Termin 3 · Homeostas · PBL Fall 2

ANS & farmakologi

Autonoma nervsystemets uppbyggnad, receptorer och de farmakologiska grundbegreppen

01 · Fallet

Patientfallet

En person svettas kraftigt om händerna och får hjärtklappning inför dans. Båda besvären triggas i situationer som känns stressande. Patienten behandlas med betablockerare mot hjärtklappningen och med botoxinjektioner i handflatorna mot svettningen.

Central fråga: hur kan två så olika läkemedel, en receptorblockerare och ett bakterietoxin, dämpa symtom som båda utgår från det autonoma nervsystemet?

02 · Prioritera

Tentafokus

Det här måste du kunna på det här fallet:

  • ANS uppbyggnad: pre- och postganglionära neuron, var de ligger, vilka transmittorer och receptorer de använder
  • Skillnaden mellan sympatikus och parasympatikus, utgångspunkt, ganglielägen och effekt på samma organ
  • De adrenerga receptorerna (α1, α2, β1, β2) med lokalisation, effekt och selektivitet för adrenalin/noradrenalin
  • De kolinerga receptorerna (nikotin- och muskarinreceptorer) och var de sitter
  • Farmakologins grundbegrepp: ADME, biotillgänglighet, affinitet, potens, efficacy och agonist/antagonist
  • Hur botulinumtoxin och β1-blockerare förklarar behandlingen i fallet

03 · Översikt

Autonoma nervsystemet

ANS styr de funktioner vi inte viljemässigt kontrollerar och delas in i tre delar.

Sympatikus
Fight or flight, aktiveras under stress och ansträngning.
Parasympatikus
Rest and digest, dominerar i vila och under matsmältning.
Enteriska systemet
Bukhjärnan. Ingår inte i den här veckan men bildar egna nätverk (plexa) som styr tarmen och tar emot input från både sympatikus och parasympatikus.

Den efferenta (utgående) signaleringen riktar sig framför allt mot tre måltyper:

  • Glatt muskulatur, runt blodkärl, i mag-tarmkanalen med mera
  • Körtlar, t.ex. salivkörtlar
  • Myokardium, hjärtmuskeln

Den afferenta (inkommande) sidan kommer från reflexer och receptorer, exempelvis baroreceptorer, som ger systemet underlag för att reglera kroppen.

Översikt över autonoma nervsystemet
ANS innervering av organen i detalj

04 · Jämförelse

Sympatiskt vs parasympatiskt

Båda systemen kopplar ett preganglionärt neuron till ett postganglionärt via en synaps i ett ganglion. Var cellkropparna ligger, vad neuronen frisätter och vilka receptorer de aktiverar skiljer dem åt.

SympatikusParasympatikus
Preganglionär cellkroppIntermediolaterala cellkolumnen, T1–L3Hjärnstam (kranialnerver) och S2–S4
GanglielägePre- och paravertebrala ganglier (nära ryggraden)Terminala ganglier nära målorganet
Preganglionär transmittorAcetylkolinAcetylkolin
Postganglionär transmittorNoradrenalinAcetylkolin
Postganglionär receptorAdrenerg (α1–2, β1–3)Muskarin (M1–5)
Receptor i ganglionNikotin (Nn)Nikotin (Nn)
Pre- och postganglionära neuron med transmittorer och receptorer · Daniel Walsh and Alan Sved, CC BY-SA 4.0 · Wikimedia Commons

05 · Sympatikus

Sympatiska systemet

Den del av ANS som driver fight or flight-svaret. Längs ryggraden löper den sympatiska gränssträngen, truncus sympaticus.

