Мидың базальдық ганглияларының құрылымы: Substantia nigra және оның бөлімдері
Substantia nigra
Миқын бағанасының құрамындағы қара зат (substantia nigra) – қозғалыс, сыйақы жүйесінде маңызды роль атқарады. Паркинсон ауруында бұл құрылым зардап шегеді.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Мидың базальды ганглиясындағы құрылым
Structure in the basal ganglia of the brain
Қара субстанция (SN) – мидың ортаңғы бөлігінде орналасқан базальды ганглия құрылымы, ол сыйақы және қозғалыс процестерінде маңызды рөл атқарады. "Субстанция нигра" латын тілінде "қара зат" дегенді білдіреді, себебі дофаминергиялық нейрондардағы нейромеланиннің жоғары деңгейіне байланысты қара субстанцияның бөліктері көршілес аймақтарға қарағанда көрінеді. Паркинсон ауруы қара субстанцияның компактты бөлігіндегі (pars compacta) дофаминергиялық нейрондардың жоғалуымен сипатталады. Ми қималарында қара субстанция үздіксіз жолақ сияқты көрінсе де, анатомиялық зерттеулер оның іс жүзінде екі бөліктен тұратындығын көрсетті: компактты бөлік (SNpc) және ретикулата бөлігі (SNpr). Компактты бөлік негізінен базальды ганглия тізбегіне проекция ретінде қызмет етеді, стриатумды допаминмен қамтамасыз етеді. Ал ретикулата бөлігі базальды ганглиядан мидың көптеген басқа құрылымдарына сигналдарды жібереді.
The substantia nigra (SN) is a basal ganglia structure located in the midbrain that plays an important role in reward and movement. Substantia nigra is Latin for "black substance", reflecting the fact that parts of the substantia nigra appear darker than neighboring areas due to high levels of neuromelanin in dopaminergic neurons. Parkinson's disease is characterized by the loss of dopaminergic neurons in the substantia nigra pars compacta. Although the substantia nigra appears as a continuous band in brain sections, anatomical studies have found that it actually consists of two parts with very different connections and functions: the pars compacta (SNpc) and the pars reticulata (SNpr). The pars compacta serves mainly as a projection to the basal ganglia circuit, supplying the striatum with dopamine. The pars reticulata conveys signals from the basal ganglia to numerous other brain structures.
Құрылымы
Қара зат, тағы төрт ядромен бірге базальды ганглия құрамына кіреді. Ол мидың ортаңғы бөлігіндегі ең ірі ядро, ми аяқтарының дорсальды жағында орналасқан. Адамдарда екі қара зат бар, олардың әрқайсысы орта сызықтың екі жағында орналасқан. Қара зат екі бөлікке бөлінеді: reticulata бөлігі (SNpr) және compacta бөлігі (SNpc), compacta бөлігі reticulata бөлігіне медиалды орналасқан. Кейде үшінші аймақ, lateralis бөлігі еске алынады, бірақ ол көбінесе reticulata бөлігінің құрамына жатады. (SNpr) және ішкі глобус паллидус (GPi) ішкі капсуламен бөлінген.
The substantia nigra, along with four other nuclei, is part of the basal ganglia. It is the largest nucleus in the midbrain, lying dorsal to the cerebral peduncles. Humans have two substantiae nigrae, one on each side of the midline. The SN is divided into two parts: the pars reticulata (SNpr) and the pars compacta (SNpc), which lies medial to the pars reticulata. Sometimes, a third region, the pars lateralis, is mentioned, though it is usually classified as part of the pars reticulata. The (SNpr) and the internal globus pallidus (GPi) are separated by the internal capsule.
Pars reticulata (жасыл желек)
Парс ретикулатаның құрылымы және функциясы globus pallidus ішкі бөлігімен күшті ұқсастық танытады. Екеуі кейде бір құрылымның бөліктері деп есептеледі, оларды ішкі капсуланың ақ заты айырып тұрады. Globus pallidus нейрондары сияқты, парс ретикулата нейрондары да көбінесе GABAергиялық болып табылады.
The pars reticulata bears a strong structural and functional resemblance to the internal part of the globus pallidus. The two are sometimes considered parts of the same structure, separated by the white matter of the internal capsule. Like those of the globus pallidus, the neurons in pars reticulata are mainly GABAergic.
