemes afecten el sistema complet. Aquest fet explica la complexitat de l'acció d'alguns medicaments i drogues. La cocaïna, per exemple, bloqueja el receptor de la dopamina a la neurona presinàptica, abandonant així els neurotransmissors a l'espai sinàptic durant més temps. Si això passa, el neurotransmissor continua acoblant-se als receptors de la neurona post-sinàptica, conduint a una possible resposta emocional. L'addició física a la cocaïna pot ser resultat d'una exposició prolongada a un excés de dopamina a l'espai sinàptic, causant una regulació dels receptors post-sinàptics. Després que els efectes de la droga desapareguin, es pot sentir depressió perquè disminueix la probabilitat que un neurotransmissor s'acobli a un receptor. El prozac, és un inhibidor selectiu de l'emissió de serotonina (SSRI), que bloqueja l'enviament d'aquesta molècula. Això fa augmentar la quantitat de serotonina present a la sinapsi i fa que s'estigui allà més temps, potenciant l'efecte de la serotonina que s'allibera normalment. AMPT prevé la conversió de tirosina a L-DOPA, el precursor de la dopamina; la reserpina prevé l'emmagatzematge de dopamina a les vesícules; i el deprenil inhibeix la monoamina oxidasan (MAO-B) i això augmenta els nivells de dopamina.
Hi ha malalties que poden afectar sistemes específics de neurotransmissió. Per exemple, la malaltia de Parkinson està com a mínim relacionada en la funció defectuosa de les cèl·lules dopaminèrgiques del nucli intern del cervell, per exemple la matèria negra. El tractament es basa a potenciar l'efecte dels precursors de la dopamina, encara que té un èxit relatiu.
Sistemes de neurotransmissió Seguidament, una petita taula dels sistemes de neurotransmissió més importants:
+Sistemes de neurotransmissió Sistema Origen Efectes Sistema de la noradrenalina3 Locus ceruli excitació Tegment Sistema de la dopamina vies de ladopamina : via mesocortical via mesolímbica via nigrostacial via tuberoinfundibular Sistema motor,endocrí i el coneixement Sistema de la serotonina nucli dorsal de rafe cabdal estat d'ànim, sacietat, temperatura de la sang i el son. nucli dorsal de rafe rostral Sistema colinèrgic complex pontomesencefalotegmental aprenentatge A llarg termini excitació Nucli basal òptic de Meynert nucli septal mitjà
Tipus de neurotransmissors Categoria Nom Abreviació Metabotròpic Ionotròpic Petits: aminoàcids petits Aspartat - - Neuropèptids N-Acetilaspartilglutamat NAAG Receptor metabotròpic del glutamats; agonista selectiu del mGluR3 - Petits: Aminoàcids glutamat (àcid glutàmic) Glu Receptor metabotròpic del glutamat receptor del NMDA, Receptor de Cainat, receptor de AMPA Petits: aminoàcids àcid gamma-aminobutíric GABA receptor de GABAB GABAA, receptor de GABAA-ρ Petits: Aminoàcidsg Glicina Gly - receptor de la Glicina Petits: Acetilcolina Acetilcolina Ach receptor muscarínic de l'acetilcolina receptor de l'acetilcolina nicotínica Petits: Monoamina (Phe/Tyr) Dopamina DA Receptor de la dopamina - Petits: Monoamina (Phe/Tyr) Norepinefrina (noradrenalina) NE receptor adrenèrgic - Petits: Monoamina (Phe/Tyr) Epinefrina (adrenalina) Epi Receptor adrenèrgic - Petits: Monoamina (Phe/Tyr) Octopamina - - Petits: Monoamina (Phe/Tyr) Tiramina -