  • Preganglionära cellkroppar ligger i ryggmärgens lateralhorn, segment T1–L3
  • Deras axon är tunna och myeliniserade ut mot ganglierna
  • Synapsen mellan pre- och postganglionärt neuron sker oftast i den sympatiska gränssträngen
  • De postganglionära axonen är omyeliniserade
  • Ett preganglionärt neuron kan synapsa med över 200 postganglionära neuron, vilket ger den breda, kroppsomfattande sympatiska reaktionen

Ett preganglionärt neuron kan nå sina postganglionära mål på tre sätt:

  1. 1Synapsa direkt i det ganglion det går in i.
  2. 2Vandra upp eller ner i truncus sympaticus och synapsa i ett annat ganglion.
  3. 3Passera de paravertebrala ganglierna och fortsätta till prevertebrala plexus via n. splanchnicus.

06 · Parasympatikus

Parasympatiska systemet

Parasympatikus utgår i stället från kranialnerverna och de sakrala segmenten S2–S4. Fyra kranialnerver bär den parasympatiska fibrerna:

n. oculomotorius (III)
Glatt muskulatur i ögat (pupillkonstriktion).
n. facialis (VII)
Tår- och salivkörtlar.
n. glossopharyngeus (IX)
Salivkörtlar.
n. vagus (X)
Hjärta, lungor, magsäck, lever, tarm med mera.
S2–S4
Via ventralroten: urinblåsa, distala kolon, rektum och reproduktionsorgan.

07 · Samspel

Hur systemen samspelar

Sympatikus och parasympatikus verkar ofta på samma organ, men relationen ser olika ut beroende på funktion.

Motverkan (antagonism)
Systemen ger motsatt effekt på målet. Sympatikus dilaterar pupillen, parasympatikus drar samman den.
Samverkan (synergism)
Systemen verkar i samma riktning, samtidigt. Sympatikus ger ett vattnigt saliv, parasympatikus ett amylasrikt, tillsammans en fullgod salivproduktion.
Kooperativitet
Det ena måste verka före det andra. Parasympatikus krävs för erektion, sympatikus för ejakulation.

08 · Organeffekter

Effekter på organ

Samma organ, motsatta svar, det här är klassiskt tentamaterial.

OrganSympatikusParasympatikus
Hjärta, sinusknutaÖkad frekvensMinskad frekvens
Hjärta, muskelÖkad kraftMinskad kraft
PupillDilationKonstriktion
CiliarmuskelLätt relaxationKonstriktion
Lungor, bronkerDilationKonstriktion
Lungor, blodkärlLätt konstriktionDilation
Tarm, glatt muskulaturMinskad peristaltikÖkad peristaltik

09 · Receptorer

Receptorer

Två huvudfamiljer: kolinerga receptorer (binder acetylkolin) och adrenerga receptorer (binder katekolaminer).

Nikotinreceptorer: jonkanal

Sitter i autonoma ganglier och vid den neuromuskulära änden.

VarFunktionAgonistAntagonist
Muskel (Nm)Neuromuskulär transmissionNikotinTubokurarin, α-bungarotoxin
Ganglier (Nn)GanglietransmissionNikotinHexametonium

Muskarinreceptorer: GPCR, parasympatikus

ReceptorVarFunktionAntagonist
M1NeuronalCNS-excitation, GI-motilitet, syrasekretionAtropin, pirenzepin
M2HjärtaHämmar hjärtat (sänkt frekvens)Atropin, gallamin
M3KörtlarSekretionAtropin
Kolinerg synaps, acetylkolin på nikotin- och muskarinreceptorer · Smedlib, CC BY-SA 4.0 · Wikimedia Commons

Adrenerga receptorer: sympatikus

De adrenerga receptorerna har olika affinitet för adrenalin och noradrenalin. En given dos aktiverar därför den ena receptortypen före den andra, det kallas selektivitet. ISO står för isoprenalin, A för adrenalin och NA för noradrenalin.

