După cum a fost descris pe scurt în capitolul precedent, neurotransmițătorii sunt semnale chimice eliberate de terminalele nervoase presinaptice în fanta sinaptică. Legarea ulterioară a neurotransmițătorilor la receptorii specifici de pe neuronii postsinaptici (sau alte clase de celule țintă) modifică tranzitoriu proprietățile electrice ale celulelor țintă, conducând la o varietate enormă de efecte postsinaptice (vezi capitolele 7 și 8).
Noțiunea că informația electrică poate fi transferată de la un neuron la altul prin intermediul semnalizării chimice a fost subiectul unei dezbateri intense în prima jumătate a secolului XX. Un experiment cheie care a susținut această idee a fost realizat în 1926 de fiziologul german Otto Loewi. Acționând pe baza unei idei care i-ar fi venit în miez de noapte, Loewi a demonstrat că stimularea electrică a nervului vag încetinește bătăile inimii prin eliberarea unui semnal chimic. El a izolat și a perfuzat inimile a două broaște, monitorizând ritmul în care acestea băteau (figura 6.1). Esența experimentului său a fost de a colecta perfuzatul care curgea prin inima stimulată și de a-l transfera în cea de-a doua inimă. Chiar dacă a doua inimă nu fusese stimulată, bătăile acesteia au încetinit și ele, demonstrând că nervul vag reglează ritmul cardiac prin eliberarea unei substanțe chimice care se acumulează în perfuzat. Denumit inițial „substanță vagă”, agentul s-a dovedit mai târziu a fi acetilcolina (ACh), care a devenit de-a lungul anilor cel mai bine studiat neurotransmițător. ACh acționează nu numai în inimă, ci și la o varietate de ținte postsinaptice în sistemele nervoase centrale și periferice, în mod preeminent la joncțiunea neuromusculară a mușchilor striați și în sistemul motor visceral (vezi capitolele 5 și 21).
Figura 6.1
Experimentul lui Loewi care demonstrează neurotransmisia chimică. (A) Diagrama montajului experimental. (B) În cazul în care a fost stimulat nervul vag al inimii unei broaște izolate, ritmul cardiac a scăzut (panoul superior). Dacă lichidul de perfuzie de la inima stimulată (continuare…)
De-a lungul anilor, au apărut o serie de criterii formale care identifică definitiv o substanță ca fiind un neurotransmițător (Caseta A). Cu toate acestea, identificarea neurotransmițătorilor activi la o anumită sinapsă rămâne o întreprindere dificilă, iar pentru multe sinapse (în special în creier), natura neurotransmițătorului nu este bine stabilită. Substanțele care nu au îndeplinit toate criteriile prezentate în Caseta A sunt denumite neurotransmițători „putativi”.
Caseta A
Criterii care definesc un neurotransmițător.
Caracteristicile distinctive ale neurotransmițătorilor, în comparație cu alte molecule de semnalizare, devin mai clare prin comparație cu acțiunile hormonilor secretați de sistemul endocrin. Hormonii influențează, de obicei, celulele-țintă aflate la mare distanță de celula care secretă hormonul (a se vedea capitolul 8). Această „acțiune la distanță” se realizează prin eliberarea de hormoni în fluxul sanguin. În schimb, distanța pe care acționează neurotransmițătorii este infimă. La multe sinapse, emițătorii se leagă doar de receptorii de pe celula postsinaptică care se află direct sub terminalul presinaptic (figura 6.2A); în astfel de cazuri, emițătorul acționează pe distanțe mai mici de un micrometru. Chiar și atunci când neurotransmițătorii difuzează la nivel local pentru a modifica proprietățile electrice ale mai multor celule postsinaptice (și uneori presinaptice) din vecinătate (figura 6.2B), aceștia acționează doar pe distanțe de zeci până la sute de micrometri. În timp ce procesele axonale alungite ale neuronilor permit ca neurotransmițătorii să fie eliberați la o distanță de până la un metru de corpul celulei neuronale, acești transmițători acționează totuși numai în apropierea locului presinaptic de eliberare (figura 6.2C).
Figura 6.2
Localizarea acțiunii neurotransmițătorilor. În general, neurotransmițătorii acționează fie local (A), prin modificarea excitabilității electrice a unei regiuni mici a unei singure celule postsinaptice, fie mai difuz (B), prin modificarea excitabilității electrice a unei (continuare…)
În timp ce distincția dintre neurotransmițători și hormoni este în general clară, o substanță poate acționa ca neurotransmițător într-o regiune a creierului, în timp ce servește ca hormon în altă parte. De exemplu, vasopresina și oxitocina, doi hormoni peptidici care sunt eliberați în circulație din hipofiza posterioară, funcționează, de asemenea, ca neurotransmițători la o serie de sinapse centrale. Un număr de alte peptide servesc, de asemenea, atât ca hormoni, cât și ca neurotransmițători.
.