神経系は非常に複雑であり、毒素はこの複雑なシステムの多くの異なったポイントで機能できます。 このセクションの焦点は、神経系がどのように機能し、神経毒がそれにどのように影響するかの基本的な概要を提供することです。 これらのトピックの複雑さのために、このセクションでは、神経系の解剖学と生理学、または私たちの環境における多くの神経毒、およびそれらが神経系を損傷したり、その機能を妨害する可能性のある微妙な方法に関連する広範な詳細は含まれていません。

神経系は身体のすべての領域を神経支配するので、いくつかの毒性作用は非常に特異的であり、他のものは神経系内の毒素がその効果を発揮す 神経毒がどのように損傷を引き起こすかを議論する前に、神経系の基本的な解剖学的構造と生理学を見ていきます。

神経系の解剖学と生理学

神経系には三つの基本的な機能があります。

1. 特殊な細胞は環境からの感覚情報を検出し、その情報を神経系の他の部分に中継します。
2. これは、通常、感覚入力に応答して身体の運動機能を指示します。
3. 思考プロセス、学習、および記憶を統合します。

これらの機能はすべて、毒性物質の作用に対して潜在的に脆弱です。

神経系は2つの基本的な解剖学的部門で構成されています：

1. 中枢神経系（CNS）
2. 末梢神経系（PNS）

中枢神経系

CNSには脳と脊髄 CNSは、コントロールセンターとして機能し、感覚受容体から受信した情報を処理し、分析し、身体機能を制御するための運動指令を応答して発行します。 体の最も複雑な器官である脳は、構造的に6つの主要な領域（図1）で構成されています：

1. 大脳—思考プロセス、知性、記憶、感覚、複雑な運動機能を制御します。
2. 間脳（視床、視床下部、下垂体）—感覚情報を中継して処理し、感情、自律機能、ホルモン産生を制御します。
3. 中脳—聴覚および視覚データを処理し、不随意運動応答を生成する。
4. Pons—体細胞および内臓運動制御を支援する管およびリレーセンター。
5. 小脳—記憶と感覚入力に基づく自発的および不随意運動活動。
6. 延髄—感覚情報を脳の残りの部分に中継し、心拍数や呼吸を含む自律神経機能を調節します。

図1. 脳の内部解剖学
（画像ソース：iStockの写真から適応、©）

末梢神経系

PNSは、CNS外のすべての神経組織で構成されています（図2）。 PNSには2つの神経が含まれています：

1. 求心性神経は、感覚情報をCNSに中継します。
2. 遠心性神経は、中枢神経系から様々な筋肉や腺に運動指令を中継します。

遠心性神経は二つのシステムに編成されています。 一つは、随意系としても知られており、骨格筋に運動情報を運ぶ体性神経系です。 第二の遠心システムは、平滑筋、心筋、および様々な腺に運動情報を運ぶ自律神経系である。 これら二つのシステムの主な違いは、意識的な制御に関係しています。体細胞系は、意識的に筋肉を収縮させるように指示することによって腕を動かすなど、私たちの自発的な制御下にあります。

• 体細胞系は、私たちの対照的に、我々は意識的に腸の平滑筋、心筋、またはホルモンの分泌を制御することはできません。 これらの機能は、自律神経系によって制御されるように、自動および不随意である。

図2. 中枢神経系と末梢神経系の構造
（画像ソース：NLM）

神経系の細胞

神経系にはニューロンとグリア細胞の二つのカテゴリがあります。 ニューロンは、中枢神経系との間で身体の他の領域への情報の伝達に直接関与する機能性神経細胞である。 グリア細胞（ニューログリアとしても知られている）は、神経組織をサポートし、ニューロンの周りの環境を調節し、外来の侵略者から保護します。

