Das Nervensystem ist sehr komplex und Toxine können an vielen verschiedenen Stellen in diesem komplexen System wirken. Der Schwerpunkt dieses Abschnitts liegt darauf, einen grundlegenden Überblick darüber zu geben, wie das Nervensystem funktioniert und wie Neurotoxine es beeinflussen. Aufgrund der Komplexität dieser Themen enthält dieser Abschnitt keine ausführlichen Details zur Anatomie und Physiologie des Nervensystems oder zu den vielen Neurotoxinen in unserer Umwelt und den subtilen Möglichkeiten, wie sie das Nervensystem schädigen oder seine Funktionen beeinträchtigen können.Da das Nervensystem alle Bereiche des Körpers innerviert, können einige toxische Wirkungen sehr spezifisch und andere verallgemeinert sein, je nachdem, wo im Nervensystem das Toxin seine Wirkung ausübt. Bevor wir diskutieren, wie Neurotoxine Schäden verursachen, werden wir uns die grundlegende Anatomie und Physiologie des Nervensystems ansehen.

Anatomie und Physiologie des Nervensystems

Das Nervensystem hat drei grundlegende Funktionen:

1. Spezialisierte Zellen erfassen sensorische Informationen aus der Umgebung und leiten diese Informationen an andere Teile des Nervensystems weiter.
2. Es lenkt motorische Funktionen des Körpers in der Regel als Reaktion auf sensorische Eingaben.
3. Es integriert die Denkprozesse, Lernen und Gedächtnis.

Alle diese Funktionen sind potenziell anfällig für die Wirkung von Giftstoffen.

Das Nervensystem besteht aus zwei grundlegenden anatomischen Unterteilungen:

1. Zentralnervensystem (ZNS)
2. Peripheres Nervensystem (PNS)

Zentralnervensystem

Das ZNS umfasst das Gehirn und das Rückenmark. Das ZNS dient als Kontrollzentrum und verarbeitet und analysiert Informationen, die von sensorischen Rezeptoren empfangen werden, und gibt als Reaktion auf motorische Befehle zur Steuerung von Körperfunktionen aus. Das Gehirn, das komplexeste Organ des Körpers, besteht strukturell aus sechs Hauptbereichen (Abbildung 1):

1. Großhirn — steuert Denkprozesse, Intelligenz, Gedächtnis, Empfindungen und komplexe motorische Funktionen.
2. Diencephalon (Thalamus, Hypothalamus, Hypophyse) – leitet und verarbeitet sensorische Informationen; steuert Emotionen, autonome Funktionen und Hormonproduktion.
3. Mittelhirn – verarbeitet auditive und visuelle Daten; erzeugt unwillkürliche motorische Reaktionen.
4. Pons — ein Trakt- und Relaiszentrum, das auch bei der somatischen und viszeralen motorischen Kontrolle hilft.
5. Kleinhirn – freiwillige und unfreiwillige motorische Aktivitäten basierend auf Gedächtnis und sensorischem Input.
6. Medulla oblongata – leitet sensorische Informationen an den Rest des Gehirns weiter; reguliert die autonome Funktion, einschließlich Herzfrequenz und Atmung.

Abbildung 1. Innere Anatomie des Gehirns
(Bildquelle: Adaptiert von iStock Photos, ©)

Peripheres Nervensystem

Das PNS besteht aus dem gesamten Nervengewebe außerhalb des ZNS (Abbildung 2). Das PNS enthält zwei Formen von Nerven:

1. Afferente Nerven, die sensorische Informationen an das ZNS weiterleiten.
2. Efferente Nerven, die motorische Befehle vom ZNS an verschiedene Muskeln und Drüsen weiterleiten.

Efferente Nerven sind in zwei Systeme organisiert. Eines ist das somatische Nervensystem, das auch als freiwilliges System bekannt ist und motorische Informationen an die Skelettmuskulatur überträgt. Das zweite efferente System ist das autonome Nervensystem, das motorische Informationen zu glatten Muskeln, Herzmuskel und verschiedenen Drüsen transportiert. Der Hauptunterschied zwischen diesen beiden Systemen besteht in der bewussten Kontrolle.