Афференттік байланыстар
СНП-ға негізгі ақпарат стриатумнан келеді. Ол тікелей және жанама екі жол арқылы жүзеге асырылады. Тікелей жол стриатумдағы орта тікенді жасушалардан pars reticulata-ға тікелей бағытталған аксондардан тұрады. Ал жанама жол үш буыннан құралған: стриатумдағы орта тікенді жасушалардан шақ қабыршағының сыртқы бөлігіне проекция, шақ қабыршағынан субталамулық ядроға ГАБАергиялық проекция және субталамулық ядродан pars reticulata-ға глютаматергиялық проекция. Осылайша, стриатумның қызметі тікелей жол арқылы (SNpr) нейрондарына тежегіш, ал жанама жол арқылы қоздырғыш әсер етеді. Тікелей және жанама жолдар стриатумдағы орта тікенді жасушалардың әртүрлі топтарынан басталады: олар бір-бірімен тығыз байланысқан, бірақ әртүрлі допамин рецепторларын және басқа да нейрохимиялық ерекшеліктерін көрсетеді.
The main input to the SNpr derives from the striatum. It comes by two routes, known as the direct and indirect pathways. The direct pathway consists of axons from medium spiny cells in the striatum that project directly to pars reticulata. The indirect pathway consists of three links: a projection from striatal medium spiny cells to the external part of the globus pallidus; a GABAergic projection from the globus pallidus to the subthalamic nucleus, and a glutamatergic projection from the subthalamic nucleus to the pars reticulata. Thus, striatal activity via the direct pathway exerts an inhibitory effect on neurons in the (SNpr) but an excitatory effect via the indirect pathway. The direct and indirect pathways originate from different subsets of striatal medium spiny cells: They are tightly intermingled, but express different types of dopamine receptors, as well as showing other neurochemical differences.
Эфференттік қосылыстар
Таламусқа (бүйірлік-жанама және алдыңғы-бүйірлік ядролар), жоғарғы колликулға және басқа артқы ядроларға парс ретикулатадан (нигроталамустық жол арқылы) маңызды проекциялар жіберіледі, олар нейротрансмиттер ретінде GABA-ны пайдаланады. Бұған қоса, бұл нейрондар парс компактта мен парс ретикулатаның ішінде тармақталатын, беске дейін қосалқы талшықтарды құрайды, бұл парс компакттағы дофаминергиялық белсенділікті реттеуге мүмкіндік береді.
Significant projections occur to the thalamus (ventral lateral and ventral anterior nuclei), superior colliculus, and other caudal nuclei from the pars reticulata (the nigrothalamic pathway), which use GABA as their neurotransmitter. In addition, these neurons form up to five collaterals that branch within both the pars compacta and pars reticulata, likely modulating dopaminergic activity in the pars compacta.
Функция
Қара зат мидың жұмысында, әсіресе көз қозғалысы, моторлық жоспарлау, сыйлықты іздеу, оқу және тәуелділік сияқты функцияларда маңызды рөл атқарады. Қара заттың көптеген әсерлері стриатум арқылы жүзеге асырылады. Нигростриаталдық жол арқылы стриатумға қара заттан дофаминергиялық сигналдар жіберіледі, бұл стриатумның жұмысымен тығыз байланысты. Стриатум мен қара заттың өзара байланысын мына мысалмен түсінуге болады: қара затты электрлік стимуляцияға ұшыратқанда қозғалыс болмайды, бірақ Паркинсон ауруына байланысты қара заттың дегенерациясының белгілері – қара заттың қозғалысқа қаншалықты күшті әсер ететінінің айқын мысалы. Стриатум арқылы жүзеге асырылатын функциялардан өзге, қара зат сонымен қатар әртүрлі ми аймақтарына GABAергиялық тежеудің маңызды көзі болып табылады.
The substantia nigra is an important player in brain function, in particular, in eye movement, motor planning, reward seeking, learning, and addiction. Many of the substantia nigra's effects are mediated through the striatum. The nigral dopaminergic input to the striatum via the nigrostriatal pathway is intimately linked with the striatum's function. The co dependence between the striatum and substantia nigra can be seen in this way: when the substantia nigra is electrically stimulated, no movement occurs; however, the symptoms of nigral degeneration due to Parkinson's is a poignant example of the substantia nigra's influence on movement. In addition to striatum mediated functions, the substantia nigra also serves as a major source of GABAergic inhibition to various brain targets.