ニューロンは身体のすべての領域と通信し、CNSとPNSの両方に存在します。

ニューロンは体のすべての領域と通信します。 それらは、脳および脊髄との間で、身体の実質的にすべての組織および器官に急速なインパルスを伝達するのに役立つ。 そのため、それらは必須細胞であり、それらの損傷または死は身体機能および生存に重大な影響を及ぼす可能性がある。 ニューロンが死ぬと、それらは置き換えられません。 ニューロンが失われるにつれて、記憶、思考能力、迅速な反応、協調、筋力、視覚、聴覚、味覚などのさまざまな感覚などの特定の神経機能も失われます。 ニューロンの喪失または障害が実質的である場合、失明、麻痺、および死のような重度の永続的な障害が起こり得る。

ニューロンは、細胞体と二つのタイプの拡張、多数の樹状突起、および単一の軸索から構成されています（図3）。 樹状突起は、着信情報を受信し、（シナプスとして知られている）他のニューロンや筋肉細胞との一つ以上の接合部に軸索ダウン上の伝送（電荷）とニューロン 軸索は、身体のある部分から別の部分に情報を送信するために、いくつかのケースでは、メートル以上の長い距離を拡張することができます。 ミエリン鞘は、いくつかの軸索を包み込み、軸索を周囲の組織および流体から絶縁するのに役立ち、電荷が軸索から逃げるのを防ぐ多層コーティングで

図3. ニューロン構造
(画像ソース: Adapted from iStock Photos, ©)

Figure 4. 完全なニューロン細胞図
（画像ソース：ウィキメディア*コモンズから適応、パブリックドメインの下で得られた。 著者：LadyofHats。)

情報は、電気パルスと化学的神経伝達物質の組み合わせによって、CNSと感覚受容体とエフェクターとの間のニューロンのネットワークに沿って通過する。 情報（電荷）は、樹状突起から細胞体を通って軸索を下に移動する。 電気インパルスがニューロンを下に移動するメカニズムは非常に複雑です。 ニューロンが静止しているとき、それは負の内部電位を有する。 これは、神経伝達物質が樹状突起受容体に結合するときに変化する。 樹状突起の膜の開いた蛋白質チャネルは電荷を作成する膜を渡る満たされた化学薬品の動きを許可する。 電気インパルス（活動電位として知られている）の伝播は、ナトリウム-カリウムチャネルとポンプの連続的な一連の開口部と閉鎖によって軸索を下 活動電位は、一方の端（樹枝状の端）から軸索の末端まで波のように移動する。

しかし、電荷は、あるニューロンの軸索と別のニューロンまたは軸索の樹状突起と筋肉細胞との接続（神経筋接合部）との間のギャップ（シナプス）を横断す 神経伝達物質と呼ばれる化学物質は、シナプスを横切って情報を移動します。

ニューロンは互いに実際に接触するのではなく、シナプスとして知られるギャップを持っています。 電気パルスが軸索を上下に進行すると、少なくとも一つの接合部またはシナプスに遭遇する。 電気パルスはシナプスを通過することはできません。 軸索の末端にはシナプスノブがあり、神経伝達物質が含まれています。

神経伝達物質

小胞は、シナプス前ニューロンを下に移動するインパルスによって刺激時に神経伝達物質を放出する。 神経伝達物質はシナプスの接合点を渡って拡散し、postsynaptic膜の受容器に結合します。 次いで、神経伝達物質-受容体複合体は、次のニューロンまたはエフェクター細胞、例えば、筋肉細胞または分泌細胞へのインパルスの生成を開始する。

インパルスが再び開始された後、神経伝達物質複合体を不活性化するか、（元のインパルスを超えて）連続インパルスが生成されなければならない。 酵素はこの不活性化を行い、正確なタイミングで正確なインパルスが生成された後に複合体を分解するのに役立つ。 神経伝達物質および対応する不活性化酵素にはいくつかのタイプがある。 主要な神経伝達物質の一つは、特定の不活性化剤としてアセチルコリンエステラーゼを有するアセチルコリンである。

