Nikotín je štrukturálne a funkčne podobný jednému z hlavných mediátorov nervového systému - acetylcholínu, a preto je jeho agonistom: môže ovplyvniť jeden z typov receptorov - nikotínové acetylcholínové receptory (nAChR) - a vyvolať tak reakciu. Je dôležité poznamenať, že nAChR je inotropný, čo znamená, že keď sa agonista naviaže na receptor, prepustí prúd iónov. Acetylcholínový receptor typu N prepúšťa najmä ióny Na+ a v menšej miere aj dvojmocné katióny. Vôbec však neprepúšťa anióny. Všetky tieto toky iónov sa vytvárajú s jediným cieľom, aby spustili kaskádu reakcií, ktoré následne zabezpečia príslušnú biologickú odpoveď v každej štruktúre, ktorá je citlivá na tento typ signálov. Preto všetky účinky nikotínu: nepôsobí na špecifický systém alebo anatomickú oblasť nervového systému, ale na jeden z najbežnejších receptorov v tele. Má prístup k rôznym telesným štruktúram, a čo je najdôležitejšie - k centrálnemu nervovému systému. Dôležitú úlohu tu zohráva skutočnosť, že nikotín pomerne ľahko prechádza cez hematoencefalickú bariéru (BBB), pretože atóm dusíka v ňom je terciárny, na rozdiel od acetylcholínu, v ktorom je kvartérny, a nie je schopný preniknúť cez biologické bariéry.
Keďže nikotín má priamy účinok na centrálny nervový systém, ľudia začali hľadať príčinu a našli ju. A dokonca ani jeden. Svoju úlohu zohrali aj všadeprítomní genetici: keď k situácii pristúpili zo svojej strany, našli oveľa viac ako jeden gén súvisiaci s rozvojom závislosti od nikotínu. Molekulárni biológovia nezaostávali - objekty svojej pozornosti našli v centrálnej nervovej sústave aj mimo nej.
Jedným z najpopulárnejších dôvodov je podobnosť nikotínu s acetylcholínom. Väčšina nAChR v centrálnom nervovom systéme sa nachádza presynapticky a moduluje uvoľňovanie acetylcholínu, dopamínu, serotonínu, glutamátu, kyseliny gama-aminomaslovej (GABA) a noradrenalínu. nAChR sa môžu nachádzať aj postsynapticky, napríklad na dopaminergných neurónoch vo ventrálnej tegmentálnej oblasti (VTA). Dva najčastejšie exprimované nAChRs v mozgu sú α4β2 alebo α7 nAChRs. Stimulácia α4β2 nAChRs nachádzajúcich sa na dopaminergných neurónoch vo ventrálnej tegmentálnej oblasti mení ich produkciu neurotransmiterov z tonického na fázický režim. Táto udalosť vedie napríklad k zvýšeniu uvoľňovania dopamínu v priľahlých jadrách aj vo ventrálnej tegmentálnej oblasti, ktorá je začiatkom mezokortikálnych a mezolimbických dopamínových dráh. Ventrálna tegmentálna oblasť je široko zapojená do systémov odmeňovania, resp. je to zhluk mnohých nervových dráh.
Hipokampus.
Hipokampus je súčasťou limbického systému. Podieľa sa na tvorbe emócií, udržiavaní pozornosti, ukladaní krátkodobej pamäte a jej preklade do dlhodobej pamäte. Tvorí aj priestorovú pamäť, vďaka ktorej sa lepšie orientujeme v teréne a nájdeme najkratšiu cestu k cieľu. Zároveň plní aj opačné funkcie: zabúda, filtruje potrebné od nepotrebných informácií. Stojí za zmienku, že jedným z prvých diagnostických príznakov Alzheimerovej choroby je úbytok objemu tkaniva hipokampu. Táto krásna štruktúra exprimuje veľké množstvo nAchR (s ich aktiváciou súvisí synaptická plasticita a dlhodobá aktivita hipokampu): účinok nikotínu na tieto receptory napodobňuje pôsobenie normálneho mediátora. Hipokampus dostáva cholinergné aferentné projekcie z dentálneho gyrusu, bazálnych jadier, frenuly (habenula) a tegmentálnej oblasti. Okrem toho sa ukázalo, že v hipokampe sú exprimované glukokortikoidné receptory, ako aj celý zväzok metabotropných glutamátových receptorov, ktoré sa podľa účinku delia na AMPA a NMDA, ako aj podľa vplyvu na excitáciu na 3 skupiny: prvá skupina - mGlu1, mGlu5; druhá skupina - mGlu2, mGlu3; tretia skupina - mGlu4, mGlu6, mGlu7, mGlu8.
