WERKING VAN HET ZENUWSTELSEL Om de werking van psychopharmaca, de pharmaca die op onze hersenen inwerken en daarmee onze geest beïnvloeden, te begrijpen is enig inzicht in de werking en de bouw van hersenen noodzakelijk. Derhalve eerst iets over hersenen. Hersenen worden veelvuldig vergeleken met computers. Punt van overeenkomst is b.v. dat in beide informatie-verwerkende systemen de informatie gedragen wordt door electriciteit. Echter, de elementen waaruit een computer is opgebouwd, zijn aan elkaar gekoppeld: de computer is een continu systeem. Onze hersenen daarentegen zijn opgebouwd uit zenuwcellen, neuronen genaamd, die niet aan elkaar vastzitten: onze hersenen zijn discontinu. Ons brein bevat circa 10 000 000 000 van deze neuronen en bovendien een veelvoud daarvan aan steuncellen welke glia cellen worden genoemd. Elke zenuwcel staat met circa 10 000 andere in verbinding waardoor ze samen een netwerk vormen vergeleken waarmee de meest geavanceerde supercomputer slechts een rudiment is. Neuronen bestaan uit een cellichaam met een lange uitloper, axon genoemd, die contact maakt met de dendrieten van andere neuronen. 1 / 19
2 / 19
fig. 1 Schema van twee neuronen Het bijzondere van neuronen is het feit dat er een potentiaalverschil bestaat tussen de binnenkant en de buitenkant van de cel als gevolg van verschillen in de concentratie van Natrium en Kalium ionen. Buiten de cel bevinden zich veel Na ionen erin veel K ionen. Verstoring van deze verhouding heeft een verandering van het potentiaal-verschil tot gevolg. Deze verstoring kan zich als een soort golfbeweging langs het oppervlak van de zenuwcel verplaatsen. Zo'n zich verplaatsende verstoring wordt een actiepotentiaal genoemd. 3 / 19
Ze worden voortgeleid langs de lange uitlopers van die zenuwcellen de axonen en brengen op die wijze boodschappen over. Wanneer een actiepotentiaal aan het eind van het axon komt, springt daar geen vonk over naar de dendriet, maar wordt een stof vrijgemaakt die opgeslagen ligt blaasjes in het einde van het axon. Deze stof, een neurotransmitter, passeert de presynaptische membraan, drijft door de nauwe spleet tussen het axon en de dendriet van het volgende neuron, de synaps, en reageert met speciale moleculen in de celwand van het volgende neuron. Deze moleculen worden receptoren genoemd en liggen in de postsynaptische membraan. Zie figuren 2, 3 en 4. Op elke zenuwcel zitten zo'n tienduizend synapsen waarvan er altijd wel een aantal actief is. Die activiteit veroorzaakt dus voortdurend zulke verstoringen van dat spanningsverschil. Telkens wanneer de resultante van al die verstoringen een bepaalde grenswaarde overschrijdt, produceert de zenuwcel een nieuwe actiepotentiaal die langs de uitloper van die cel weer naar volgende synapsen wordt overgebracht. 4 / 19
5 / 19
Fig. 2. Electronenmicroscopische foto van een synaps a. presynaptisch neuron met blaasjes b. synaptische spleet c. postsynaptische membraan Nadat de neurotransmitter als een sleutel het slot van de deur heeft geopend wordt deze uit de receptor gestoten en hetzij afgebroken, hetzij voor hergebruik weer opgenomen in het axon-uiteinde. Dit laatste proces heet "re-uptake". Stoffen die de re-uptake blokkeren, verhevigen het 6 / 19
7 / 19
Fig.3. De gang van de neurotransmitter in de synaps 8 / 19
9 / 19
10 / 19
Fig. 4. Electronenmicroscopische foto van een synaps De pijlen geven blaasjes aan die hun inhoud, neurotransmittermoleculen, in de synaptische spleet uitstorten. effect van de neurotransmitter, doordat deze dan in de synaptische spleet blijven en de receptoren kunnen blijven prikkelen. 11 / 19
De zenuwcel is dus een soort kleine rekenmachine die slechts kan optellen (als de verstoringen elkaar versterken) of aftrekken (als de verstoringen elkaar tegenwerken) en is daa rin te vergelijken met een transistor in een computer. Een voorbeeld mag dit proces verduidelijken. Iedereen kent de kniepeesreflex: een tikje op de kniepees doet het gebogen been strekken. Het onderliggende mechanisme is dat de tik van de hamer op de kniepees een zintuigje in die pees prikkelt dat een signaal, een of een reeks actiepotentialen doorgeeft langs de zenuw naar een synaps in het ruggemerg. De neurotransmitter die daar vrijkomt prikkelt een volgende cel waarvan de uitloper de actiepotentialen naar de spieren in het bovenbeen stuurt die vervolgens samentrekken zodat het been zich strekt. Zo gemakkelijk als het voor de arts is deze reflex bij eenieder op te wekken, zo moeilijk is het om dat bij zichzelf te doen. De reden is dat de concentratie van het individu die dat probeert komt ook in de vorm van een reeks tegenwerkende actiepotentialen afkomstig uit de grote hersenen op diezelfde ruggemergcel af en daar heffen deze het effect van de actiepotentialen uit het kniepeeszintuigje op: er gaan geen of zeer weinig actiepotentialen naar de bovenbeenspieren, het been blijft gebogen. 12 / 19