図5. シナプス全体のインパルス伝達
（画像ソース：iStockの写真から適応、©）

100以上の既知の神経伝達物質があります。 最もよく知られているのは次のとおりです。

• アセチルコリン
• ドーパミン
• セロトニン
• ノルエピネフリン
• GABA（γ-アミノ酪酸）

ニューロンのタイプ

ニューロンは、その機能によって分類され、三つのタイプで構成されている。:

1. 感覚ニューロン（求心性ニューロン）は、感覚受容体（通常はニューロンのプロセス）からCNSに情報を運びます。 いくつかの感覚受容体は、温度、圧力、および触覚および視覚の感覚などの外部変化を検出する。 他の人は、バランス、筋肉の位置、味、深い圧力、痛みなどの内部の変化を監視します。
2. 運動ニューロン（エフェクターニューロン）は、CNSからエフェクターで終端する他の臓器に情報を中継します。 運動ニューロンは、体細胞および自律神経系の両方の遠心性ニューロンを構成する。
3. 介在ニューロン（関連ニューロン）は、中枢神経系にのみ位置し、感覚ニューロンと運動ニューロンの間の接続を提供します。 彼らは感覚的または運動的衝動を運ぶことができます。 それらは、脊髄反射、感覚入力の分析、および運動インパルスの調整に関与している。 彼らはまた、記憶と思考と学習の能力に大きな役割を果たします。

グリア細胞

グリア細胞は、外部の侵入生物から保護し、良好な環境（栄養素、酸素供給など）を維持することによってニューロンの構造を提). ニューロンは高度に特殊化されており、同じ生命維持能力をそれらに提供するためにすべての通常の細胞小器官を持っていません。 それらは生存と機能のためにグリア細胞に大きく依存しています。 例えば、ニューロンは酸素の貯蔵容量が限られているため、酸素の減少（無酸素症）に非常に敏感であり、数分以内に死亡する。 以下のリストでは、グリア細胞の種類について説明します:

• アストロサイトは大きな細胞であり、CNS内にのみ存在し、循環系からCNSへの流体および物質の侵入を制御する血液脳関門を維持する。 彼らはまた、脳の構造に剛性を提供します。
• シュワン細胞とオリゴデンドロサイトは、絶縁のように機能するミエリンを形成するために、いくつかの軸索の周りに自分自身をラップします。 有髄ニューロンは、通常、運動ニューロンで必要とされるような高速でインパルスを伝達する。 髄鞘形成の喪失は、これらの細胞の機能不全を引き起こす。
• ミクログリアは、小さく、可動性の、貪食細胞である。
• 上衣細胞は、中枢神経系を取り囲んでクッションする脳脊髄液（CSF）を産生する。

図6. ニューロンと神経膠細胞
(画像ソース: IStockの写真から適応,©)

図7. 体細胞と内臓の比較は反映しています
（画像ソース：ウィキメディア-コモンズ、クリエイティブ-コモンズ表示3.0Unported Licenseの下で取得しました。 著者：オープンスタックスカレッジ。 元の画像を表示します。 ソース：解剖学&生理学、Connexions Webサイト。 http://cnx.org/content/col11496/1.6/,Jun19,2013.)

神経系への有毒な損傷

神経系は、神経細胞と相互作用する化学物質が臨界電圧を変化させる可能性があるため、毒素に対して非常に脆弱であり、慎重に維持されなければならない。 しかし、神経系は毒素からそれを保護することができる防御機構を有する。CNSのほとんどは、血液脳関門として知られているニューロンと血管の間の解剖学的障壁によって保護されています。

それは、中枢神経系の血管の内皮細胞間の接合部を締め付け、血管を取り囲む星状細胞を有することによって、いくつかの毒素曝露から保護される。 これは血管からそして小さい、脂質溶ける、非極性の分子を除いて細胞内の液体への化学薬品の拡散を防ぎます。 特定の輸送のメカニズムは頭脳に必要な栄養素を（ブドウ糖のようなおよびアミノ酸およびイオン）運ぶためにあります。 血管障壁を通過する化学物質に対抗するための脳内のもう一つの防御機構は、代謝酵素の存在である。 モノアミンオキシダーゼのような特定の解毒酵素は、細胞間液に入るとすぐに多くの化学物質を毒性の低い形態に生体変換することができる。

