Som kort beskrivits i föregående kapitel är neurotransmittorer kemiska signaler som frigörs från presynaptiska nervterminaler till den synaptiska klyftan. Den efterföljande bindningen av neurotransmittorer till specifika receptorer på postsynaptiska neuroner (eller andra klasser av målceller) ändrar övergående de elektriska egenskaperna hos målcellerna, vilket leder till en enorm mängd olika postsynaptiska effekter (se kapitel 7 och 8).
Föreställningen om att elektrisk information kan överföras från en neuron till en annan med hjälp av kemisk signalering var föremål för en intensiv debatt under första hälften av 1900-talet. Ett viktigt experiment som stödde denna idé utfördes 1926 av den tyske fysiologen Otto Loewi. Loewi, som agerade utifrån en idé som han påstods ha fått mitt i natten, bevisade att elektrisk stimulering av vagusnerven saktar ner hjärtslagen genom att frigöra en kemisk signal. Han isolerade och perfunderade två grodors hjärtan och övervakade hur snabbt de slog (figur 6.1). Kärnan i hans experiment var att samla upp det perfusat som flödade genom det stimulerade hjärtat och överföra det till det andra hjärtat. Även om det andra hjärtat inte hade stimulerats, minskade dess slag också, vilket visar att vagusnerven reglerar hjärtfrekvensen genom att frigöra en kemikalie som ackumuleras i perfusatet. Ursprungligen kallades ämnet för ”vagussubstans”, men det visade sig senare att det rörde sig om acetylkolin (ACh), som under årens lopp har blivit den mest grundligt studerade neurotransmittorn. ACh verkar inte bara i hjärtat utan vid en mängd postsynaptiska mål i det centrala och perifera nervsystemet, framför allt vid den neuromuskulära korsningen i de streckade musklerna och i det viscerala motoriska systemet (se kapitel 5 och 21).
Figur 6.1
Loewis experiment som visar kemisk neurotransmission. (A) Diagram över försöksuppställningen. (B) När vagusnerven i ett isolerat grodhjärta stimulerades minskade hjärtfrekvensen (övre panelen). Om perfusionsvätskan från det stimulerade hjärtat (mer…)
Under årens lopp har ett antal formella kriterier vuxit fram som slutgiltigt identifierar en substans som en neurotransmittor (ruta A). Trots detta är det fortfarande svårt att identifiera de neurotransmittorer som är aktiva vid en viss synaps, och för många synapser (särskilt i hjärnan) är det inte väl fastställt vilken typ av neurotransmittor det rör sig om. Substanser som inte har uppfyllt alla kriterier som anges i ruta A kallas ”förmodade” neurotransmittorer.
Box A
Kriterier som definierar en neurotransmittor.
De utmärkande egenskaperna hos neurotransmittorer, jämfört med andra signalmolekyler, blir tydligare genom en jämförelse med verkan av de hormoner som utsöndras av det endokrina systemet. Hormoner påverkar vanligtvis målceller som ligger långt från den hormonutsöndrande cellen (se kapitel 8). Denna ”verkan på distans” uppnås genom att hormoner släpps ut i blodomloppet. Däremot är det avstånd över vilket neurotransmittorer verkar mycket litet. Vid många synapser binder transmittorerna endast till receptorer på den postsynaptiska cellen som ligger direkt under den presynaptiska terminalen (figur 6.2A); i sådana fall verkar transmittorn på avstånd som är mindre än en mikrometer. Även när neurotransmittorer sprids lokalt för att ändra de elektriska egenskaperna hos flera postsynaptiska (och ibland presynaptiska) celler i närheten (figur 6.2B), verkar de endast över avstånd på tiotals till hundratals mikrometer. Även om de långsträckta axonala processerna hos neuronerna gör det möjligt att frigöra neurotransmittorer så mycket som en meter från den neuronala cellkroppen, verkar dessa transmittorer fortfarande endast i närheten av den presynaptiska platsen för frigörelsen (figur 6.2C).
Figur 6.2
Lokalisering av neurotransmittors verkan. Neurotransmittorer verkar i allmänhet antingen lokalt (A), genom att förändra den elektriska excitabiliteten i en liten region av en enskild postsynaptisk cell, eller mer diffust (B), genom att förändra den elektriska excitabiliteten i en (mer…)
Men även om distinktionen mellan neurotransmittorer och hormoner generellt sett är klar och tydlig, så kan en substans verka som en neurotransmittor i en region av hjärnan samtidigt som den fungerar som hormon på en annan plats. Vasopressin och oxytocin, två peptidhormoner som frisätts i cirkulationen från den bakre hypofysen, fungerar till exempel också som neurotransmittorer vid ett antal centrala synapser. Ett antal andra peptider fungerar också som både hormoner och neurotransmittorer.