Pars reticulata (жасыл желек)
Қара заттың pars reticulata базальды ганглиядағы маңызды өңдеу орталығы болып табылады. Парс ретикулатадағы ГАМК-ергілік нейрондар базальды ганглиялардың соңғы өңделген сигналдарын таламусқа және жоғарғы колликулға жеткізеді. Сонымен қатар, pars reticulata аксондық қосалқы байланыстар арқылы парс компактадағы дофаминергиялық белсенділікті тежейді, бірақ осы байланыстардың функционалдық ұйымы әлі де толыққанды түсініксіз. Парс ретикулятаның ГАМК-ергілік нейрондары спонтанды түрде әрекет потенциалдарын тудырады. Егеуқұйрықтарда әрекет потенциалдарының жиілігі шамамен 25 Гц құрайды. Осы спонтанды әрекет потенциалдарының мақсаты базальды ганглиялардың нысаналарын тежеу болып табылады, ал тежеудің азаюы қозғалыспен байланысты. Субталамус ядросы осы спонтанды әрекет потенциалдарының атылу жиілігін модуляциялайтын қоздырғыш сигналдар береді. Дегенмен, субталамус ядросын зақымдау парс ретикулатаның атылу жиілігінің 20%-ға ғана төмендеуіне алып келеді, бұл парс ретикулатадағы әрекет потенциалдарының генерациясы көбінесе автономды екенін көрсетеді, бұл парс ретикулатаның саккадикалық көз қозғалысындағы рөлімен мысалдалған. Парс ретикулатадан шығатын ГАМК-ергілік нейрондар тобы жоғарғы колликулға проекция жасайды, бұл проекциялар жоғары деңгейдегі тұрақты тежеу белсенділігін көрсетеді. Қасқыр ядродан жоғарғы колликулға бағытталған проекциялар да саккадикалық көз қозғалысын модуляциялайды. Паркинсон ауруы мен эпилепсияда парс ретикулатаның атылу үлгілерінің өзгеруі, мысалы, жеке импульстар немесе жарылыстар байқалады.
The pars reticulata of the substantia nigra is an important processing center in the basal ganglia. The GABAergic neurons in the pars reticulata convey the final processed signals of the basal ganglia to the thalamus and superior colliculus. In addition, the pars reticulata also inhibits dopaminergic activity in the pars compacta via axon collaterals, although the functional organization of these connections remains unclear. The GABAergic neurons of the pars reticulata spontaneously fire action potentials. In rats, the frequency of action potentials is roughly 25 Hz. The purpose of these spontaneous action potentials is to inhibit targets of the basal ganglia, and decreases in inhibition are associated with movement. The subthalamic nucleus gives excitatory input that modulates the rate of firing of these spontaneous action potentials. However, lesion of the subthalamic nucleus leads to only a 20% decrease in pars reticulata firing rate, suggesting that the generation of action potentials in the pars reticulata is largely autonomous, as exemplified by the pars reticulata's role in saccadic eye movement. A group of GABAergic neurons from the pars reticulata projects to the superior colliculus, exhibiting a high level of sustained inhibitory activity. Projections from the caudate nucleus to the superior colliculus also modulate saccadic eye movement. Altered patterns of pars reticulata firing such as single spike or burst firing are found in Parkinson's disease and epilepsy.
Pars compacta (жағымды түрдегі)
Парс компактаның ең маңызды функциясы – қозғалысты бақылау, бірақ қара заттың қозғалысты бақылаудағы рөлі тікелей емес; қара затты электрмен ынталандырғанда қозғалыс туындамайды, себебі қозғалысқа қара заттың әсері стриатум арқылы жүзеге асырылады. Парс компакта D1 жолы арқылы стриатумға қоздырғыш сигналдар жібереді, бұл стриатумды қоздырып, белсендіреді, нәтижесінде ГАМК (GABA) шарықшаға (globus pallidus) бөлінеді, ол таламиялық ядроға (thalamic nucleus) тигізетін тежеуші әсерін азайтады. Бұл таламокортикальді жолдардың қозғалуына және ми қабығына (cerebral cortex) қозғалыс нейрондарының сигналдарын жіберуге мүмкіндік береді, соның арқасында қозғалыс басталады, ал бұл Паркинсон ауруында байқалмайды. Дегенмен, парс компакта нейрондарының жетіспеушілігі қозғалысқа елеулі әсер етеді, бұл Паркинсон ауруының белгілерімен дәлелденеді. Парс компактаның моторлық рөліне, осы аймақта зақымданулар бар жануарлар моделінде расталғандай, нақты қозғалысты бақылау кіруі мүмкін. Парс компакта стимулдарға үйренген жауаптарға тығыз қатысады. Приматтарда жаңа стимул пайда болғанда нигростриаттық (nigrostriatal) жол арқылы дофаминергиялық нейрондардың белсенділігі артады. Стимул қайталағанда дофаминергиялық белсенділік төмендейді. Кейбір зерттеулер оның дорсальді стриатумға (dorsal striatum) тәуелді, жауапқа негізделген жад жүйесіне қатысқанын көрсетеді, ол кеңістіктік немесе эпизодтық жад функцияларын атқаратын гиппокамптан тәуелсіз жұмыс істейді. Парс компакта уақытты өңдеуде де рөл атқарады және уақытты қайта жарату кезінде белсендіріледі. Парс компактадағы зақымданулар уақытша тапшылықтарға алып келеді. Соңғы кезде парс компакта ұйқы-ояну циклын реттейді деген күдік туды, бұл Паркинсон ауруымен ауыратын науқастарда байқалатын ұйқысыздық және REM ұйқының бұзылуы сияқты симптомдармен сәйкес келеді. Алайда, қозғалысты бақылауға әсер етпейтін дофамин тапшылығы ұйқы-ояну циклының бұзылуына әкелуі мүмкін, әсіресе ояу күйде REM сияқты нейрондық белсенділіктің үлгілері, әсіресе гиппокампта.
