|
سیستم اتونوم برای فارماکولوژیستها اهمیت خاصی دارد بخاطر اینکه خیلی از اصول پایه فارماکولوژی با مطالعه این سیستم در 140-50 سال اخیر بدست آمده. از اینکه نحوه عملکرد داروها چگونه است از نظر فیزیک و شیمیایی، چه پارامترهایی تعیین کننده شدت اثرگذاری آنها وقتی نزدیک گیرنده میشوند، است و... یکی از اولین کسانی که روی سیستم اتونوم کار کرد دانشمندی انگلیسی به نام لنگلی بود. تیپ کارهایی که آن زمان برای فهمیدن کار ارگانهای مختلف بدن مخصوصا غده های اندوکرین میکردند، این گونه بود که مثلا یک غده را با چرخ گوشت له کرده، عصاره اش را صاف و ان را به حیوان دیگری تزریق میکردند تا ببینند چه اتفاقی می افتد. کاشفان انسولین همین کار را با غده پانکراس کردند و فهمیدند که عصاره آن قند خون را پایین می اورد. لنگلی غده آدرنال را هموژنیزه کرد و آن را به یک حیوان کامل تزریق کرد و متوجه شد اثرش شبیه اثر سیستمهای مختلفی است که به واکنش fight & flight ارتباط دارد. بالابردن ضربان قلب، گشادی مردمک، افزایش فشار خون، افزایش تنفس و تقریبا هر کاری که سیستم سمپاتیک میکرد. ولی حدود 50 سال طول کشید تا بفهمند چرا این کار را انجام میدهد. محقق دیگری که نزدیک زمان لنگلی کار میکرد الیوت بود. او پیشنهاد کرد که احتمالا اگر ما یک عصب سمپاتیکی را تحریک کنیم ماده ای از انتهای آن آزاد میشود که باعث تاثیر روی افکتور (مثلا قلب یا عروق و...) میشود. ولی هیچ اشاره ای به این که این ماده چه میتواند باشد نداشت. همزمان محقق دیگری به نام دیکسون روی سیستم پاراسمپاتیک و عصب واگ کار میکرد. او متوجه شد بعضی از مواد مانند سم ماسکورین که در قارچ وجود دارد، هنگامی که روی قلب ایزوله ریخته شوند، اثراتی مانند عصب واگ دارند. این باعث شد دیکسون پیشنهاد کند که ماده ای شبه ماسکورین از انتهای عصب واگ خارج میشود. در ادامه خواهیم دید که ماسکورین ماده مهمی در فارماکولوژی است. یک محقق انگلیسی به نام دیل نشان داد غیر از ماسکورین مواد دیگری که میتوانند در آزمایشگاه درست شوند شبیه تحریک بعضی از قسمتهای سیستم اتونوم است مانند استیل کولین که در ازمایشگاه سنتز شده ضربان قلب ایزوله را کاهش میدهد. تا اینجا هیچکس نمیدانست که استیل کولین خودش در بدن تولید میشود. کم کم آگاه میشدند که احتمالا ماده ای شبیه به آن در بدن هست که این کار را میکند. یک فیزیولوژیست آلمانی اتو فون لووی برای اولین بار آرمایشی کلاسیک برای آن انجام داد. او قلب قورباغه ای که عصب واگ به آن وضل بود را در محیط مغذی و محلول فیزیولوژیک گذاشت و نشان داد که اگر عصب واگ را با یک باتری کوچک تحریک کنیم