• Das somatische System steht unter unserer freiwilligen Kontrolle, z. B. indem wir unsere Arme bewegen, indem wir unseren Muskeln bewusst sagen, dass sie sich zusammenziehen sollen.
• Im Gegensatz dazu können wir die glatte Muskulatur des Darms, den Herzmuskel oder die Sekretion von Hormonen nicht bewusst kontrollieren. Diese Funktionen sind automatisch und unwillkürlich, wie sie vom autonomen Nervensystem gesteuert werden.

Abbildung 2. Strukturen des zentralen Nervensystems und des peripheren Nervensystems
(Bildquelle: NLM)

Zellen des Nervensystems

Im Nervensystem gibt es zwei Kategorien von Zellen: Neuronen und Gliazellen. Neuronen sind die funktionellen Nervenzellen, die direkt für die Übertragung von Informationen zum und vom ZNS in andere Bereiche des Körpers verantwortlich sind. Gliazellen (auch als Neuroglia bekannt) unterstützen das Nervengewebe, regulieren die Umgebung der Neuronen und schützen vor fremden Eindringlingen.Neuronen kommunizieren mit allen Bereichen des Körpers und sind sowohl im ZNS als auch im PNS vorhanden. Sie dienen dazu, schnelle Impulse zu und von Gehirn und Rückenmark auf praktisch alle Gewebe und Organe des Körpers zu übertragen. Als solche sind sie eine essentielle Zelle und ihr Schaden oder Tod kann kritische Auswirkungen auf die Körperfunktion und das Überleben haben. Wenn Neuronen sterben, werden sie nicht ersetzt. Mit dem Verlust von Neuronen gehen auch bestimmte neuronale Funktionen wie Gedächtnis, Denkfähigkeit, schnelle Reaktionen, Koordination, Muskelkraft und unsere verschiedenen Sinne wie Sehen, Hören und Schmecken verloren. Wenn der Verlust oder die Beeinträchtigung des Neurons erheblich ist, können schwere und dauerhafte Störungen wie Blindheit, Lähmung und Tod auftreten.

Ein Neuron besteht aus einem Zellkörper und zwei Arten von Erweiterungen, zahlreichen Dendriten und einem einzelnen Axon (Abbildung 3). Dendriten sind darauf spezialisiert, eingehende Informationen zu empfangen und an den Neuronenzellkörper mit Übertragung (elektrische Ladung) über das Axon zu einer oder mehreren Verbindungen mit anderen Neuronen oder Muskelzellen (bekannt als Synapsen) zu senden. Das Axon kann sich über große Entfernungen erstrecken, in einigen Fällen über einen Meter, um Informationen von einem Körperteil zum anderen zu übertragen. Die Myelinscheide ist eine mehrschichtige Beschichtung, die einige Axone umhüllt und das Axon von umgebenden Geweben und Flüssigkeiten isoliert und verhindert, dass die elektrische Ladung aus dem Axon entweicht.

Abbildung 3. Neuronenstruktur
(Bildquelle: Adapted from iStock Photos, ©)

Figure 4. Komplettes Neuronenzelldiagramm
(Bildquelle: Adaptiert von Wikimedia Commons, erhalten unter Public Domain. Autor: LadyofHats.)

Informationen passieren das Neuronennetz zwischen dem ZNS und den sensorischen Rezeptoren und den Effektoren durch eine Kombination von elektrischen Impulsen und chemischen Neurotransmittern. Die Information (elektrische Ladung) bewegt sich von den Dendriten durch den Zellkörper und das Axon hinunter. Der Mechanismus, durch den sich ein elektrischer Impuls das Neuron hinunterbewegt, ist ziemlich komplex. Wenn das Neuron in Ruhe ist, hat es ein negatives internes elektrisches Potential. Dies ändert sich, wenn ein Neurotransmitter an einen Dendritenrezeptor bindet. Proteinkanäle der Dendritenmembran öffnen sich und ermöglichen die Bewegung geladener Chemikalien über die Membran, wodurch eine elektrische Ladung erzeugt wird. Die Ausbreitung eines elektrischen Impulses (bekannt als Aktionspotential) verläuft entlang des Axons durch eine kontinuierliche Reihe von Öffnungen und Schließungen von Natrium-Kalium-Kanälen und Pumpen. Das Aktionspotential bewegt sich wie eine Welle von einem Ende (dendritisches Ende) zum terminalen Ende des Axons.