ReceptorVarFunktionPrioritering
α1Glatt muskulatur, leverKontraktion, glykogenolysNA ≥ A >> ISO
α2Glatt muskulatur (kärl), nervterminalerKontraktion, minskad sekretionNA > A >> ISO
β1HjärtaÖkad kraft och hastighetISO > A = NA
β2Glatt muskulatur (kärl, bronker), leverRelaxation, glykogenolysISO > A > NA

10 · Farmakologi

Farmakologiska grundbegrepp

Farmakologin delas i två perspektiv: vad läkemedlet gör mot kroppen (farmakodynamik) och vad kroppen gör med läkemedlet (farmakokinetik).

Farmakodynamik
Hur kroppen påverkas av läkemedlet.
Farmakokinetik (ADME)
Kroppens hantering av läkemedlet: absorption (upptag), distribution (fördelning), metabolism (nedbrytning) och excretion (utsöndring).
Biotillgänglighet
Andelen av en dos som når blodet i oförändrad form.
Affinitet
Hur starkt ett ämne binder till sin receptor.
Potens
Hur låg koncentration som krävs för effekt (EC50).
Efficacy
Den maximala effekt ett ämne kan utlösa när det väl binder.
Terapeutiskt fönster
Doseringsintervallet mellan verksam och toxisk dos.

Agonist

Binder och stimulerar receptorn.

  • Full: ger maximalt svar
  • Partiell: ger begränsat svar
  • Invers: minskar receptorns basaktivitet

Antagonist

Binder och blockerar receptorn.

  • Kompetitiv: samma bindningsställe som agonisten
  • Icke-kompetitiv: annat bindningsställe
  • Reversibel/irreversibel: beroende på bindningens varaktighet

11 · Läkemedel

Farmakologilista: påverkan på ANS

GruppExempelEffekt
Hämmar ACh-frisättningBotulinumtoxinBlockerar frisättning av acetylkolin i PNS. Ger muskelrelaxation och hämmar svettning.
KolinesterashämmareNeostigminHindrar nedbrytning av acetylkolin. Ges vid muskelsvaghet; sänker hjärtfrekvens och blodtryck.
MuskarinagonistAcetylkolinParasympatisk effekt: sänkt kraft och frekvens i hjärtat, konstriktion av bronker och pupill.
MuskarinantagonistAtropinBlockerar parasympatisk effekt: ökad hjärtfrekvens och bronkdilatation. Ges bl.a. vid bradykardi.
NikotinagonistNikotin, acetylkolinÖkar hjärtats kraft och frekvens; konstriktion av bronker.
KatekolaminåterupptagshämmareAmfetamin, kokainAmfetamin hämmar MAO och ökar noradrenalin. Kokain blockerar återupptag av bl.a. dopamin.
AdrenoceptoragonistAdrenalin, noradrenalin, isoprenalinα1: nästäppa. β1: akut hjärtsvikt. β2: astma.
AdrenoceptorantagonistMetoprolol, atenololβ1-blockerare. Ges mot högt blodtryck och hjärtklappning.

12 · Fallåterkoppling

Tillbaka till patienten

Botox mot svettningen

Svettkörtlarna styrs av sympatikus, men deras postganglionära signal är kolinerg, de aktiveras alltså av acetylkolin. Botulinumtoxin hämmar frisättningen av just acetylkolin presynaptiskt, så lokala injektioner i handflatorna dämpar svettningen där utan kirurgi. Verkningsmekanismen i fyra steg:

  1. 1Toxinets tunga kedja binder till proteiner på axonytan.
  2. 2Toxinet tas upp i nervterminalen via endocytos.
  3. 3Den lätta kedjan bryter ner SNAP-25, ett SNARE-protein.
  4. 4Utan fungerande SNARE kan vesiklarna inte fusionera, ingen transmittor frisätts.

Effekten är övergående och måste upprepas, eftersom nya synapser bildas när toxinet bryts ner.

Betablockerare mot hjärtklappningen

Den höga pulsen och slagkraften drivs av sympatisk β1-aktivering i hjärtat. En selektiv β1-blockerare, t.ex. metoprolol, sänker både frekvens och kontraktionskraft och dämpar därmed hjärtklappningen.