Hlutverk og starfsemi miðtaugakerfisins

Miðtaugakerfið er röð allmargra afmarkaðra líkamshluta sem gerðir eru úr taugafrumum (taugungum) ásamt bandvefsfrumum. Efst eru þessir líkamshlutar fólgnir í höfuðkúpunni en neðar í hryggsúlu. Mænan er neðst og er hún umlukin hryggsúlu. Þar næst er mænukólfur, síðan heilabrú, þá miðheili og milliheili. Þessir hlutar miðtaugakerfisins eru inni í höfuðkúpunni. Aftast og neðst í höfuðkúpunni er litli heili en stóri heili er efst og fremst í höfuðkúpunni. Stóri heili er gerður úr tveimur helftum eða hvelum og eru þau kölluð hægra og vinstra heilahvel. Þau eru sitt hvoru megin við heilabjálkann sem tengir þau saman. Stóri heili er langviðamestur allra hluta miðtaugakerfisins hjá mönnum og öðrum spendýrum. Hugtakið heilastofn er látið ná til mænukólfs, heilabrúar og miðheila. Heilahimnur (þrjár talsins) lykja utan um miðtaugakerfið. Heilamænuvökvi er á milli tveggja þeirra innstu. Hann safnast enn fremur fyrir í fjögur bandvefsklædd heilahólf sem verða til milli þessara himna.

Ysti hluti stóra heila nefnist heilabörkur og hjá mönnum er hann um helmingur af þyngd miðtaugakerfisins. Heilabörkurinn er mjög frumuríkur og þar eru æðstu stöðvar allrar taugastarfsemi. Sums staðar eru hópar frumna eða hnoð (nokkur slík hnoð nefnast einu heiti djúphnoð) inni í heilahvelunum alllangt frá berkinum. Elsti hluti heilabarkarins, svokallaður hringbörkur, er hjá mönnum að mestu falinn undir yngri og fyrirferðarmeiri hlutum heilabarkarins.

Sá hluti taugakerfisins sem liggur utan hryggsúlu og höfuðkúpu nefnist úttaugakerfi. Úttaugakerfið flytur boð að utan eftir taugabrautum inn í miðtaugakerfið (innlægar eða innfarandi taugar) eða boð eftir brautum frá miðtaugakerfinu og út um líkamann (útlægar eða útfarandi taugar). Úttaugakerfið er miklu minna og einfaldara í sniðum en miðtaugakerfið og lýtur stjórn þess í flestu. Grundvallaratriði í starfsemi miðtaugakerfis og úttaugakerfis eru þó hin sömu.

Hlutverk taugafrumna er í grófum dráttum að taka við boðum og miðla boðum. Dæmigerð taugafruma er gerð úr bol með smásepum eða kögri. Frá bolnum liggur lengri sepi sem kallast skaft og greinist í skaftgreinar með hnöppum á endum, kallaðir skaftendar eða endahnappar. Frá skafti taugafrumna liggur oft afturlæg skaftgrein að bol þeirrar frumu sem skaftið kom frá eða að bol nálægra taugafrumna. Taugafruma er öðru nafni nefnd taugungur.

Í bol taugafrumu fara fram helstu efnaskipti og nýmyndum efna sem tryggja rétta starfsemi frumunnar. Umtalsverð efnaskipti og nýmyndun efna eru einnig í endahnöppum. Kögrinu má líkja við móttökuloftnet fjarskiptastöðvar þar sem flest boð að utan frá öðrum taugafrumum berast um kögrið. Skaftið leiðir aftur á móti boð frá hlutaðeigandi taugafrumu til annarra taugafrumna eða annars konar frumna. Skaftið myndi þannig svara til sendis fjarskiptastöðvar ef við höldum okkur við þá samlíkingu. Þá gæti bolurinn að nokkru gegnt hlutverki stjórnstöðvar.