Die elektrische Ladung kann jedoch nicht die Lücke (Synapse) zwischen dem Axon eines Neurons und dem Dendriten eines anderen Neurons oder eines Axons und einer Verbindung mit einer Muskelzelle (neuromuskulärer Übergang) überqueren. Chemikalien, die als Neurotransmitter bezeichnet werden, bewegen die Informationen über die Synapse.

Neuronen nehmen keinen tatsächlichen Kontakt miteinander auf, sondern haben eine Lücke, die als Synapse bezeichnet wird. Wenn der elektrische Impuls ein Axon nach oben oder unten bewegt, trifft er auf mindestens eine Kreuzung oder Synapse. Ein elektrischer Impuls kann die Synapse nicht passieren. Am terminalen Ende eines Axons befindet sich ein synaptischer Knopf, der die Neurotransmitter enthält.

Neurotransmitter

Vesikel setzen Neurotransmitter bei Stimulus durch einen Impuls frei, der sich durch das präsynaptische Neuron bewegt. Die Neurotransmitter diffundieren über den synaptischen Übergang und binden an Rezeptoren auf der postsynaptischen Membran. Der Neurotransmitter-Rezeptor-Komplex initiiert dann die Erzeugung eines Impulses auf das nächste Neuron oder die Effektorzelle, beispielsweise eine Muskelzelle oder sekretorische Zelle.

Nachdem der Impuls erneut initiiert wurde, muss der Neurotransmitter-Komplex inaktiviert werden oder es werden kontinuierliche Impulse (über den ursprünglichen Impuls hinaus) erzeugt. Enzyme führen diese Inaktivierung durch, die dazu dient, den Komplex genau zum richtigen Zeitpunkt und nach dem genauen Impuls abzubauen. Es gibt verschiedene Arten von Neurotransmittern und entsprechende inaktivierende Enzyme. Einer der wichtigsten Neurotransmitter ist Acetylcholin mit Acetylcholinesterase als spezifischem Inaktivator.

Abbildung 5. Impulsübertragung über die Synapse
(Bildquelle: Adaptiert von iStock Photos, ©)

Es gibt über 100 bekannte Neurotransmitter. Zu den bekanntesten gehören:

• Acetylcholin
• Dopamin
• Serotonin
• Noradrenalin
• GABA (Gamma-Aminobuttersäure)

Arten von Neuronen

Neuronen werden nach ihrer Funktion kategorisiert und bestehen aus drei Arten von:

1. Sensorische Neuronen (afferente Neuronen) transportieren Informationen von sensorischen Rezeptoren (normalerweise Prozessen des Neurons) zum ZNS. Einige sensorische Rezeptoren erkennen äußere Veränderungen wie Temperatur, Druck und Berührungs- und Sehsinn. Andere überwachen interne Veränderungen wie Gleichgewicht, Muskelposition, Geschmack, tiefen Druck und Schmerzen.
2. Motoneuronen (Effektorneuronen) leiten Informationen vom ZNS an andere Organe weiter, die an den Effektoren enden. Motoneuronen bilden die efferenten Neuronen sowohl des somatischen als auch des autonomen Nervensystems.
3. Interneurone (Assoziationsneuronen) befinden sich nur im ZNS und stellen Verbindungen zwischen sensorischen und motorischen Neuronen her. Sie können entweder sensorische oder motorische Impulse tragen. Sie sind an Wirbelsäulenreflexen, der Analyse sensorischer Eingaben und der Koordination motorischer Impulse beteiligt. Sie spielen auch eine wichtige Rolle im Gedächtnis und in der Fähigkeit zu denken und zu lernen.

Gliazellen

Gliazellen sind wichtig, da sie den Neuronen eine Struktur verleihen, indem sie sie vor eindringenden Organismen von außen schützen und ein günstiges Umfeld (Nährstoffe, Sauerstoffversorgung usw.) aufrechterhalten.). Die Neuronen sind hochspezialisiert und verfügen nicht über alle üblichen Zellorganellen, um ihnen die gleiche lebenserhaltende Fähigkeit zu bieten. Sie sind stark abhängig von den Gliazellen für ihr Überleben und ihre Funktion. Zum Beispiel haben Neuronen eine so begrenzte Speicherkapazität für Sauerstoff, dass sie extrem empfindlich auf Sauerstoffabnahmen (Anoxie) reagieren und innerhalb weniger Minuten absterben. Die folgende Liste beschreibt die Arten von Gliazellen:

• Astrozyten sind große Zellen, nur im ZNS, und halten die Blut-Hirn-Schranke aufrecht, die den Eintritt von Flüssigkeit und Substanzen aus dem Kreislaufsystem in das ZNS kontrolliert. Sie verleihen der Gehirnstruktur auch Steifigkeit.
• Schwann-Zellen und Oligodendrozyten wickeln sich um einige Axone und bilden Myelin, das als Isolierung dient. Myelinisierte Neuronen übertragen normalerweise Impulse mit hoher Geschwindigkeit, wie sie in Motoneuronen benötigt werden. Der Verlust der Myelinisierung verursacht eine Funktionsstörung dieser Zellen.
• Mikroglia sind kleine, bewegliche, phagozytische Zellen.
• Ependymzellen produzieren die Liquor cerebrospinalis (CSF), die das zentrale Nervensystem umgibt und abfedert.

Abbildung 6. Neuronen und Neurogliazellen
(Bildquelle: Adaptiert von iStock Photos, ©)

Abbildung 7. Vergleich von somatischen und viszeralen Reflexen
(Bildquelle: Wikimedia Commons, erhalten unter Creative Commons Attribution 3.0 Unported License. Autor: OpenStax Hochschule. Originalbild anzeigen. Quelle: Anatomie & Physiologie, Connexions-Website. http://cnx.org/content/col11496/1.6/, 19. Juni 2013.)

Toxische Schädigung des Nervensystems

Das Nervensystem ist sehr anfällig für Toxine, da Chemikalien, die mit Neuronen interagieren, die kritischen Spannungen verändern können, die sorgfältig aufrechterhalten werden müssen. Das Nervensystem hat jedoch Abwehrmechanismen, die es vor Toxinen schützen können.Der größte Teil des ZNS ist durch eine anatomische Barriere zwischen den Neuronen und Blutgefäßen geschützt, die als Blut-Hirn-Schranke bekannt ist. Es ist vor einigen Toxinexpositionen geschützt, indem es die Verbindungen zwischen Endothelzellen der Blutgefäße im ZNS festzieht und Astrozyten die Blutgefäße umgeben. Dies verhindert die Diffusion von Chemikalien aus den Blutgefäßen in die intrazelluläre Flüssigkeit mit Ausnahme kleiner, lipidlöslicher, unpolarer Moleküle. Es gibt spezifische Transportmechanismen, um essentielle Nährstoffe (wie Glukose und Aminosäuren und Ionen) in das Gehirn zu transportieren. Ein weiterer Abwehrmechanismus im Gehirn gegen Chemikalien, die die Gefäßbarriere passieren, ist das Vorhandensein metabolisierender Enzyme. Bestimmte entgiftende Enzyme wie Monoaminoxidase können viele Chemikalien in weniger toxische Formen biotransformieren, sobald sie in die Interzellularflüssigkeit gelangen.

Die grundlegenden Arten von Veränderungen aufgrund von Toxinen können in drei Kategorien unterteilt werden – 1) sensorisch; 2) motorisch; und 3) interneuronal – abhängig von der Art des erlittenen Schadens.

1. Schäden können an sensorischen Rezeptoren und sensorischen Neuronen auftreten, die die grundlegenden Sinne von Druck, Temperatur, Sehen, Hören, Geschmack, Geruch, Berührung und Schmerz beeinflussen können.
   • Beispielsweise kann eine Schwermetallvergiftung (insbesondere Blei und Quecksilber) zu Taubheit und Sehverlust führen.
   • Verschiedene Chemikalien, einschließlich anorganischer Salze und Organophosphorverbindungen, können zu einem Verlust sensorischer Funktionen führen.
2. Schäden an Motoneuronen können Muskelschwäche und Lähmungen verursachen.
   • Isonicotinsäurehydrazid (zur Behandlung von Tuberkulose) kann solche Schäden verursachen.
3. Interneuronale Schäden können Lerndefizite, Gedächtnisverlust, Koordinationsstörungen und emotionale Zustände verursachen.
   • Geringe Mengen an anorganischem Quecksilber und Kohlenmonoxid können Depressionen und Gedächtnisverlust verursachen.

Mechanismen für toxische Schäden am Nervensystem

Toxische Schäden am Nervensystem treten durch die folgenden grundlegenden Mechanismen auf:

1. Direkte Schädigung und Tod von Neuronen und Gliazellen.
2. Störung der elektrischen Übertragung.
3. Störung der chemischen Neurotransmission.