The most prominent function of the pars compacta is motor control, though the substantia nigra's role in motor control is indirect; electrical stimulation of the substantia nigra does not result in movement, due to mediation of the striatum in the nigral influence of movement. The pars compacta sends excitatory input to the striatum via D1 pathway that excites and activates the striatum, resulting in the release of GABA onto the globus pallidus to inhibit its inhibitory effects on the thalamic nucleus. This causes the thalamocortical pathways to become excited and transmits motor neuron signals to the cerebral cortex to allow the initiation of movement, which is absent in Parkinson's disease. However, lack of pars compacta neurons has a large influence on movement, as evidenced by the symptoms of Parkinson's. The motor role of the pars compacta may involve fine motor control, as has been confirmed in animal models with lesions in that region. The pars compacta is heavily involved in learned responses to stimuli. In primates, dopaminergic neuron activity increases in the nigrostriatal pathway when a new stimulus is presented. Dopaminergic activity decreases with repeated stimulus presentation. and some studies point to its involvement in a dorsal striatal dependent, response based memory system that functions relatively independent of the hippocampus, which is traditionally believed to subserve spatial or episodic like memory functions. The pars compacta also plays a role in temporal processing and is activated during time reproduction. Lesions in the pars compacta leads to temporal deficits. As of late, the pars compacta has been suspected of regulating the sleep wake cycle, which is consistent with symptoms such as insomnia and REM sleep disturbances that are reported by patients with Parkinson's disease. Even so, partial dopamine deficits that do not affect motor control can lead to disturbances in the sleep wake cycle, especially REM like patterns of neural activity while awake, especially in the hippocampus.
Клиникалық маңызы
Қара зат көптеген аурулар мен синдромдардың, оның ішінде паркинсонизм және Паркинсон ауруының дамуында маңызды роль атқарады. Сол жақ қара затқа жоғары жиілікті стимуляция берудің өткінші жедел депрессиялық белгілерді тудыратыны көрсетілген зерттеулер бар.
The substantia nigra is critical in the development of many diseases and syndromes, including parkinsonism and Parkinson's disease. There exist a study showing that high frequency stimulation delivery to the left substantia nigra can induce transient acute depression symptoms.
Паркинсон ауруы
Паркинсон ауруы – бұл нейродегенеративті ауру, оның негізгі белгісі SNpc-де дофаминергиялық нейрондардың өлімі болып табылады. Паркинсон ауруының басты симптомдары діріл, аккинезия, брадикинезия және қатаю. Басқа симптомдарға дене күйінің бұзылуы, шаршау, ұйқының бұзылуы және депрессивті көңіл-күй жатады. SNpc-де дофаминергиялық нейрондардың өлу себебі әлі белгісіз. Дегенмен, pars compacta-дағы дофаминергиялық нейрондардың ерекше осалдығына ықпал ететін бірнеше факторлар анықталды. Біріншіден, дофаминергиялық нейрондарда митохондриялық кешен 1-де аномалиялар байқалады, бұл альфа-синуклеиннің жиналуына әкеледі; бұл бұзылған белок өңдеуге және нейронның өліміне соқтыруы мүмкін. Екіншіден, pars compacta-дағы дофаминергиялық нейрондарда