Í líkamanum leiðir því taugafruma frá bol og kögri út eftir skafti allar götur í endahnappa skaftsins. Leiðsla af þessu tagi byggist á rafstraumi og er sérkennandi fyrir taugafrumur og er jafnframt bein forsenda fyrir miðlun boða í taugafrumum, milli þeirra eða frá þeim til annars konar frumna. Taugungar eru ertanlegir, t.d. með hóflegum rafstraumi. Ef áreitið fer yfir ákveðið lágmark fæst að jafnaði mælanleg raffræðileg svörun í frumunni. Ertanleiki taugafrumna og þar með hæfileiki þeirra til svörunar og eftirfarandi leiðslu er þó mjög háð þéttni ýmissa jóna (natríumjóna, klóríðjóna, kalíumjóna og kalsíumjóna) í frumunni og utan við hana. Mergslíður úr bandvefsfrumum (eins konar einangrun) tryggir að leiðsla út eftir skafti frumunnar verði hraðari en ella.

Mót milli taugafrumna eru nefnd taugungamót. Tegundir taugungamóta eru allnokkrar. Hin hefðbundnu taugungamót, ef svo má segja, eru milli skaftenda og kögurs eða milli skaftenda og bols.

Við ertingu og eftirfarandi svörun á taugum í úttaugakerfinu koma fram efni sem ein sér valda samskonar breytingum á starfsemi líffæra (t.d. hjarta) og koma fram eftir ertingu og svörun í þeim taugum sem bera boð til hlutaðeigandi líffæra. Þetta þýðir að þessi efni eru berar þeirra boða sem taugar miðla hlutaðeigandi líffæri. Slík efni nefnast boðefni (taugaboðefni). Boðefni myndast í taugafrumum (bol og/eða skafti) og eru geymd í einhvers konar blöðrum í skaftendum nærmegin í taugungamótum og mynda þannig áðurnefnda endahnappa. Þegar svörun hefur flust eftir skafti taugafrumu og fruman leitt, losnar boðefni úr fyrrnefndum blöðrum inn í taugungamótaglufuna. Í glufunni verkar boðefnið á sérstaka hluta frumunnar fjærmegin (og oft einnig nærmegin) í taugungamótunum. Þessir hlutar frumunnar eru nefndir viðtæki boðefnisins eða einungis viðtæki. Áhrif boðefnis á viðtæki eru ýmist örvandi eða hamlandi. Ef verkun boðefnis er örvandi umfram eitthvert ákveðið mark, eykst innflæði natríumjóna eða kalsíumjóna og taugungurinn fjærmegin svarar og leiðir. Ef verkun boðefnis er hins vegar hamlandi eykst innflæði klóríðjóna eða útflæði kalíumjóna og taugungurinn fjærmegin svarar ekki og leiðir ekki þar sem ertanaleiki minnkar. Í fyrra tilvikinu má segja að boðefnið opni fyrir leiðslu í taugungum fjærmegin. Í síðara tilvikinu myndi boðefnið hins vegar hamla eða loka fyrir leiðslu i taugungum fjærmegin. Auk þess að hafa áhrif á flæði jóna hafa mörg boðefni einnig eða einungis áhrif á efnaskipti taugafrumna og breyta með því ertanleika þeirra og/eða starfsemi þeirra á annan hátt.

Í úttaugakerfinu hefur tekist að sýna fram á losun tiltekinna boðefna. Algengustu boðefni í úttaugakerfinu eru acetýlkólín og noradrenalín. Þekking á starfsemi boðefna í miðtaugakerfinu er enn minni en gildir um úttaugakerfið. Það er aðallega vegna þess að miðtaugakerfið er mun stærra, flóknara og margslungnara. Hins vegar bendir ekkert til þess að þáttur boðefna sé annar eða minni í miðtaugakerfinu en í úttaugakerfinu. Enn mikilvægara er að langflest lyf sem verka á miðtaugakerfið, og vitað er hvernig verka, verka fyrr og í minna magni á taugungamót en á aðra hluti taugunga í miðtaugakerfinu. Lyfjafræði miðtaugakerfisins snýst þess vegna meira um starfsemi og breytingar á starfsemi í taugungamótum en nokkurt annað atriði.