Stimulácia týchto receptorov má na neuróny excitačný účinok, navyše so zvýšeným obsahom Ca2+. Hustota ionotropných glutamátových AMPA a NMDA receptorov je tam ešte vyššia. Je zaujímavé, že metabotropné receptory regulujú činnosť ionotropných, aktivujú vnútrobunkové signálne kaskády vedúce k modifikácii iných proteínov, napríklad iónových kanálov. To môže v konečnom dôsledku zmeniť excitabilitu synapsie, napríklad inhibíciou neurotransmisie, alebo moduláciou či dokonca indukciou postsynaptických reakcií: prvá skupina zvyšuje aktivitu NMDA receptorov a riziko excitotoxicity, skupiny 2 a 3 tieto procesy inhibujú. Excitotoxicita je patologický proces, ktorý vedie k poškodeniu a smrti nervových buniek pod vplyvom neurotransmiterov, ktoré môžu hyperaktivovať NMDA a AMPA receptory. Nadmerný prísun vápnika do bunky zároveň aktivuje množstvo enzýmov (fosfolipázy, endonukleázy, proteázy), ktoré ničia cytosolické štruktúry. Nadmerný príjem vápnika vedie aj k spusteniu apoptózy buniek, ktorá nepochybne zohráva úlohu v patogenéze rôznych neurodegeneratívnych ochorení.
Okrem toho hipokampus exprimuje orexínové receptory prvého typu (OX1) (na orexíny vylučované hypotalamom a zohrávajúce jednu z kľúčových úloh v regulácii spánku/bdelosti a tiež celkového metabolizmu), ako aj receptory pre leptín, preto budú opísané v kontexte hypotalamu. Existujú práce, ktoré dokazujú, že akútny a chronický príjem nikotínu zlepšuje pracovnú pamäť a blokáda receptorov, naopak, spôsobuje oslabenie asimilácie a zapamätania informácií u pokusných osôb. Okrem týchto pozorovaní sa niektoré kognitívne príznaky Alzheimerovej choroby zlepšujú klinickým užívaním inhibítorov acetylcholínesterázy. Zvýšené hladiny nikotínu však nemajú selektívny vplyv na nAChR a existujú dôkazy o zapojení oboch (nikotínových aj muskarínových) receptorov do procesov učenia a pamäti.
Hybridizáciou mRNA sa zistilo, že podjednotky α7 a β2 sú exprimované vo väčšom počte ako ostatné, hoci vo všeobecnosti sú prítomné všetky typy podjednotiek. Zároveň je ich expresia vyššia v rámci interneurónov, avšak ukázalo sa, že väčšina pyramídových vysoko vykazuje tieto podjednotky. Je to dôležité, pretože práve zloženie nAChRs diktuje ich farmakologické vlastnosti a určuje priebeh zmien membránového potenciálu vrátane relatívnej veľkosti zmien intracelulárneho Ca2+. Prílev vápnika zvonku stimuluje jeho uvoľňovanie z intracelulárnych zásob. To je úloha nikotínu ako regulátora a v prípade potreby aj zosilňovača uvoľňovania neurotransmitera. Hoci nAChRs sú iónové kanály pre Na+ aj K+, práve zvýšenie koncentrácie intracelulárneho vápnika ovplyvňuje uvoľňovanie transmiterov: dochádza k zvýšeniu glutamátu, zníženiu GABA a zvýšeniu hladiny adrenalínu.