hersenen motorische zenuw 13 / 19
dijspier kniepees gevoelszenuw 14 / 19
Fig. 5. Schema van de kniepeesreflex Dat de communicatie tussen zenuwcellen geschiedt door het vrijmaken van chemische stoffen werd waarschijnlijk voor het eerst voorgesteld door de britse physioloog Thomas Elliot in 1905 maar directe aanwijzingen werden gevonden door Otto Loewi in 1921. Hij deed een kikkerhart in een zoutoplossing waardoor het bleef kloppen en liet de vloeistof vervolgens door een tweede kikkerhart stromen. Vervolgens stimuleerde hij de nervus vagus, de zenuw die het hart langzamer laat kloppen, van het eerste hart. Dat ging toen naar verwachting langzamer kloppen, maar onverwachts ging het tweede hart ook langzamer kloppen, zonder dat de nervus vagus daarvan werd geprikkeld. Er moest dus een chemische stof vrijgemaakt zijn uit de nervus vagus van het eerste hart, die met de perfusie-vloeistof in het tweede hart kwam en ook dat beïnvloedde. Deze stof werd later geïdentificeerd door Sir Henry Dale als acetylcholine. Fig. 6. Loewi's experiment T = tijdschaal S = stimulus D = contracties D-hart 15 / 19
R = contracties R-hart 16 / 19
17 / 19
Zoals reeds gezegd is de reactie tussen neurotransmitter en receptor een zeer specifieke. Aanvankelijk dacht men dat er slechts enkele neurotransmitters waren, het reeds eerder genoemde acetylcholine en een aantal organische ammonium- verbindingen de zgn. biogene amines: adrenaline, noradrenaline serotonine, dopamine en histamine. Vervolgens bleken ook een aantal aminozuren (de bouwstenen van de eiwitten) als neurotransmitter te fungeren waarvan gamma amino boterzuur (GABA) en glycine de belangrijksten zijn. Tenslotte bleken in de zeventiger jaren ook een aantal peptiden (kleine aminozuurketens) deze functie te vervullen. Tot op heden zijn ruim dertig stoffen als neurotransmitter geïdentificeerd en er zullen naar verwachting nog vele volgen. Daarnaast bestaan er stoffen die niet direct als neurotransmitter functioneren maar invloed uitoefenen op de werking van de neurotransmitters de zgn. neuromodulatoren door hun effect op bv. de stofwisseling van de neurotransmitters. Tenslotte is het ook mogelijk dat zenuwen stoffen afscheiden die niet in een synaptische spleet terecht komen maar in het bloed of in de vrije extracellulaire ruimte en dan als hormoon werken. Alle psychopharmaca hebben hun effecten doordat ze op enigerlei wijze de neurotransmissie bij de synaps beïnvloeden. Ze kunnen dit op verschillende manieren doen. Allereerst kan de aanmaak, de synthese, van de neurotransmitter worden bevorderd door het toedienen van de bouwstenen ervan. Vervolgens wordt de neurotransmitter in blaasjes opgeslagen ( storage ). Drugs kunnen hier invloed op hebben, het duidelijkst door de blaasjes die de transmitter beschermen tegen afbrekende enzymen, open te breken, zodat deze enzymen de transmitter vernietigen, wat dan leidt tot verlies van het effect van de betreffende neurotransmitter. De derde fase is de afscheiding in de synaptische spleet: release. Sommige drugs verhogen de afscheiding of werken deze juist tegen, met als gevolg verheviging of vermindering van het effect. De vierde fase is de 18 / 19
prikkeling van de receptor : veel psychopharmaca imiteren de neurotransmitter door zelf de receptoren te prikkelen. Na de receptor geprikkeld te hebben, komt de neurotransmitter weer in de synaptische spleet. Daar kunnen dan twee dingen gebeuren: er vindt enzymatische afbraak van de neurotransmitter plaats als deze door de receptor wordt losgelaten, of er vindt re-uptake plaats: de neurotransmittermoleculen worden weer opgenomen door het presynaptische neuron voor hernieuwd gebruik. Drugs kunnen de afbraak versterken of juist afremmen en eveneens de re-uptake blokkeren of bevorderen. Tenslotte zijn er drugs die ingrijpen in de mechanismen die binnenin de cel verlopen na prikkeling door een neuro-transmitter en daardoor het effect versterken of juist remmen. We spreken dan van beïnvloeding van de post-receptor-mechanismen. 19 / 19