ضربان قلب قورباغه پایین میآید. این کار را دیگران هم میکردند اما کار اضافه ای که او کرد این بود که قلب قورباغه دیگری را که عصب واگ نداشت کنار قلب اولیه در همان محیط گذاشت. این دو هیچ ارتباطی به جز محیط یکسان نداشتند. وقتی عصب قلب اولی تحریک میشد، اثرات روی دومی هم دیده میشد. این اولین آزمایشی بود که نشان داد چیزی از انتهای عصب واگ آزاد میشود و این اثرات را میگذارد. او آن را vagusstoff یعنی ماده عصب واگ نام نهاد. ولی چند سال بعد خود فون لوی در مقاله ای شواهدی ارائه کرد که احتمالا این ماده استیل کولین است. این شواهد بعدها توسط فارماکولوژیستهای دیگر تایید شد. همزمان کارهایی روی سیستم سمپاتیک در حال انجام بود. در این اثنا آن عصاره ای که لنگوی تزریق میکرد sympathin نامیده شد. افرادی روی این ماده کار میکردند تا بلافاصله پس از پایان جنگ جهانی دوم محققی به نام فون یولر نشان داد که سیمپاتین نورآدرنالین است. چند سال پیش از آن محققی امریکایی به نام فلدبرگ نشان داد که استیل کولین همان نوروترنسمیتری است که در سیستم پاراسمپاتیک از پایانه اعصاب خارج میشود. در این فرآیند 50 ساله محققان متوجه شدند نورآدرنالین و استیل کولین نورترنسمیترهای سیستم اتونوم هستند ولی مسلما با شناختی که از سیستم cns و اعصاب پیدا کرده بودند، میدانستند نوروترنسمیترها (یا به طور کلی نوروهورمونال ترنسمیتر) احتمالا در جاهای دیگر بدن هم وجود دارند. سوالی که پیش میآمد این بود که از بین میلیونها مولکول در بدن انسان چگونه بفهمیم کدام نوروترنسمیتر است. پیشنهاد شد که آن ماده باید این 4 استپ را در سلولی که از آن آزاد میشود نشان دهیم: 1- همه مسیرهای سنتز آن را در سلولی که پیشنهاد میکنیم از آن رها میشود. 2- نشان دهیم که این سلول مکانیزمی برای ذخیره آن دارد 3- به چه شکلی و طی چه مراحل مختلف بیوشیمیایی ای از سلول آزاد میشود. 3- مراحل توقف این نورترنسمیتر پس از رها شدن را نشان دهیم.
حالا این 4 مرحله را برای استیل کولین و نورآدرنالین بررسی میکنیم.
1- سنتز:
استیل کولین: مراحل ساخت استیل کولین خیلی پیچیده نیستند. سیستم کولینرژیک اعصابی دارد که این سلولهای عصبی روی غشایشان یک سیستم ترنسپورت دارند که وظیفه اش این است که کولین را از مایع میان بافتی گرفته و بصورت فعال به داخل سلول کولینرژیک پمپ کند. در واقع کولین بعنوان ماده اولیه از پلاسما به داخل سلول میآید. در چرخه تولید انرژی در میتوکندری همه سولهای زنده Acetyl CoA تولید میشود. آنزیم کولین استیل ترانسفراز به مقدار زیاد در این سلول بیان شده و باعث پیوند استری استیل کوآنزیم و کولین میشود.