Zaujímavé je, že kombinácia nikotínom indukovaného presynaptického uvoľňovania glutamátu a postsynaptickej depolarizácie (prostredníctvom samotného nikotínu) poskytuje stabilné a vysoké zvýšenie koncentrácie intracelulárneho vápnika, ktoré zabezpečuje povestnú synaptickú plasticitu.
Na postsynaptickom neuróne sú okrem iného exprimované ionotropné glutamátové receptory AMPA a NMDA. Dve formy dlhodobej potenciácie (LTP) závislej od NMDA v hipokampálnych synapsách oblasti C1 možno klasifikovať podľa ich citlivosti na inhibítory proteínkinázy A (PKA). Hladina PKA zohráva kľúčovú úlohu pri tvorbe dlhodobej pamäte, za ktorú je zodpovedný hipokampus. Molekulárne mechanizmy pôsobenia nikotínu na tvorbu pamäte zatiaľ neboli úplne objasnené, ale existujú určité závery: krátkodobá pamäť sa odhaduje v časovom intervale do 2 hodín po tréningu, dlhodobá pamäť presahuje 4. Pri vystavení nikotínu sa teda merala hladina PKA v rôznych časových intervaloch a ukázalo sa, že sa takmer nemení od počiatočnej úrovne do 2 - 3 hodín. Ale práve po 4 hodinách sa pomerne prudko zvýšila. Zvýšenie sa zaznamenalo aj po 8 a 24 hodinách.
Závislosť hladiny proteínkinázy A od času, ktorý uplynul od podania nikotínu (vľavo - zadný hipokampus, vpravo - predný hipokampus). V experimente sa podával fyziologický roztok a nikotín: ST, NT - podanie fyziologického roztoku a nikotínu s následným tréningom, SH, NH - zavedenie nikotínu a fyziologického roztoku s následným udržiavaním za normálnych podmienok.
Naznačilo sa teda, že nikotín stimuluje dlhodobú pamäť, hoci nie je celkom jasné, ako presne: či sa zameriava na krátkodobú pamäť, ktorá následne posilňuje dlhodobú pamäť, alebo ju priamo ovplyvňuje. Jedno je však isté - nikotín potencuje akumuláciu, ukladanie a reprodukciu informácií z dlhodobej pamäte. Dokazuje to aj meranie hladiny extracelulárne regulovaných signálnych kináz (ERK½), ktoré naopak zohrávajú jednu z hlavných úloh pri tvorbe pamäte, a ich inhibícia neumožňuje nikotínu modulovať hipokampus, čo opäť potvrdzuje ich úlohu pri tvorbe pamäte. Všetky vysvetlenia zatiaľ smerujú k tomu, že receptory α4β2 sú v hipokampe exprimované vo veľkom množstve a prechádzajú dovnútra vápnika, ktorý spôsobuje nielen depolarizáciu, ale v niektorých prípadoch slúži aj ako intracelulárny posol, ktorý aktivuje signálne dráhy zahŕňajúce PKA a ERK½, čo vedie k vyššie uvedeným účinkom.
Po prenose vzrušujúceho signálu teda nasleduje zvýšenie intracelulárneho vápnika, čo posilňuje všetky funkcie hipokampu. Aj úloha nikotínu v modulácii kognitívnych procesov je podmienená indukciou oscilácií gama frekvencie v kôre (30 - 80 Hz) prostredníctvom nikotínových receptorov. Podobný účinok zabezpečuje aktivácia kainátových receptorov: to koreluje so zlepšením učenia, pamäti a pozornosti. Zároveň stimulácia D3-receptorov na dopamín tento rytmus inhibuje. A vo všeobecnosti ich stimulácia pôsobí "opačne" ako acetylcholín, spôsobuje kognitívnu depresiu, zhoršenie pracovnej pamäte a všeobecne sa podozrieva ako jedna z príčin Alzheimerovej choroby, schizofrénie a Parkinsonovej choroby. Antagonisti týchto receptorov sa v niektorých prípadoch používajú ako antipsychotiká.