毒素による変化の基本的なタイプは、3つのカテゴリに分けることができます–1）感覚;2）モーター;および3）介在性–持続する損傷のタイプに応じて。損傷は、圧力、温度、視力、聴覚、味覚、嗅覚、触覚、および痛みの基本的な感覚に影響を与える可能性がある感覚受容体および感覚ニューロンに起こり得る。

1. 損傷は、感覚受容体および感覚ニューロンに発生する可能性がある。
   • 例えば、重金属中毒（特に鉛および水銀）は、難聴および視力喪失を引き起こす可能性がある。
   • 無機塩および有機リン化合物を含むいくつかの化学物質は、感覚機能の損失を引き起こす可能性があります。
2. 運動ニューロンへの損傷は、筋力低下や麻痺を引き起こす可能性があります。
   • イソニコチンヒドラジド（結核の治療に使用される）は、このような損傷を引き起こす可能性があります。
3. 介在性損傷は、学習不足、記憶の喪失、協調性、および感情的条件を引き起こす可能性があります。
   • 低レベルの無機水銀と一酸化炭素は、うつ病や記憶喪失を引き起こす可能性があります。

神経系への毒性損傷のメカニズム

神経系への毒性損傷は、以下の基本的なメカニズムによって発生します。

1. ニューロンおよびグリア細胞の直接損傷および死。
2. 電気伝送との干渉。
3. 化学的神経伝達との干渉。

A. ニューロンおよびグリア細胞の死

ニューロンおよびグリア細胞の死の最も一般的な原因は、無酸素、細胞への不十分な酸素供給または酸素を利用 無酸素症は、組織に酸素を供給する血液の能力の低下（ヘモグロビンの障害または循環の低下）、または酸素を利用できない細胞から生じる可能性があ例えば、一酸化炭素と亜硝酸ナトリウムはヘモグロビンに結合し、血液が組織に酸素を輸送することを妨げる可能性があります。

• 例えば、一酸化炭素と亜硝酸ナトリウムはヘモグロビンに結合し、血液が組織に酸素を輸送することを妨げる可能性があります。
• シアン化水素と硫化水素は、血液脳関門に浸透することができ、ニューロンやグリア細胞によって急速に取り込まれます。
• もう一つの例は、細胞酵素を阻害するフルオロ酢酸ナトリウム（一般に化合物1080、げっ歯類農薬として知られている）である。

これらの化学物質は細胞の代謝を妨害し、神経細胞が酸素を利用できるのを防ぎます。

これらの化学物質は細胞の代謝 これは組織毒性無酸素症と呼ばれています。

ニューロンは、不十分な酸素化に対して体内で最も敏感な細胞の一つです。 わずか数分間の酸素の低下は、ニューロンの死につながる回復不能な変化を引き起こすのに十分である。

他のいくつかの神経毒は、直接ニューロンを損傷または殺す：

• 鉛
• 水銀
• メタノール（木材アルコール）を含むいくつかのハロゲン化工業用溶媒
• トルエン
• トリメチチンポリ臭化ジフェニルエーテル（PBDEs）

いくつかの神経毒性剤は体全体のニューロンに影響を与えるが、他のものは非常に選択的である。

• 例えば、メタノールは視神経、網膜、および関連する神経節細胞に特異的に作用し、トリメチルチンは大脳の領域である海馬のニューロンを殺す。

他の薬剤は、ニューロンの正常な機能に必要なタンパク質を合成する能力を低下させることによって、神経細胞機能を低下させることができる。

• 有機水銀化合物は、このようにして毒性作用を発揮する。

いくつかの毒素では、ニューロンの一部のみが影響を受けます。 細胞体が殺されると、ニューロン全体が死ぬでしょう。 いくつかの毒素は、細胞自体が生存している間に、樹状突起または軸索の一部のみの死または喪失を引き起こす可能性があるが、機能の減少または全 一般的に軸索は軸索の非常に遠位端で死に始め、壊死は細胞体に向かってゆっくりと進行する。 これは「死に戻る神経障害」と呼ばれています。”