نورآدرنالین: این فرآیند در سیستم آدرینرژیک پیچیده تر است. این پیچیدگی در همه قسمتهای سیستم آدرینرژیک دیده میشود. (جالب این که کسانی که با نقص سیستم سمپاتیک بدنیا میآیند زنده میمانند اما کسانی که با نقص سیستم پاراسمپاتیک بدنیا میایند میمیرند یعنی اهمیت سیستم پاراسمپاتیک با این سادگی اش بیشتر است.) اولین مرحله برای سنتز ورود اسید آمینه تیروزین به داخل سلول است. تیروزین به کمک پمپ فعالی که انرژی اش را از یون هیدروژن (پروتون) میگیرد وارد سلول عصبی میشود. سپس درون سیتوپلاسم تحت تاثیر چند آنزیم تبدیل میشود به نورآدرنالین. اولین آنزیم تیروزین هیدروکسیلاز است. خود مولکول تیروزین یک حلقه بنزنی و یک گروه OH دارد که یعنی گروه فنولی است. ولی چون یک آمینواسید هم در طرف دیگر دارد کسی آن را فنول نمیشناسد بلکه اسید امینه میگویند. تیروزین هیدروکسیلاز یک OH به تیروزین اضافه میکند و یک مولکول کتکول (یک حلقه بنزن و دو OH) میسازد. این ماده بدون وجود دو OH اسید آمینه فنیل آلانین است. اما حالا با وجود دو OH اسمش دی هیدروکسی فنیل آلانین است. پس تیروزین تحت تاثیر آنزیم تیروزین هیدروکسیلاز میشود دی هیدروکسی فنیل آلانین. سپس یک گروه اسیدی یعنی COOH آن کنده شده و تبدیل میشود به اولین کتکول آمینی که در سنتز نورآدرنالین تولید شده و آن اسمش دوپامین است. اسم آنزیمی که این کار را میکند آروماتیک ال-آمینواسید دکربوکسیلاز است که یعنی یک گروه کربوکسیل را از اسید آمینه آروماتیک جدا میکند. از نظر شیمیایی کتکول خیلی مولکول پایداری نیست. یک OH از یکی و یک هیدروژن از یک مولکول دیگر جدا شده و آب تولید میکنند. سپس یک اکسیژن با دو کربن میماند که رسوب میکند. جاهایی که دوپامینشان زیاد است به همین دلیل رنگ قهوه ای دارند. مثلا substantia niagra در مغز که در آنجا سلولهای دوپامینرژیک خیلی زیادند. در بیمارستان میبینید که آمپول دوپامین و آدرنالین اگر باز شود پس از نیم ساعت تا 45 دقیقه اکسیده شده و رسوب میکند. برای این که این اتفاق در سلولهای نورآدرنرژیک نیافتد، دوپامین به محض تولید به داخل وزیکولها پمپ (فعال) میشوند و در آنجا ذخیره میشوند. این پمپ فعال علاوه بر دوپامین اسید اسکوربیک یا ویتامین سی که که یک ماده آنتی اکسیدان است را هم همراه دوپامین پمپ میکند. در داخل وزیکل مراحل سنتز نورآدرنالین از دوپامین انجام میشود. در وزیکل دوپامین توسط آنزیم دوپامین بتا هیدروکسیلاز تبدیل میشود به نورآدرنالین و همراه با اسید اسکوربیک در آنجا تا مدتی باقی میماند تا اگزوسیتوز شود و بیرون بیاید. در سلولهای عصبی نورآدرنرژیک این واکنش تا اینجا پیش میرود اما در سلولهای مدولای غده آدرنال این واکنش در آنها ادامه میابد. نورآدرنالین متیله شده و به ان متیل نورآدرنالین که اصطلاحا به آن آدرنالین میگوییم. آدرنالین در همان وزیکل میماند تا پس در سیستم سمپاتیک سنتز و ذخیره یک جورهایی با هم در تداخلند.
2- ذخیره:
استیل کولین پس از سنتز توسط پمپ وارد وزیکل میشود. این پمپ استیل کولین را با کمک گرادیان پروتون به داخل وزیکل را در مقابل شیب غلظتش پمپ میکند. تخمین زده میشود معمولا سلول میتواند بین 1000 یا 50،000 مولکول استیل کولین را در یک وزیکل ذخیر کند و از طرفی حدود 300،000 وزیکل در پایانه آکسون وجود دارد. اگر این فیبر عصبی یک فیبر عصبی یک فیبر حرکتی باشد، هر یک مولکول استیل کولین که آزاد میشود، حدود 0.2 میکروولت پتانسیل غشای سلول عضله مخطط را تغییر میدهد. یعنی اگر حد آستانه 20 هزار میکروولت باشد چیزی حدود 50-60 هزار تا 100 هزار مولکول استیل کولین لازم است تا یک پتانسیل عمل در سلول عضله مخطط ایجاد شود. با توجه به ذخیره استیل کولینی که داریم حدود 50 هزار تا 100 هزار بار میتوانیم عضله مخطط را تحریک کنیم قبل از این که ذخایر استیل کولینمان تمام شود. البته در سلول معمولی اینها مدام تولید میشود و تمام نمیشود. مولکولهایی هستند که وزیکولار پمپ را میتوانند مهار کنند و باعث خالی شدن آنها میشوند. اگزوسیتوز اتفاق میفتد اما نوروترنسمیتری ندارد و فعالیت سیستم پاراسمپاتیک را کاهش میدهد. مهمترین ماده وزامیکول است که بیشتراستفاده تحقیقاتی دارد تا دارویی. ذخیره در سیستم نورآدرنرژیک هم بر همان اساس کار میکند. در سیستم کولینرژیک پمپ وزیکولی اختصاصی استیل کولین است اما در نورآدرنرژیک این پمپ خیلی اختصاصی نیست که اصطلاحا vesicular monoaminie pump میگویند که هر مولکول کتکول آمینی را میتواند پمپ کند. اهمیت این مسئله را در ادامه خواهیم گفت. مولکولهایی هستند که این پمپ را بلاک میکنند مثلا رزرپین که یک داروی خیلی قدیمی است و برای کنترل فشار خون استفاده میشد قبل از این که داروهایی مثل بتا بلاکرها، آنتاگونیستهای گیرنده آدرنرژیک آلفا، مهارکننده های ACE و... را داشته باشیم. رزرپین الان فقط در وضعیت اورژانسی وقتی فشار خون به شدت بالا رفته استفاده میشود و احتمالا در داروخانه ها پیدا نمیشود ولی در بیمارستانها هموز ممکن است در اتاق عمل و اورژانس پیدا شود.
3- آزادسازی:
بنظر می آید که آزادسازی از طریق اگزوسیتوز که توسط ورود کلسیم به داخل سلول trigger می شود، انجام میشود. در پایانه سلولهای عصبی که قرار است آزادسازی از آن انجام بگیرد، تعداد زیادی کانال کلسیمی حساس به ولتاژ وجود دارد. وقتی پتانسیل عمل به آن ناحیه میرسد، این کانالها باز میشوند، در نتیجه کلسیم از مایع میان بافتی به سرعت وارد پایانه آکسون میشود. سپس به پروتئین خاصی به نام Rab 3 میچسبد. این پروتئین کنترل کننده سرعت و شدت اگزوسیتوز است و با چسبیدن کلسیم به آن فعال شده و اگزوسیتوز را افزایش میدهد. بنظر می آید چسبیدن کلسیم به Rab 3 امکان اتصال آن به پروتئین دیگری به نام synaptobrevin که روی غشای وزیکل هست را میدهد. کنار این پروتئین، پروتئین دیگری به نام synaptotagmin داریم که این دو کنار هم مانند غلابی عمل میکنند که به وسیله Rab 3 فعال میشود. این دو پروتئین خودشان را به دو پروتئینی که روی غشای سلول در قسمت داخلی وجود دارند میچسبانند که neurexine و syntaxin نام دارند. در نتیجه این 4 پروتئین بخاطر فعال شدن Rab3 به هم متصل میشوند و باعث چسبیدن وزیکل به غشای سلول از سمت داخل سیتوپلاسم میش��ند. به واسطه یک پروسه هیدرولیتیک غشای بین این دو از بین رفته و در نهایت مایع درون وزیکل و فضای میان بافتی با هم مرتبط میشوند. بنظر می آید که این مکانیسم اگزوسیتوز نوروترنسمیتر تقریبا در همه سلولهای عصبی مشترک است.