Okrem nAChR sú v hipokampe exprimované aj glukokortikoidné receptory: nikotín aktivuje sympatikový systém, pod jeho vplyvom sa aktivujú nadobličky, ktoré uvoľňujú povestné glukokortikoidy. Okrem ich známych úloh, ako je zvyšovanie krvného tlaku, hladiny glukózy v krvi a srdcovej frekvencie, existuje ešte jeden zaujímavý účinok: glukokortikoidy zvyšujú citlivosť myokardu na katecholamíny, ale zároveň majú systémový účinok na katecholamínové receptory s množstvom ich ligandov, čím zabraňujú ich desenzibilizácii. Kainátové receptory tvoria iónové kanály priepustné pre sodíkové a draslíkové ióny. Množstvo sodíka a draslíka, ktoré môže prejsť kanálom za sekundu (ich vodivosť), je podobné kanálom AMPA receptora. Vzostup a pokles postsynaptických potenciálov generovaných kainátovým receptorom však prebieha pomalšie ako u receptora AMPA. Kainátové receptory zohrávajú úlohu najmä na extrasynaptických membránach, axónoch. Aktivácia týchto extrasynaptických receptorov vedie k facilitácii akčného potenciálu v hipokampálnych mechúrikoch a interneurónoch. K ich aktivácii dochádza rovnakým spôsobom ako pri NMDA - zvýšenie intracelulárneho vápnika na pozadí v dôsledku pôsobenia nAChRs, ako aj iných ionotropných glutamátových receptorov všeobecne, čo, samozrejme, spôsobuje "dynamickejšiu" činnosť neurónov.
Existujú dôkazy, že fajčenie inhibuje MAO, ukázalo sa však, že ju inhibujú aj iné produkty spaľovania tabaku, hoci nie je zrejmé ktoré. Napriek tomu, ak sa nikotín podáva fajčením, inhibícia MAO je zrejmá tak či tak. Preto môžeme hovoriť o účinku aj na metabotropné serotonínové receptory 5-HT4, ktoré sú v hipokampe prítomné v malom počte. Presnejšie, nemali by sme hovoriť o samotných receptoroch, ale o inhibícii odbúravania serotonínu, ktorá sprostredkovala jeho účinky. V hipokampe sa nachádza aj mnoho kanabinoidných receptorov. Ak sa chceme o nich dozvedieť viac, môžeme sa odvolať na štúdiu, ktorá ukázala, že aktivácia kanabinoidných receptorov prispieva k zvýšenej produkcii acetylcholínu v tých neurónoch, kde sú spoločne exprimované - hlavne v kôre, hipokampe, striate. Účinok nikotínu teda spôsobuje zníženie inhibície hipokampálnych neurónov. Pravidelné vystavenie nikotínu spôsobuje aj zvýšenie počtu receptorov. Preto po prerušení príjmu nikotínu dochádza k útlmu hipokampu. V dôsledku toho dochádza k zníženiu koncentrácie, pozornosti, zhoršeniu pamäti, poruchám nálady a metabolizmu a poruchám cyklov spánok/bdenie.
Prefrontálna kôra.
Dorzálna prefrontálna kôra je najviac prepojená s oblasťami mozgu, ktoré sú zodpovedné za pozornosť, kognitívnu činnosť a motoriku, zatiaľ čo ventrálna prefrontálna kôra je prepojená s oblasťami mozgu zodpovednými za emócie. Mediálna prefrontálna kôra sa podieľa na vytváraní tretej a štvrtej fázy pomalého spánku (tieto fázy sa označujú ako "hlboký spánok") a jej atrofia je spojená so znížením pomeru času hlbokého spánku a celkového času spánku. To spôsobuje zhoršenie konsolidácie pamäte, t. j. jej prenosu z krátkodobej do dlhodobej. Jednou zo základných funkcií prefrontálnej kôry je komplexné riadenie mentálnej a motorickej činnosti v súlade s vnútornými cieľmi a plánmi. Zohráva významnú úlohu pri vytváraní zložitých kognitívnych štruktúr a akčných plánov, rozhodovaní, kontrole a regulácii vnútorných činností aj vonkajších činností, ako je sociálne správanie a interakcia.