A. Tod von Neuronen und Gliazellen

Die häufigste Todesursache von Neuronen und Gliazellen ist Anoxie, eine unzureichende Sauerstoffversorgung der Zellen oder ihre Unfähigkeit, Sauerstoff zu verwerten. Anoxie kann aus der verminderten Fähigkeit des Blutes resultieren, den Geweben Sauerstoff zuzuführen (gestörtes Hämoglobin oder verminderte Durchblutung) oder aus den Zellen, die keinen Sauerstoff verwerten können.

• Beispielsweise können Kohlenmonoxid und Natriumnitrit an Hämoglobin binden und verhindern, dass das Blut Sauerstoff zu den Geweben transportieren kann.
• Blausäure und Schwefelwasserstoff können die Blut-Hirn-Schranke durchdringen und werden schnell von Neuronen und Gliazellen aufgenommen.Ein weiteres Beispiel ist Natriumfluoracetat (allgemein bekannt als Verbindung 1080, ein Nagetierpestizid), das ein zelluläres Enzym hemmt.

Diese Chemikalien stören den Zellstoffwechsel und verhindern, dass Nervenzellen Sauerstoff verwerten können. Dies wird als histoxische Anoxie bezeichnet.

Neuronen gehören zu den empfindlichsten Zellen im Körper für eine unzureichende Sauerstoffversorgung. Reduzierter Sauerstoff für nur wenige Minuten reicht aus, um irreparable Veränderungen zu verursachen, die zum Tod von Neuronen führen.

Mehrere andere Neurotoxine schädigen oder töten Neuronen direkt, einschließlich:

• Blei
• Quecksilber
• Einige halogenierte industrielle Lösungsmittel einschließlich Methanol (Holzalkohol)
• Toluol
• Trimethylzinn polybromierte Diphenylether (PBDEs)

Während einige neurotoxische Mittel Neuronen im ganzen Körper beeinflussen, sind andere ziemlich selektiv. Zum Beispiel beeinflusst Methanol spezifisch den Sehnerv, die Netzhaut und verwandte Ganglienzellen, während Trimethylzin Neuronen im Hippocampus, einer Region des Großhirns, abtötet.

Andere Wirkstoffe können die Funktion neuronaler Zellen beeinträchtigen, indem sie ihre Fähigkeit zur Proteinsynthese verringern, die für die normale Funktion des Neurons erforderlich ist.

• Organoquecksilberverbindungen üben auf diese Weise ihre toxische Wirkung aus.

Bei einigen Toxinen ist nur ein Teil des Neurons betroffen. Wenn der Zellkörper getötet wird, stirbt das gesamte Neuron. Einige Toxine können den Tod oder den Verlust nur eines Teils der Dendriten oder des Axons verursachen, während die Zelle selbst überlebt, jedoch mit vermindertem oder vollständigem Funktionsverlust. Gewöhnlich beginnen Axone am distalen Ende des Axons zu sterben, wobei die Nekrose langsam in Richtung des Zellkörpers fortschreitet. Dies wird als „Dying-Back-Neuropathie“ bezeichnet.“

• Einige Organophosphatchemikalien (einschließlich einiger Pestizide) verursachen diese distale Axonopathie. Der Mechanismus für das Absterben ist nicht klar, kann aber mit der Hemmung eines Enzyms (neurotoxische Esterase) innerhalb des Axons zusammenhängen.Andere bekannte Chemikalien, die eine distale Axonopathie verursachen können, sind Ethanol, Schwefelkohlenstoff, Arsen, Ethylenglykol (in Frostschutzmittel) und Acrylamid.

B. Störung der elektrischen Übertragung

Es gibt zwei grundlegende Möglichkeiten, wie eine fremde Chemikalie die Ausbreitung des elektrischen Potentials (Impulses) entlang des Axons zum synaptischen Übergang unterbrechen oder stören kann:

1. Um die Bewegung des Aktionspotentials entlang des intakten Axons zu stören.
2. Strukturelle Schäden am Axon oder seiner Myelinschicht zu verursachen. Ohne intaktes Axon ist die Übertragung des elektrischen Potentials nicht möglich.