басқа дофаминергиялық нейрондарға қарағанда кальбидин деңгейі төмен. Кальбидин – жасуша ішінде кальций иондарының тасымалына қатысатын белок, ал жасуша ішіндегі кальцийдің артық мөлшері токсикалық әсер етеді. Кальбидин теориясы Паркинсон ауруында қара заттың жоғары цитотоксикалық әсерін, ал вентральді тегментальді аймаққа қарағанда түсіндіруге болады. Нейронның өліміне не себеп болса да, pars compacta-ның пластикалық қабілеті өте жоғары; Паркинсонның симптомдары әдетте, pars compacta-дағы дофаминергиялық нейрондардың кем дегенде 30% өлімінен кейін ғана пайда болады. Бұл пластикалық қабілеттің көп бөлігі нейрохимиялық деңгейде жүзеге асады; дофамин тасымалдау жүйелері баяулайды, бұл дофаминге стриатумдағы химиялық синапстарда ұзақ уақытқа тоқталуға мүмкіндік береді. Менке, Джабди, Миллер, Мэтьюс және Зари (2010) Паркинсон ауруына шалдыққан және дені сау адамдардың SNpc және SNpr көлемдерін салыстыру үшін диффузиялық тензорлық бейнелеу және T1 картасын қолданды. Зерттеушілер Паркинсон ауруына шалдыққан адамдардың қара заты, әсіресе SNpr аймағында, әлдеқайда кішірек екенін анықтады. SNpr артқы таламус, вентральді таламус және әсіресе моторлық қабықшамен байланысты болғандықтан, және Паркинсон ауруы бар пациенттер SNpr-дің кішірек екенін хабарлағандықтан (Menke, Jbabdi, Miller, Matthews and Zari, 2010), бұл аймақтың кіші көлемі Паркинсон ауруының моторлық бұзылуларына жауапты болуы мүмкін. Бұл кішкентай көлем әлсіз және/немесе бақыланбайтын қозғалыстарға себеп болуы мүмкін, бұл Паркинсон ауруымен ауыратындар жиі сезінетін дірілге әкелуі мүмкін. Окислик стресс және SNpc-дегі окислик зақымдану Паркинсон ауруының этиологиясындағы маңызды факторлар болып табылады. Окислик стресс тудырған ДНК зақымдануын альфа-синуклеинмен модуляцияланатын процестер арқылы жөндеуге болады. Альфа-синуклеин қара затта экспрессияланады, бірақ оның ДНК-ны жөндеу функциясы Леви денелері бар нейрондарда бұзылған сияқты көрінеді. Дегенмен, дофамин гипотезасының шизофрениямен байланыстылығы туралы пікірталас әлі де жалғасуда. Дау-дамайға қарамастан, дофамин антагонисттері шизофренияны емдеудің стандартты және тиімді тәсілі болып табылады. Бұл антагонисттерге бірінші буын (типік) антипсихотиктер, мысалы, бутирофенондар, фенотиазиндер және тиоксантендер жатады. Бұл препараттар көбінесе екінші буын (атипиялық) антипсихотиктермен, мысалы, клозапин және палиперидонмен алмастырылды. Жалпы алғанда, бұл препараттар дофамин өндіретін нейрондарға емес, постсинаптикалық нейронның рецепторларына әсер етеді. Субстанция ниграға қатысты дофамин гипотезасын қолдайтын басқа да фармакологиялық емес дәлелдерге pars compacta-ның құрылымдық өзгерістері жатады, мысалы, синаптық терминалдардың мөлшерінің азаюы. Қара заттағы басқа өзгерістерге қара заттағы NMDA рецепторларының экспрессиясының жоғарылауы және дисбиндин экспрессиясының төмендеуі жатады. NMDA рецепторларының жоғарылауы шизофрениядағы глутамат-дофамин өзара әрекеттесуіне нұсқау береді. Шизофрениямен (даулы) байланысты дисбиндин дофамин шығарылуын реттеуі мүмкін, ал қара заттағы дисбиндиннің төмен экспрессиясы шизофрения этиологиясында маңызды рөл атқаруы мүмкін. Шизофрениялық мидағы қара заттағы өзгерістерге байланысты, болашақта қара заттағы шизофренияның физиологиялық белгілерін анықтау үшін арнайы бейнелеу әдістерін (мысалы, нейромеланинге арналған бейнелеу) қолдану мүмкін болады.