Riadiace funkcie prefrontálnej kôry sa prejavujú v diferenciácii protichodných myšlienok a motívov a voľbe medzi nimi, diferenciácii a integrácii objektov a pojmov, predvídaní dôsledkov tejto činnosti a jej prispôsobovaní v súlade s požadovaným výsledkom, emocionálnej regulácii, kontrole vôle, koncentrácii pozornosti na potrebné objekty. Prefrontálna kôra je silne prepojená s limbickým systémom, hoci k nemu celkom nepatrí: je viac "racionálna". Vysiela zakazujúce signály, ktoré jej pomáhajú udržať limbický systém pod kontrolou. Inými slovami, určuje možnosť myslieť racionálne, a nie len pomocou emócií. Keď dôjde k zníženiu aktivity alebo poškodeniu tejto oblasti mozgu, najmä v jeho ľavej časti, prefrontálna kôra už nie je schopná správne ovplyvňovať limbický systém, a to môže spôsobiť zvýšenú náchylnosť k depresii, ale len vtedy, ak sa limbický systém stane hyperaktívnym. Klasickým príkladom môžu byť pacienti, ktorí utrpeli krvácanie do ľavého čelného mozgového laloku. U šesťdesiatich percent týchto pacientov sa v priebehu prvého roka po cievnej mozgovej príhode vyvinie ťažká depresia. V tejto súvislosti sa ukazuje súvislosť medzi fajčením a depresiou, poruchou pozornosti a podobnými poruchami. Prefrontálna kôra má tiež vzájomné prepojenia s kmeňovým aktivačným systémom a fungovanie prefrontálnych oblastí silne závisí od rovnováhy aktivácia/inhibícia. Prefrontálna kôra je bohatá na acetylcholínové receptory, D4, glutamát a GABA. Faktom je, že prefrontálna kôra vykonáva mnoho komplexných funkcií, treba ich dať dokopy a usporiadať, preto sa oplatí niekde glutamát alebo acetylcholín aktivovať a inde ich spomaliť.
Amygdala.
Vďaka spojeniu s hypotalamom ovplyvňuje amygdala endokrinný systém, ako aj reprodukčné správanie. Funkcie amygdaly sú spojené so zabezpečovaním obranného správania, vegetatívnych, motorických, emocionálnych reakcií, motiváciou podmieneného reflexného správania. Je zrejmé, že priamo súvisia s náladou človeka, jeho pocitmi, inštinktmi a prípadne aj so spomienkami na nedávne udalosti. Amygdala reaguje mnohými svojimi jadrami na zrakové, sluchové, interoceptívne, čuchové, kožné podráždenia. Všetky tieto podráždenia ovplyvňujú aktivitu jadier amygdaly, t. j. jadrá amygdaly sú polysenzorické. Reakcia jadra na vonkajšie podnety trvá spravidla do 85 ms, t. j. podstatne kratšie ako reakcia novej kôry na takéto podnety. Amygdala zohráva dôležitú úlohu pri tvorbe emócií.