Mittel, die die Natrium- und Kaliumkanäle und die Natrium-Kalium-Pumpe blockieren oder stören können, verursachen eine Unterbrechung der Ausbreitung des elektrischen Potentials. Dies schwächt, verlangsamt oder unterbricht die Bewegung des elektrischen Potentials vollständig. Viele starke Neurotoxine üben ihre Toxizität durch diesen Mechanismus aus.

• Tetrodotoxin (ein Toxin in Fröschen, Kugelfischen und anderen wirbellosen Tieren) und Saxitoxin (eine Ursache für Muschelvergiftungen) blockieren Natriumkanäle. Batrachotoxin (ein Toxin in südamerikanischen Fröschen, das als Pfeilgift verwendet wird) und einige Pestizide (DDT und Pyrethroide) erhöhen die Permeabilität der Neuronenmembran und verhindern das Schließen von Natriumkanälen, was zu einem wiederholten Abfeuern der elektrischen Ladung und einem übertriebenen Impuls führt.

Eine Reihe von Chemikalien kann Demyelinisierung verursachen. Viele Axone (insbesondere im PNS) sind mit einer schützenden Myelinscheide umwickelt, die als Isolierung dient und den elektrischen Impuls innerhalb des Axons einschränkt. Mittel, die diese Beläge selektiv beschädigen, stören oder unterbrechen die Leitung von neuronalen Hochgeschwindigkeitsimpulsen. Durch den Verlust eines Teils des Myelins kann der elektrische Impuls in das das Neuron umgebende Gewebe austreten, so dass der Impuls die Synapse nicht mit der beabsichtigten Intensität erreicht.

• Bei einigen Krankheiten wie Multipler Sklerose (MS) und Amyotropher Lateralsklerose (ALS) geht das Myelin verloren, was zu Lähmungen und zum Verlust der sensorischen und motorischen Funktion führt.

Eine Reihe von Chemikalien kann Demyelinisierung verursachen:

• Diphtherietoxin verursacht den Verlust von Myelin, indem es die Proteinproduktion durch die Schwann-Zellen stört, die Myelin im PNS produzieren und aufrechterhalten.
• Triethylzin (verwendet als Biozid, Konservierungsmittel und Polymerstabilisator) unterbricht die Myelinscheide um periphere Nerven.
• Blei verursacht den Verlust von Myelin hauptsächlich um periphere motorische Axone.

C. Störung der chemischen Neurotransmission

Synaptische Dysfunktion ist ein häufiger Mechanismus für die Toxizität einer Vielzahl von Chemikalien. Es gibt zwei Arten von Synapsen: die zwischen zwei Neuronen (Axon eines Neurons und Dendriten eines anderen) und die zwischen einem Neuron und einer Muskelzelle oder Drüse. Der grundlegende Mechanismus für die chemische Übertragung ist derselbe. Der Hauptunterschied besteht darin, dass die neurotransmittierende Chemikalie zwischen einem Neuron und einer Muskelzelle Acetylcholin ist, während zwischen Neuronen mehrere andere Arten von neurotransmittierenden Chemikalien beteiligt sind, je nachdem, wo sich die Synapse im Nervensystem befindet.

Es gibt vier grundlegende Schritte bei der Neurotransmission an der Synapse:

1. Synthese und Speicherung des Neurotransmitters (synaptischer Knopf des Axons).
2. Freisetzung des Neurotransmitters (synaptischer Knopf mit Bewegung über den synaptischen Spalt).
3. Rezeptoraktivierung (Effektormembran).
4. Inaktivierung des Senders (Enzym bricht Neurotransmitter stoppen Induktion von Aktionspotential).

Die Ankunft des Aktionspotentials am synaptischen Knopf löst eine Reihe von Ereignissen aus, die in der Freisetzung des chemischen Neurotransmitters aus seinen Speicherdepots in Vesikeln gipfeln. Nachdem der Neurotransmitter über den synaptischen Spalt diffundiert ist, komplexiert er mit einem Rezeptor (membrangebundenes Makromolekül) auf der postsynaptischen Seite. Diese Bindung bewirkt, dass sich ein Ionenkanal öffnet und das Membranpotential des postsynaptischen Neurons oder Muskels oder der Drüse verändert. Dies startet den Prozess der Impulsbildung oder des Aktionspotentials im nächsten Neuron oder in der nächsten Rezeptorzelle. Wenn dieser Rezeptor-Transmitter-Komplex jedoch nicht inaktiviert wird, bleibt der Kanal bei fortgesetztem Pulsieren offen. Somit muss die Senderaktion beendet werden. Spezifische Enzyme, die die Bindung aufbrechen und die Rezeptormembran in ihren Ruhezustand zurückversetzen können, tun dies.