Parkinson's disease is a neurodegenerative disease characterized, in part, by the death of dopaminergic neurons in the SNpc. The major symptoms of Parkinson's disease include tremor, akinesia, bradykinesia, and stiffness. Other symptoms include disturbances to posture, fatigue, sleep abnormalities, and depressed mood. The cause of death of dopaminergic neurons in the SNpc is unknown. However, some contributions to the unique susceptibility of dopaminergic neurons in the pars compacta have been identified. For one, dopaminergic neurons show abnormalities in mitochondrial complex 1, causing aggregation of alpha synuclein; this can result in abnormal protein handling and neuron death. Secondly, dopaminergic neurons in the pars compacta contain less calbindin than other dopaminergic neurons. Calbindin is a protein involved in calcium ion transport within cells, and excess calcium in cells is toxic. The calbindin theory would explain the high cytotoxicity of Parkinson's in the substantia nigra compared to the ventral tegmental area. Regardless of the cause of neuronal death, the plasticity of the pars compacta is very robust; Parkinsonian symptoms do not generally appear until at least 30% of pars compacta dopaminergic neurons have died. Most of this plasticity occurs at the neurochemical level; dopamine transport systems are slowed, allowing dopamine to linger for longer periods of time in the chemical synapses in the striatum. Menke, Jbabdi, Miller, Matthews and Zari (2010) used diffusion tensor imaging, as well as T1 mapping to assess volumetric differences in the SNpc and SNpr, in participants with Parkinson's compared to healthy individuals. These researchers found that participants with Parkinson's consistently had a smaller substantia nigra, specifically in the SNpr. Because the SNpr is connected to the posterior thalamus, ventral thalamus and specifically, the motor cortex, and because participants with Parkinson's disease report having a smaller SNprs (Menke, Jbabdi, Miller, Matthews and Zari, 2010), the small volume of this region may be responsible for motor impairments found in Parkinson's disease patients. This small volume may be responsible for weaker and/or less controlled motor movements, which may result in the tremors often experienced by those with Parkinson's. Oxidative stress and oxidative damage in the SNpc are likely key drivers in the etiology of Parkinson's disease as individuals age. DNA damages caused by oxidative stress can be repaired by processes modulated by alpha synuclein. Alpha synuclein is expressed in the substantia nigra, but its DNA repair function appears to be compromised in Lewy body inclusion bearing neurons. However, much debate continues to this day surrounding this dopamine hypothesis of schizophrenia. Despite the controversy, dopamine antagonists remain a standard and successful treatment for schizophrenia. These antagonists include first generation (typical) antipsychotics such as butyrophenones, phenothiazines, and thioxanthenes. These drugs have largely been replaced by second generation (atypical) antipsychotics such as clozapine and paliperidone. In general, these drugs do not act on dopamine producing neurons themselves, but on the receptors on the post synaptic neuron. Other, non pharmacological evidence in support of the dopamine hypothesis relating to the substantia nigra include structural changes in the pars compacta, such as reduction in synaptic terminal size. Other changes in the substantia nigra include increased expression of NMDA receptors in the substantia nigra, and reduced dysbindin expression. Increased NMDA receptors may point to the involvement of glutamate dopamine interactions in schizophrenia. Dysbindin, which has been (controversially) linked to schizophrenia, may regulate dopamine release, and low expression of dysbindin in the substantia nigra may be important in schizophrenia etiology. Due to the changes to the substantia nigra in the schizophrenic brain, it may eventually be possible to use specific imaging techniques (such as neuromelanin specific imaging) to detect physiological signs of schizophrenia in the substantia nigra.
Ағаш кеуде синдромы
Ағаш кеуде, сонымен қатар фентанил кеуде қабырғасының қатаю синдромы деп те аталады, бұл фентанил, сульфентанил, альфентанил, ремифентанил сияқты синтетикалық опиоидтардың сирек кездесетін қосымша әсері. Ол қаңқа бұлшық еттері тонусының жалпы өсуіне әкеледі. Механизмі қараңғы жолақ/қыртыс (substantia nigra/striatum) жүйкелерінде допамин бөлінуінің артуы және ГАМК (GABA) бөлінуінің төмендеуі арқылы жүзеге асады деп есептеледі. Бұл әсер көбінесе кеуде қабырғасы бұлшық еттерінде байқалады және тыныс алудың қиындауына алып келуі мүмкін. Бұл жағдай көбінесе анестезия кезінде байқалады, онда осы препараттардың жылдам және жоғары дозалары тамырға енгізіледі.
Wooden chest, also called fentanyl chest wall rigidity syndrome, is a rare side effect of synthetic opioids such as Fentanyl, Sulfentanil, Alfentanil, Remifentanil. It results in a generalised increase in skeletal muscle tone. The mechanism is thought to be via increased dopamine release and decreased GABA release in the nerves of the substantia nigra/striatum. The effect is most pronounced on the chest wall muscles and can lead to impaired ventilation. The condition is most commonly observed in anaesthesia where rapid and high doses of these drugs are given intravenously.
Көп жүйелі атрофия
Стриатум және қара заттағы нейрондардың дегенерациясымен сипатталатын көп жүйелік атрофия бұрын стриатонигральды дегенерация деп аталған.