U ľudí a zvierat sa táto podkorová mozgová štruktúra podieľa na tvorbe negatívnych (strach) aj pozitívnych emócií (radosť), na tvorbe pamäte, najmä recentnej a asociačnej. Poruchy vo fungovaní amygdaly spôsobujú u ľudí rôzne formy patologického strachu, agresivity, depresie, posttraumatického šoku. Amygdala je bohatá na glukokortikoidné receptory, a preto je obzvlášť citlivá na stres. Nachádzajú sa tu aj delta (δ) opioidné receptory (DOP) zodpovedné za analgéziu, antidepresívne účinky, fyzickú závislosť a kappa-opioidné receptory (KOP), ktoré spôsobujú aforiu, myózu, inhibíciu produkcie ADH. Pri aktivácii opioidného receptora dochádza k inhibícii adenylátcyklázy, ktorá hrá dôležitú úlohu pri syntéze sekundárneho posla cAMP (cAMP), ako aj pri regulácii iónových kanálov. Uzavretie potenciálne závislých vápnikových kanálov v presynaptickom neuróne vedie k zníženiu uvoľňovania excitačných neurotransmiterov (napríklad glutamátu). A aktivácia draslíkových kanálov v postsynaptickom neuróne vedie k hyperpolarizácii membrány. Tým sa znižuje citlivosť neurónu na excitačné neurotransmitery. Systémové podávanie nikotínu spôsobuje uvoľňovanie endogénnych opioidov (endorfínov, enkefalínov a dinorfínov).
Okrem toho systémové podávanie nikotínu vyvoláva uvoľňovanie metionín-enkefalínu v dorzálnych rohoch miechy. Nikotín má teda akútne neurofyziologické účinky vrátane antinociceptívneho účinku a má tiež schopnosť aktivovať os hypotalamus-hypofýza-nadobličky (HPA). Zapojenie endogénneho opioidného systému do analgézie je sprostredkované α4β2 a α7 nAChRs, zatiaľ čo aktivácia osi HPA je sprostredkovaná α4β2, nie α7. To vedie výskumníkov k presvedčeniu, že účinky nikotínu na endogénny opioidný systém sú sprostredkované α7, a nie α4β2. Antagonista opioidných receptorov naloxón (NLX) spôsobuje po opakovanom podávaní nikotínový abstinenčný syndróm a nikotínový abstinenčný syndróm vyvolaný NLX je inhibovaný zavedením antagonistu opioidných receptorov. Odstúpenie od nikotínu vyvolané NLX je tiež inhibované podaním antagonistu α7, ale nie antagonistu α4β2. Súhrnne tieto údaje naznačujú, že analgéziu vyvolanú NLX a vznik fyzickej závislosti sprostredkúvajú endogénne opioidné systémy, a to prostredníctvom a7 nAchRsF. Glutamátové AMPA receptory, ako aj receptory pre oxytocín, aktivácia amygdaly prostredníctvom jej receptorov a samotný fakt aktivácie amygdaly spôsobujú rovnaké účinky: zníženie úzkosti a podporu sociálnych interakcií, stimulačný účinok. Je zaujímavé, že receptory pre neuropeptid Y modulujú činnosť GABA a NMDA receptorov, čo má v konečnom dôsledku už spomínaný stimulačný účinok.
V amygdale je vysoká hustota D1 receptorov spojených s G-proteínmi a aktivujúcich adenylátcyklázu. Majú tiež postsynaptickú inhibíciu, čo je výborná "poistka" vzhľadom na to, že nadmerná stimulácia amygdaly v podmienkach depresie a chronického stresu je spojená so zvýšenou úzkosťou a agresivitou. Je to práve kvôli tvorbe emócií v reakcii na podanie nikotínu a tvorbe pamäte, reakcií, reflexov. Amygdala zohráva dôležitú úlohu pri závislosti od nikotínu a sprostredkovaní jeho účinkov.
Hypotalamus.
Posledným z najdôležitejších cieľov nikotínu v centrálnom nervovom systéme je hypotalamus. Kontakt s nikotínom aktivuje neuróny POMK, ktoré podľa článku v časopise Science svojou aktiváciou znižujú chuť do jedla. Takisto sa POMK neuróny podieľajú na analgetických reakciách, ktoré boli opísané vyššie. Okrem toho nikotín zvyšuje vylučovanie neuropeptidu Y. O tomto neuropeptide však nie je všetko jasné, čomu sa budeme venovať ďalej. Hypotalamus exprimuje aj receptory pre leptín, pre orexíny (OX2) a okrem toho vylučuje aj orexíny. Orexíny (známe aj ako hypokretíny 1 a 2) zohrávajú úlohu pri regulácii chuti do jedla, spánku a závislosti od niektorých omamných látok. Ak je orexínov nedostatok, vzniká narkolepsia a obezita, a to napriek tomu, že môže dôjsť k strate chuti do jedla. Ak je orexínov naopak nadbytok, vyskytuje sa nespavosť a anorexia. Aktivita orexínov súvisí aj s metabolickými procesmi (lipolýzou), zvýšeným krvným tlakom, a dokonca s procesmi regulácie menštruačného cyklu u žien a regulácie expresie génov v Sertoliho bunkách u mužov. Zdá sa, že reagujú aj na hladinu glukózy v krvi.