Medikamente und Umweltchemikalien können an bestimmten Stellen in diesem Prozess interagieren, um die Neurotransmission zu verändern. Je nachdem, wo und wie die Xenobiotika wirken, kann das Ergebnis entweder eine Zunahme oder eine Abnahme der Neurotransmission sein. Viele Medikamente (wie Beruhigungsmittel, Beruhigungsmittel, Stimulanzien, Betablocker) werden verwendet, um Ungleichgewichte bei Neurotransmissionen zu korrigieren (wie sie bei Depressionen, Angstzuständen und Herzmuskelschwäche auftreten). Die Wirkungsweise einiger Analgetika besteht darin, Rezeptoren zu blockieren, die die Übertragung von Schmerzempfindungen auf das Gehirn verhindern.Die Exposition gegenüber Umweltchemikalien, die die Neurotransmission stören können, ist ein sehr wichtiger Bereich der Toxikologie. Im Allgemeinen wirken Neurotoxine, die die Neurotransmission beeinflussen, wie folgt:

1. Erhöhen oder verringern Sie die Freisetzung eines Neurotransmitters an der präsynaptischen Membran.
2. Blockieren Rezeptoren an der postsynaptischen Membran.
3. Modifizieren Sie die Inaktivierung des Neurotransmitters.

Dies ist eine Liste von nur wenigen Beispielen von Neurotoxinen, um die Bandbreite der Mechanismen zu zeigen:

• α-Bungarotoxin (ein starkes Gift von verflossenen Schlangen) verhindert die Freisetzung von Neurotransmittern.
• Skorpiongift potenziert die Freisetzung eines Neurotransmitters (Acetylcholin).
• Spinnengift der Schwarzen Witwe verursacht eine explosive Freisetzung von Neurotransmittern.
• Botulinumtoxin blockiert die Freisetzung von Acetylcholin an neuromuskulären Übergängen.
• Atropin blockiert Acetylcholinrezeptoren.Strychnin hemmt den Neurotransmitter Glycin an postsynaptischen Stellen, was zu einer erhöhten neuronalen Erregbarkeit im ZNS führt.
• Nikotin bindet an bestimmte cholinerge Rezeptoren.

Eine besonders wichtige Art der Neurotoxizität ist die Hemmung der Acetylcholinesterase. Die spezifische Funktion von Acetylcholinesterase besteht darin, die Wirkung von Acetylcholin zu stoppen, sobald es an einen Rezeptor gebunden ist und das Aktionspotential im zweiten Nerv oder am neuromuskulären oder drüsenförmigen Übergang initiiert hat. Wenn der Acetylcholin-Rezeptor-Komplex nicht inaktiviert wird, führt eine kontinuierliche Stimulation zu Lähmung und Tod.Viele häufig verwendete Chemikalien, insbesondere Organophosphat- und Carbamat-Pestizide, vergiften Säugetiere durch diesen Mechanismus.

Die wichtigsten militärischen Nervengase sind auch Cholinesterase-Inhibitoren.

Acetylcholin ist ein häufiger Neurotransmitter. Es ist verantwortlich für die Übertragung an allen neuromuskulären und Drüsenübergängen sowie an vielen Synapsen innerhalb des ZNS.

Ereignisse, die an einer typischen cholinergen Synapse beteiligt sind

Die Komplexität der Abfolge von Ereignissen, die an einer typischen cholinergen Synapse stattfinden, ist unten angegeben:

Tabelle 1. Ereignisse, die bei einer typischen cholinergen Synapse stattfinden

Das Nervensystem ist das komplexeste System des Körpers. Es gibt immer noch viele Lücken im Verständnis, wie viele Neurotoxine wirken, aber die Forschung entdeckt ihre möglichen Auswirkungen auf die Strukturen und Funktionen des Körpers. Es ist wichtig zu verstehen, dass die stärksten Toxine (auf Gewichtsbasis) Neurotoxine mit extrem geringen Mengen sind, die ausreichen, um den Tod zu verursachen.