Multiple system atrophy characterized by neuronal degeneration in the striatum and substantia nigra was previously called striatonigral degeneration.
Қара заттың химиялық модификациясы
Химиялық манипуляция және қара заттың модификациясы нейрофармакология және токсикология салаларында маңызды. Паркинсон ауруын емдеу және зерттеу үшін леводопа және МТТФ сияқты әртүрлі заттар қолданылады, сондай-ақ көптеген басқа да дәрілер қара затқа әсер етеді.
Chemical manipulation and modification of the substantia nigra is important in the fields of neuropharmacology and toxicology. Various compounds such as levodopa and MPTP are used in the treatment and study of Parkinson's disease, and many other drugs have effects on the substantia nigra.
Амфетамин және микроаминдер
Зерттеулер көрсеткендей, мидың белгілі бір аймақтарында амфетамин мен іздік аминдер синаптық кеңістікте дофамин концентрациясын арттырады, соның салдарынан постсинаптық нейронның жауабы күшейеді. Амфетамин құрылысы жағынан дофамин мен іздік аминдерге ұқсас; осының нәтижесінде ол DAT (дофамин тасымалдаушысы) арқылы пресинаптық нейронға еніп, сондай-ақ тікелей нейрондық мембрана арқылы таралуға қабілетті. Амфетамин мен іздік аминдердің ұқсастығына байланысты, ол моноамин тасымалдаушыларының субстраты болып табылады; нәтижесінде, ол дофамин мен басқа моноаминдердің кері сіңуін бәсекелес түрде тежейді, олардың сіңуі үшін бәсекелеседі. Бұл кокаиннің құнарлы қасиеттерін түсіндіреді, себебі дофамин – марапат үшін маңызды нейротрансмиттер. Дегенмен, кокаин қара затқа қарағанда құрсақ тісшесінің дофаминергиялық нейрондарына көбірек әсер етеді. Кокаин қолдану қара денедегі метаболизмді арттырады, бұл кокаин қолданушыларында байқалатын моторлық функцияның өзгеруін түсіндіруге болады. Кокаиннің дофамин кері сіңуін тежеуі парс компактаның спонтанды әрекет потенциалдарын тудыруын да тежейді. Кокаиннің дофамин кері сіңуін тежеу механизмі дофамин тасымалдаушы протеинімен байланысуын қамтиды. Алайда, зерттеулер кокаин транскрипциялық немесе трансляциялық жолдарға тікелей араласпай, дофамин рецепторларын бұғаттау арқылы DAT мРНҚ деңгейін төмендетуі мүмкін екенін көрсетеді.
Studies have shown that, in certain brain regions, amphetamine and trace amines increase the concentrations of dopamine in the synaptic cleft, thereby heightening the response of the post synaptic neuron. Amphetamine is similar in structure to dopamine and trace amines; as a consequence, it can enter the presynaptic neuron via DAT (dopamine transporter) as well as by diffusing through the neural membrane directly. Because of the similarity between amphetamine and trace amines, it is also a substrate for monoamine transporters; as a consequence, it (competitively) inhibits the reuptake of dopamine and other monoamines by competing with them for uptake, as well. which accounts for cocaine's addictive properties, as dopamine is the critical neurotransmitter for reward. However, cocaine is more active in the dopaminergic neurons of the ventral tegmental area than the substantia nigra. Cocaine administration increases metabolism in the substantia nigra, which can explain the altered motor function seen in cocaine using subjects. The inhibition of dopamine reuptake by cocaine also inhibits the firing of spontaneous action potentials by the pars compacta. The mechanism by which cocaine inhibits dopamine reuptake involves its binding to the dopamine transporter protein. However, studies show that cocaine can also cause a decrease in DAT mRNA levels, most likely due to cocaine blocking dopamine receptors rather than direct interference with transcriptional or translational pathways.
Леводопа
Қара зат Паркинсон ауруын емдеуге арналған химиялық препараттардың басты нысанасы болып табылады. Леводопа (көбінесе L DOPA деп аталады), допаминнің алдындағы қосылысы, допамин мен L DOPA-ның нейротоксикалық әсеріне қатысты пікір таластарына қарамастан, Паркинсон ауруына ең көп тағайындалатын дәрі болып табылады. Бұл препарат Паркинсон ауруының бастапқы сатыларындағы науқастарды емдеуде ерекше тиімді, бірақ уақыт өте келе тиімділігі азаяды. Леводопа қан-ми тосқаулын өтіп, қара заттағы допамин деңгейін көтеріп, Паркинсон ауруының белгілерін жеңілдетеді. Леводопамен емдеудің кемшілігі – ол Паркинсон ауруының себебін (қара заттағы дофаминергиялық нейрондардың қазасы) емес, симптомдарын (допамин деңгейінің төмендеуі) емдейді.