Bolo preukázané, že chronický príjem nikotínu zvyšuje hladinu orexínov, hoci nie je zrejmé ako. Autori sa obmedzujú na názor, že k účinku dochádza prostredníctvom mechanizmu závislého od α4β2, ktorý bol odhalený viacerými metódami imunohistochémie. Hlavným ukazovateľom bola hladina podjednotiek MRNA nikotínového receptora. Osobne by som predpokladal, že to všetko je spôsobené aktiváciou orexínových neurónov (mimochodom, nie je ich až tak veľa, len niekoľko tisíc na mozog, majú však projekcie do iných dôležitých zón).
Treba spomenúť, že príjem nikotínu spôsobuje uvoľňovanie noradrenalínu z paraventrikulárneho jadra hypotalamu. Mimochodom, to isté sa súčasne stane v amygdale prostredníctvom NMDA potenciácie a prostredníctvom kaskád zahŕňajúcich oxid dusnatý. Keďže hypotalamus je veľmi úzko prepojený s hypofýzou, bude nevyhnutné poznamenať, že pri pokusoch o interakciu hypofýzy s nikotínom sa nakoniec zistilo, že oxytocín sa uvoľňuje oddelene od vazopresínu a že nikotín špecificky spôsobuje zvýšenie uvoľňovania druhého menovaného. Táto informácia bola pre ľudstvo významná - vysvetľovali sa tým nejasné účinky: intrakarotické alebo intravenózne podanie nikotínu bolo sprevádzané zvýšením krvného tlaku a intraspinálne podanie malých dávok bolo sprevádzané jeho znížením, k týmto účinkom sa vrátime v ďalšej časti článku.
"Periférne" účinky nikotínu.
Je známe, že nikotín aktivuje sympatikový systém a vo všeobecnosti sú predvídateľné všetky nasledujúce udalosti: zvýšenie krvného tlaku, zvýšenie srdcovej frekvencie, zvýšenie pohyblivosti a úzkosti v dôsledku produkcie glukokortikoidov nadobličkami. Glukokortikoidy majú pritom vlastnosť regulovať zápal a imunitnú odpoveď. Zvyšujú neutrofilopoézu a zvyšujú obsah neutrofilných granulocytov v krvi. Zvyšujú tiež odpoveď vývoja neutrofilných buniek v kostnej dreni na rastové faktory G-CSF a GM-CSF a na interleukíny, znižujú škodlivý účinok ožarovania a chemoterapie zhubných nádorov na kostnú dreň a znižujú stupeň neutropénie spôsobenej týmito účinkami. Z tohto dôvodu sa glukokortikoidy široko používajú v medicíne pri neutropénii spôsobenej chemoterapiou a rádioterapiou a pri leukémiách a lymfoproliferatívnych ochoreniach. Tým to však nekončí: acetylcholín je pregangliový mediátor v sympatikovom systéme, ktorý spôsobuje uvoľňovanie adrenalínu a jeho sympatikové účinky. Inhibujú aktivitu rôznych enzýmov ničiacich tkanivá - proteáz a nukleáz, matrixových metaloproteináz, hyaluronidázy, fosfolipázy A2 a ďalších, inhibujú syntézu prostaglandínov, kinínov, leukotriénov a ďalších mediátorov zápalu z kyseliny arachidónovej. Znižujú tiež priepustnosť tkanivových bariér a cievnych stien, inhibujú exsudáciu tekutiny a bielkovín do ložiska zápalu, migráciu leukocytov do ložiska (chemotaxiu) a proliferáciu spojivového tkaniva v ložisku, stabilizujú bunkové membrány, inhibujú peroxidáciu lipidov, tvorbu voľných radikálov v ložisku zápalu a mnohé ďalšie procesy, ktoré zohrávajú úlohu pri rozvoji zápalu. Prejav imunostimulačných alebo imunosupresívnych účinkov závisí od koncentrácie glukokortikoidných hormónov v krvi. Faktom je, že subpopulácia T-supresorov je výrazne citlivejšia na tlmivé účinky nízkych koncentrácií glukokortikoidov ako subpopulácie T-helperov a T-killerov, ako aj B-buniek.