Við starfsemi miðtaugakerfisins skiptir væntanlega meginmáli hver sá fjöldi taugungamóta er sem boðefni losna í og þá með eftirfarandi opnun eða lokun fyrir leiðslu fjærmegin eða nærmegin. Þetta virðist eiga jafnt við einföld viðbrögð, sjálfráð eða ósjálfráð, eða flóknari hreyfingar, viðbrögð eða athafnir. Það eitt að hreyfa handlegg ber með sér opnun eða lokun fyrir leiðslu í taugungamótum allt eftir því hvort hreyfing eða hömlun hreyfingar verður í tilteknum handleggsvöðvum. Enn flóknari viðbrögð mótast af þjálfun, reynslu eða minni eða öllu þessu í sameiningu. Þannig má ætla að starfsemi taugungamóta sé í senn forsenda einfaldra og flókinna viðbragða sem öllum eru sameiginleg, og flóknari viðbragða og athafna sem vegna þjálfunar, reynslu, minnis eða vegna erfða verður að telja meira eða minna einstaklingsbundin. Rannsóknir síðustu ára sýna að rétt starfsemi miðtaugakerfisins byggist ekki einungis á losun boðefna heldur einnig á endurupptöku flestra þeirra í skaftenda þeirra taugunga sem boðefnin losnuðu úr eða í nærliggjandi bandvefsfrumur. Til þessa eru nýttar sérstakar próteinsameindir, ferjur, er krefjast orku.

Ljóst er að ýmsar hjáverkanir (óæskilegar verkanir) lyfja sem verka á miðtaugakerfið má rekja til truflunar á starfsemi taugungamóta. Meðal margvíslegra hjáverkana miðtaugakerfislyfja má nefna þol, fráhvarfseinkenni og ávana og fíkn. Í miðtaugakerfinu eru nú þekkt a.m.k. ein tuttugu boðefni sem telja má nauðsynleg fyrir rétta starfsemi þess. Af mörgum boðefnum sem tengjast ávana og fíkn er dópamín efst á baugi. Af öðrum boðefnum sem skipta máli fyrir myndun ávana og fíknar má nefna serótónín, glútamínsýru, morfínpeptíð og hugsanlega gass (gamma-amínósmjörsýra). Meðal annarra boðefna í miðtaugakerfinu má nefna acetýlkólín og noradrenalín. Flestir dópamínvirkir taugungar, þ.e.a.s. taugungar sem hafa dópamín að boðefni, eiga upphaf sitt í miðheila. Sköft frá frumubolum þessum liggja fram á við til djúphnoða og þar á meðal Nucleus accumbens (íslenskt heiti er ekki til), ennisgeira og til enn fleiri staða í miðtaugakerfinu. Heildarfjöldi dópamínvirkra taugunga í miðtaugakerfinu er tiltölulega mjög lítill. Engu að síður skipta þeir greinilega mjög miklu máli fyrir rétta starfsemi miðtaugakerfisins. Bilun í tilteknum dómpamínvirkum taugungum er þannig yfirleitt frumorsök Parkinsons sjúkdóms og truflun í brautum til Nucleus accumbens tengist myndun ávana og fíknar. Ofvirkni í sumum dópamínvirkum taugungum kann enn fremur að tengjast uppruna geðklofa.

Rannsóknir síðustu ára sýna að flest, ef ekki öll, ávana- og fíknilyf og efni auka losun dópamíns með einum eða öðrum hætti í frumum í Nucleus accumbens. Aukin losun dópamíns í Nucleus accumbens án lyfja kann einnig að auka ásókn tilraunadýra í ávana- og fíknilyf og efni.

Taugafrumur í Nucleus accumbens eru ekki nein endastöð, heldur liggja þaðan brautir til stúku og undirstúku í milliheila, möndlukjarna í gagnaugageira stóra heila og fleiri staða og þaðan áfram til stóraheila.

Því má ætla að æðstu stöðvar heilastarfseminnar, sem varða hegðun og athafnir, breytist svo vegna aukinnar losunar dópamíns í Nucleus accumbens, að það leiði til ásóknar dýranna í viðkomandi lyf eða efni. Með því að skera á eða skemma dópamínvirkar brautir til Nucleus accumbens eða skemma dópamínviðtæki þar má stöðva ásókn dýranna í hlutaðeigandi lyf eða efni. Yfirleitt er gott samhengi milli ásóknar tilraunadýra í ávana- og fíknilyf og efni og reynslu af þeim í mönnum.

Ekki hefur enn tekist að beita anddópamínvirkum lyfjum með árangri við meðferð á ávana og fíkn, en allar fræðilegar forsendur eru fyrir því að svo gæti orðið.

Fræðslumiðstöðvar í fíknivörnum