The substantia nigra is the target of chemical therapeutics for the treatment of Parkinson's disease. Levodopa (commonly referred to as L DOPA), the dopamine precursor, is the most commonly prescribed medication for Parkinson's disease, despite controversy concerning the neurotoxicity of dopamine and L DOPA. The drug is especially effective in treating patients in the early stages of Parkinson's, although it does lose its efficacy over time. Levodopa can cross the blood–brain barrier and increases dopamine levels in the substantia nigra, thus alleviating the symptoms of Parkinson's disease. The drawback of levodopa treatment is that it treats the symptoms of Parkinson's (low dopamine levels), rather than the cause (the death of dopaminergic neurons in the substantia nigra).
MPTP
MPTP – миға тән, әсіресе қара затқа (substantia nigra) қатысты дофаминергілік жасушаларға әсер ететін нейротоксин. 1982 жылы Калифорниядағы героин қолданушылар МППП (MPPP) ластанған MPTP қолданғаннан кейін Паркинсонға ұқсас белгілерді көрсеткен кезде MPTP кеңінен танылды. Пациенттердің денесі қаттырып, қозғалыс мүмкіндігінен айырылды, леводопамен емдеуге жақсы жауап берді. Паркинсонға ұқсас белгілердің басылуы байқалмады, бұл дофаминергілік нейрондардың қайтымсыз зардап шегуін көрсетеді. MPTP әрекет ету механизмі митохондриялық функцияны, соның ішінде метаболизмді бұзу және бос радикалдардың пайда болуымен байланысты. Осыдан кейін MPTP жануарлар моделінде Паркинсон ауруын тудыру тиімділігі зерттелді (сәтті нәтижелер алынды). MPTP приматтарда қимылсыздық, дене қатаю және діркіреуді қоздырды, ал оның нейротоксикалық әсері substantia nigra pars compacta-ға ерекше тән екені анықталды. Басқа жануарларда, мысалы, кеміргіштерде, MPTP арқылы Паркинсон ауруын тудыру толыққанды болмайды немесе приматтарға қарағанда әлдеқайда жоғары және жиі дозаларды талап етеді. Бүгінгі күні MPTP жануарлар моделінде Паркинсон ауруын тудырудың ең тиімді әдісі болып саналады.
MPTP, is a neurotoxin specific to dopaminergic cells in the brain, specifically in the substantia nigra. MPTP was brought to the spotlight in 1982 when heroin users in California displayed Parkinson's like symptoms after using MPPP contaminated with MPTP. The patients, who were rigid and almost completely immobile, responded to levodopa treatment. No remission of the Parkinson's like symptoms was reported, suggesting irreversible death of the dopaminergic neurons. The proposed mechanism of MPTP involves disruption of mitochondrial function, including disruption of metabolism and creation of free radicals. Soon after, MPTP was tested in animal models for its efficacy in inducing Parkinson's disease (with success). MPTP induced akinesia, rigidity, and tremor in primates, and its neurotoxicity was found to be very specific to the substantia nigra pars compacta. In other animals, such as rodents, the induction of Parkinson's by MPTP is incomplete or requires much higher and frequent doses than in primates. Today, MPTP remains the most favored method to induce Parkinson's disease in animal models.
Тарих
Субстанция нигра 1784 жылы Феликс Вик д’Азырмен ашылған, ал Сэмюэл Томас фон Зөммеринг 1791 жылы осы құрылымды атап өткен. Субстанция ниграның ретикулаталық және компакталық бөлімдерінің арасындағы айырмашылықты алғаш рет 1910 жылы Сано ұсынды. 1963 жылы Олег Хорникевич өзінің байқауларынан "Паркинсон ауруымен ауырған науқастардың субстанция ниграсындағы жасушалардың жоғалуы стриатумдағы дофамин тапшылығының себебі болуы мүмкін" деген қорытындыға келді.
The substantia nigra was discovered in 1784 by Félix Vicq d'Azyr, and Samuel Thomas von Sömmerring alluded to this structure in 1791. The differentiation between the substantia nigra pars reticulata and compacta was first proposed by Sano in 1910. In 1963, Oleh Hornykiewicz concluded from his observation that "cell loss in the substantia nigra (of Parkinson's disease patients) could well be the cause of the dopamine deficit in the striatum."