• いくつかの有機リン酸化学物質（いくつかの農薬を含む）は、この遠位軸索障害を引き起こす。 死に戻るメカニズムは明らかではないが、軸索内の酵素（神経毒性エステラーゼ）の阻害に関連している可能性がある。
• 他のよく知られている化学物質は、遠位軸索障害を引き起こす可能性がありますエタノール、二硫化炭素、ヒ素、エチレングリコール（不凍液中）、およびアクリルアミド

B.電気伝達との干渉

外国の化学物質がシナプス接合部に軸索ダウン電位（インパルス）の伝播を中断または妨害することができる二つの基本的な方法があります。

1. 無傷の軸索ダウン活動電位の動きを妨害する。
2. 軸索またはそのミエリンコーティングに構造的損傷を引き起こす。 無傷の軸索がなければ、電位の伝達は不可能である。

ナトリウムおよびカリウムチャネルおよびナトリウム-カリウムポンプを遮断または妨害する可能性のある薬剤は、電位の伝播を中断させる。 これは、電位の動きを弱めるか、遅くするか、または完全に中断します。 多くの強力な神経毒は、このメカニズムによって毒性を発揮します。

• テトロドトキシン（カエル、フグ、および他の無脊椎動物の毒素）とサキトキシン（貝中毒の原因）はナトリウムチャネルをブロックします。 Batrachotoxin（矢印毒として使用される南アメリカのカエルの毒素）およびある殺虫剤（DDTおよびピレスロイド）は電荷および誇張された衝動の反復的な発射につ

多くの化学物質が脱髄を引き起こす可能性があります。 多くの軸索は（特にPNSで）絶縁材として機能し、軸索内の電気衝動を制限する保護ミエリンの外装と包まれます。 これらの被覆を選択的に損傷する薬剤は、高速神経インパルスの伝導を中断または中断する。 ミエリンの一部の損失は、パルスが意図された強度でシナプスに到達しないように、電気インパルスがニューロンを取り囲む組織に漏れることを可能にすることができる。多発性硬化症（MS）および筋萎縮性側索硬化症（ALS）などのいくつかの疾患では、ミエリンが失われ、麻痺および感覚および運動機能の喪失を引き起こす。

化学物質の数は、脱髄を引き起こす可能性があります:

• ジフテリア毒素は、PNSでミエリンを産生および維持するSchwann細胞によるタンパク質の産生を妨害することによってミエリンの損失を引き起こす。
• トリエチルスチン（殺生物剤、防腐剤、およびポリマー安定剤として使用される）は、末梢神経の周りのミエリン鞘を中断する。
• 鉛は、主に末梢運動軸索の周りのミエリンの損失を引き起こす。

C.化学的神経伝達の干渉

シナプス機能不全は、多種多様な化学物質の毒性の一般的なメカニズムです。 シナプスには二つのタイプがあります: 二つのニューロン間のもの（一つのニューロンの軸索と別の樹状突起）とニューロンと筋肉細胞または腺の間のもの。 化学伝達の基本的なメカニズムは同じです。 主な違いは、ニューロンと筋肉細胞の間の神経伝達化学物質がアセチルコリンであるのに対し、神経系のシナプスがどこにあるかに応じて、ニューロン間に関与する神経伝達化学物質のいくつかの他のタイプがあることである。

シナプスでの神経伝達に関与する四つの基本的なステップがあります:

1. 神経伝達物質（軸索のシナプスノブ）の合成と貯蔵。
2. 神経伝達物質の放出（シナプス裂孔を横切る動きを伴うシナプスノブ）。
3. 受容体活性化（エフェクター膜）。
4. 送信機の不活性化（酵素は活動電位の誘導を停止する神経伝達物質を分解する）。

シナプスノブでの活動電位の到着は、小胞内の貯蔵所からの化学的神経伝達物質の放出に至る一連のイベントを開始する。 神経伝達物質がシナプスの裂け目を渡って拡散した後、ポストシナプスの側面の受容器（膜結合した高分子）と複合します。 この結合によりイオンチャネルが開き、シナプス後ニューロンまたは筋肉または腺の膜電位を変化させる。 これは、次のニューロンまたは受容体細胞におけるインパルス形成または活動電位のプロセスを開始する。 しかし、この受容体-トランスミッタ複合体が不活性化されない限り、チャネルは継続的な脈打つことで開いたままである。 したがって、送信機の動作を終了する必要があります。 結合を破壊し、受容体膜をその休止状態に戻すことができる特定の酵素がこれを行う。

薬物と環境化学物質は、このプロセスの特定の時点で相互作用して神経伝達を変化させることができます。

薬物と環境化学物質は、神経伝達 生体異物がどこでどのように作用するかに応じて、結果は神経伝達の増加または減少のいずれかであり得る。 多くの薬物（精神安定剤、鎮静剤、覚せい剤、β遮断薬など）は、神経伝達に対する不均衡（うつ病、不安、心臓の筋力低下など）を矯正するために使用されます。 いくつかの鎮痛薬の作用様式は、痛みの感覚の脳への伝達を妨げる受容体を遮断することである。

神経伝達を混乱させる可能性のある環境化学物質への暴露は、毒性学の非常に重要な領域です。 一般的に、神経伝達に影響を与える神経毒は、シナプス前膜における神経伝達物質の放出を増加または減少させる。

1. シナプス前膜における神経伝達物質の放出を増加または減少させる。
2. シナプス後膜で受容体をブロックする。
3. 神経伝達物質の不活性化を変更します。

これは、メカニズムの範囲を示す神経毒のほんのいくつかの例のリストです。

• α-ブンガロトキシン（elapidヘビの強力な毒）は、神経伝達物質の放出を
• サソリ毒は、神経伝達物質（アセチルコリン）の放出を増強する。
• ブラックウィドウスパイダー毒は、神経伝達物質の爆発的なリリースを引き起こします。
• ボツリヌス毒素は、神経筋接合部でのアセチルコリンの放出をブロックする。
• アトロピンはアセチルコリン受容体をブロックする。
• ストリキニンは、シナプス後の部位で神経伝達物質グリシンを阻害し、CNSにおける神経興奮性のレベルを増加させる。
• ニコチンは特定のコリン作動性受容体に結合する。

特に重要なタイプの神経毒性は、アセチルコリンエステラーゼの阻害である。 アセチルコリンエステラーゼの特定の機能は受容器に区切られ、第2神経のまたは神経筋肉か腺状の接続点の活動電位を始めたらアセチルコリンの アセチルコリン受容体複合体が不活性化されない場合、継続的な刺激は麻痺および死につながる結果となる。

• 多くの一般的に使用される化学物質、特に有機リン酸塩およびカルバメート農薬は、このメカニズムによって哺乳動物を毒殺する。
• 主要な軍事神経ガスは、コリンエステラーゼ阻害剤でもあります。

アセチルコリンは一般的な神経伝達物質です。 それはCNS内の多くのシナプスと同様、すべてのneuromuscularおよび腺状の接続点で伝達に責任があります。p>

表1. 典型的なコリン作動性シナプスで起こるイベント

神経系は体の最も複雑な系です。 どのように多くの神経毒が作用するかを理解するにはまだ多くのギャップがありますが、研究は身体の構造や機能に及ぼす可能性のある影響を発 最も強力な毒素（体重ベース）は、死を引き起こすのに十分な非常に微量の神経毒であることを理解することが重要です。