4- توقف فعالیت:
بنظر می آید این فرآیند در سیستم کولینرژیک خیلی ساده اتفاق می افتد. آنزیمی درون فضای بین سیناپسی وجود دارد که باعث هیدرولیز و شکستن استیل کولین به کولین و استیل میشود. نام این آنزیم استیل کولین استراز ((AChE است. استیل کولین استراز همان طور که در جلسه بعد خواهید دید به خانواده بزرگی از آنزیمها تعلق دارد که یک اسید آمینه سرین در جایگاه فعالش وجود دارد. درباره مکانیسمش بعدا توضیح داده خواهد شد. این آنزیم یک استراز است. استرها از واکنش یک گروه الکلی و یک گروه اسیدی با یکدیگر بوجود می آید. استرازهای زیادی در بدن وجود دارند از جمله بوتیل آل استراز که سودواستراز نیز نامیده میشود. سودواستراز در پلاسما هست و کارش این است که خیلی از مولکولها را قبل از این که به جای دیگری برسند در همان خون میشکند و متابولیزه میکند. اهمیت استرازها در جلسات بعد بیشتر معلوم میشود. اما استیل کولین استراز یک استراز خاص است که در سیناپسهای پاراسمپاتیک وجود دارد و معمولا متصل به غشای پس‌سیناپسی روی سلول افکتور مشاهده میشود. این آنزیم خیلی سریع است و بعد از کاتالاز دومین آنزیم سریعی است که میشناسیم. مثلا اگر کاتالاز یک میلیون مولکول در دقیقه هیدرولیز میکند، استراز نزدیک 300 هزار مولکول را در دقیقه میشکند. در نتیجه معمولا بیشتر از یک میلی ثانیه لازم نیست که در نوروماسکیولار جانکشن یا سیناپسهای عصبی عضلانی استیل کولین استراز هر چه در ترشح قبلی آزاد شده بود را بشکند. اهمیت این سرعت در این است که سرعت پیام‌رسانی را افزایش میدهد. وقتی 1 میلی ثانیه برای رها شدن و یک میلی ثانیه برای غیرفعال کردن یعنی سر جمع 2 میلی ثانیه نیاز است و این سیکل میتواند در هر ثانیه حداقل 300-400 بار تکرار شود. معنی‌اش این است که کنترل خوبی وجود دارد. برای ما آدمها این مسئله در پروسه حرکات ارادی اهمیت میابد. در هر فعالیتی که میکنیم مثلا حتی حفظ تعادل بدن اگر پیام رسانی کند بود، امکان انجام کار وجود نداشت. پس این هم از نظر تکاملی و هم عملکردی برای انسان خیلی اهمیت دارد.
خلاصه‌ای از collinergic transmission:
1- کولین از فضای میان بافتی به درون سلول پمپ میشود.
2- در سیتوپلاسم کولین و استیل کوآنزیم که از میتوکندری میآید با کمک آنزیم کولین استیل ترانسفراز ترکیب شده و استیل کولین را میسازد.
3- استیل کولین توسط vesicular pump به داخل وزیکل‌ها پمپ میشود و ذخیره میشود.
4- اگر پتانسیل عمل به کانال کلسیمی برسد، کانال باز میشود. کلسیم داخل می آید و Rab3 فعال میشود و پروتئینهایی که گفتیم به هم متصل میشوند و اگزسیتوز اتفاق می افتد.
5- بعد از انجام کار پس از مدتی توسط آنزیم استیل کولین استرازی که به غشای پس‌سیناپسی چسبیده، شکسته و به کولین و استیل تبدیل میشود.
استیل کولین میتواند روی گیرنده‌هایی که روی غشای پیش‌سیناپسی هستند هم عمل کند. به این گیرنده autoreceptor میگویند، از این جهت که نوروترنسمیتر از همان سلول آزاد شده و دوباره روی خودش اثر میکند. معمولا ممکن است این گیرنده ها 2 کار انجام دهند: یا کانال کلسیمی را ببندند یا آن را باز بکنند. اگر ببندند فیدبک منفی و اگر باز کنند، فیدبک مثبت ایجاد میکنند. قبلا فکر نمیکردند که این موضوع در مورد سیستم کولینرژیک خیلی مهم باشد ولی الان دارند به این نتیجه میرسند که بعضی از گیرنده های کولینرژیک کثلا گیرنده های N2 در امحا و احشا ممکن است به صورت پیش‌سیناپسی وجود داشته باشند که در موردش بعدا گفته میشود. این مهار اتورسپتوری در سیستم نورادرنرژیک خیلی خیلی اهمیتش بیشتر است.
| 