Neurotransmittere: Kemiske budbringere i hjernen — funktion og typer

Neurotransmittere er kemiske budbringere. De sender information mellem neuroner ved at krydse en synapse. Elektriske signaler kan normalt ikke krydse kløften mellem neuroner direkte, så signalet omdannes ved synapsen til et kemisk signal. Neurotransmittere virker især på kemiske synapser. Når molekylerne når frem til den næste neuron, binder de til receptorer og kan få neuronet til at danne et nyt elektrisk signal, et aktionspotentiale, som derefter føres videre til næste celle og næste synapse.

Produktion, oplagring og frigivelse

Mange neurotransmittere fremstilles af aminosyrer, som er en del af din kost, og omsætningen fra aminosyrer til neurotransmittere kræver ofte kun få trin og nogle enzymatiske hjælpestoffer (cofaktorer). Andre neurotransmittere dannes ud fra lipider eller som peptider.

Neurotransmittere lagres i små membranafgrænsede "sække" kaldet vesikler. Når et aktionspotentiale når nerveenden, åbnes spændingsfølsomme calciumkanaler; calciumindstrømningen fremmer fusionen af vesiklerne med neuronets cellemembran, hvorved neurotransmitterne frigives til den synaptiske kløft.

Typer og funktioner

Der findes mange forskellige neurotransmittere — forskerne har identificeret over 100. Hver har sine typiske funktioner, men mange kan påvirke flere processer afhængigt af receptor og placering.

Glutamat er den mest udbredte excitatoriske transmitter og virker som den primære stimulerende kemiske messenger i den menneskelige hjerne.
GABA er den mest almindelige hæmmende transmitter og virker på mange synapser, der ikke bruger glutamat.
Dopamin er vigtig i belønningssystemer, motivation, bevægelse og læring.
Noradrenalin (norepinephrin) deltager bl.a. i kroppens "kamp eller flugt"-reaktion, årvågenhed og stressrespons.
Andre vigtige transmittere omfatter acetylcholin (bevægelse og hukommelse), serotonin (stemning og søvn), samt peptider som endorfiner (smertereduktion).

Receptorer og virkningsmåder

Neurotransmittere virker ved at binde til receptorer på den postsynaptiske neuron. Man skelner typisk mellem:

Ionotrope receptorer: hurtige ionkanaler, som åbner og ændrer membranens elektriske potentiale øjeblikkeligt (fx mange glutamat- og GABA-receptorer).
Metabotrope receptorer: koblet til G-proteiner eller intracellulære signalveje; de har langsommere, men ofte mere langvarige og modulære effekter.

Effekten kan være exciterende (fremme et aktionspotentiale) eller hæmmende (gøre det sværere at nå tærskelværdien). Summation af flere inputs — både temporalt (hurtige gentagne signaler) og spatialt (samtidige signaler fra flere synapser) — afgør, om den postsynaptiske neuron når tærskel for at affyre et nyt aktionspotentiale.

Terminering af signalet

Når neurotransmitteren har udført sin funktion, skal signalet stoppes hurtigt for at kunne modtage nye informationer. Dette sker via tre hovedmekanismer:

Genoptagelse (reuptake) gennem membrantransportører i præ- eller postsynaptiske celler.
Enzymatisk nedbrydning i synapsen (fx acetylcholinesterase bryder acetylcholin ned; monoaminoxidaser (MAO) og COMT nedbryder monoaminer).
Diffusion væk fra synapsen.

Plastiskhed og regulering

Synaptisk styrke er ikke statisk. Processer som langtidsstærkning (LTP) og langtidsdepression (LTD) ændrer effektiviteten af synaptisk transmission og er centrale for læring og hukommelse. Hyppighed af aktivering, mængden af frigivet transmitter og ændringer i receptorantal/mekanisme regulerer disse processer.

Betydning for sundhed, sygdom og medicin

Afbalancerede neurotransmitterniveauer er afgørende for normal hjernefunktion. Ubalancer eller skader i transmitter-systemer forbindes med en række lidelser:

Parkinsons sygdom: tab af dopaminproducerende neuroner.
Depression og angst: ofte forbundet med påvirkning af serotonin-, noradrenalin- og dopaminsystemer.
Epilepsi: ubalance mellem excitatoriske og hæmmende signaler (glutamat vs. GABA).
Alzheimers sygdom: tab af cholinerge (acetylcholin-udskillede) neuroner.

Mange lægemidler og rusmidler virker ved at ændre neurotransmitterniveauer eller receptorernes respons — for eksempel SSRIs (serotonin-genoptagelseshæmmere), antipsykotika (dopaminblokkere), benzodiazepiner (forstærker GABA-effekt) og stimulerende stoffer, der øger dopaminfrigivelse.

Opsummering: Neurotransmittere er kemiske budbringere, der oversætter elektriske signaler mellem neuroner ved synapsen. De dannes, lagres i vesikler, frigives ved depolarisering og calciumindstrømning, binder til specifikke receptorer og fjernes hurtigt igen gennem genoptagelse eller nedbrydning. Forskellige transmittere — som glutamat, GABA, dopamin og noradrenalin — spiller hver deres roller i adfærd, følelser, bevægelse og kognition.

Et synapseknudepunkt (udtryk er på fransk)

Opdagelse

Indtil begyndelsen af det 20. århundrede antog forskerne, at størstedelen af den synaptiske kommunikation i hjernen var elektrisk. Men ved hjælp af Ramón y Cajals (1852-1934) omhyggelige histologiske undersøgelser blev der opdaget et mellemrum på 20-40 nm mellem neuroner, som i dag er kendt som den synaptiske kløft. Tilstedeværelsen af denne kløft tydede på, at kemiske budbringere bevægede sig over den synaptiske kløft. I 1921 bekræftede den tyske farmakolog Otto Loewi (1873-1961), at neuroner kan kommunikere ved at frigive kemikalier. Ved forsøg med frøers vagusnerve kunne Loewi sænke frøers hjertefrekvens ved at kontrollere mængden af saltopløsning, der var til stede omkring vagusnerven.

Loewi hævdede, at sympatiske regulering af hjertefunktionen kan formidles gennem ændringer i kemiske koncentrationer. Otto Loewi opdagede også acetylcholin (ACh) - den første kendte neurotransmitter. Nogle neuroner kommunikerer imidlertid via elektriske synapser ved hjælp af gap junctions, som tillader specifikke ioner at passere direkte fra en celle til en anden.

Spørgsmål og svar

Spørgsmål: Hvad er neurotransmittere?

A: Neurotransmittere er kemiske budbringere, der sender information mellem neuroner ved at krydse en synapse. De virker mest på kemiske synapser, og når de når frem til den næste neuron, absorberes de og ændres tilbage til et elektrisk signal kaldet et aktionspotentiale.

Spørgsmål: Hvor mange neurotransmittere er der identificeret?

Svar: Der er blevet identificeret mere end 100 kemiske budbringere.

Sp: Hvad er dopaminets funktion?

Svar: Dopamin bruges til belønning og nydelse.

Spørgsmål: Hvad bruges noradrenalin til?

Svar: Noradrenalin bruges i dyrenes "kamp- eller flugtreaktion".

Spørgsmål: Hvad er den tærskel, der kræves for at frigive neurotransmittere?

Svar: Den styrke, der kræves for at frigive neurotransmitteren, kaldes en tærskelværdi.

Spørgsmål: Hvad er den mest almindelige transmitter hos mennesker?

Svar: Den mest almindelige transmitter hos mennesker er glutamat, som er excitatorisk på langt over 90 % af synapserne i den menneskelige hjerne.

Spørgsmål: Hvordan transporteres neurotransmittere i neuroner?

Svar: Neurotransmittere transporteres i neuroner af små "sække" kaldet vesikler, som kommer i kontakt med neuronets cellemembran og åbner sig, hvorved de frigives i den synaptiske kløft.