. Za zmienku stojí aj to, že keďže nikotín má najmä vazokonstrikčný účinok, niektoré problémy môžu priamo súvisieť s nedostatočným prekrvením plodu u tehotných žien. Existuje súvislosť medzi fajčením počas tehotenstva a rozvojom obezity u dieťaťa v priemere vo veku 9 rokov. Nie je známe, či je to spôsobené účinkom nikotínu na vyvíjajúci sa hypotalamus, a teda poruchami endokrinného systému, ale zatiaľ je táto hypotéza najčastejšia. Potvrdeným príkladom endokrinologického účinku nikotínu špecificky (vo všetkých prezentovaných experimentoch sa tehotným/kojacim ženám rôznymi spôsobmi podávajú soli nikotínu) na plod môže byť skutočnosť, že spôsobuje poruchy činnosti prištítnych teliesok plodu spolu so zvýšením činnosti buniek štítnej žľazy. Spolu s aktiváciou sympatikového systému matky aj plodu to môže vysvetľovať, prečo sú deti matiek, ktoré sú vystavené nikotínu, často hyperaktívne, náladové a podráždené. Tento účinok zostáva zjavný počas prvého mesiaca života u potkanov, ale žiadne ďalšie štúdie sa neuskutočnili.
V súvislosti s hyperaktivitou v ranom veku vznikajú ďalšie problémy: aktivita neuronálnych promótorov je potlačená; dieťa nadmerne plače, potom je apatické a letargické; bledosť; v závažných prípadoch má dieťa nedostatok spánku; oneskorené problémy s pamäťou a učením (podobne ako hyperaktivita, aj astma u detí sa považuje za spôsobenú nikotínom. Vyskytuje sa však aj u detí matiek, ktoré počas tehotenstva zažili stres).
Nikotín tiež spôsobuje zvýšenie počtu dopaminergných neurónov a dopamínových receptorov v prenatálnom období, čo nie je pozitívna udalosť pre plod: po narodení sa skôr či neskôr (počas dojčenia a po jeho prerušení, pričom matka v konzumácii nikotínu pokračuje) jeho príjem ukončí, množstvo dopamínu sa zníži, a to by bolo škodlivé pre všetkých zúčastnených. Matkám vystaveným nikotínu sa rodia deti so zníženou telesnou hmotnosťou. To však nie je také zaujímavé ako skutočnosť, že majú aj zvýšený obsah TGF-β a oxidu dusnatého - markerov zápalu. Oxid dusnatý sa pravdepodobne uvoľňuje mechanizmom, o ktorom sa hovorí v článku. K oneskoreným dôsledkom patrí aj skutočnosť, že potomkovia "užívateľov nikotínu" majú väčšiu pravdepodobnosť vytvorenia hypertenzného fenotypu: prenatálne vystavenie nikotínu aktivuje mechanizmus metylácie DNA, ktorý reguluje expresiu génov receptora angiotenzínu-II (AT-1aR, ale nie AT-1bR).
Oxidačný stres a apoptóza v dôsledku užívania nikotínu.
V cigaretovom dyme sa nachádzajú monoxidy dusíka a uhlíka, ako aj množstvo ďalších látok (medzi nimi sú práve látky zo zoznamu registra karcinogénov). Nachádzajú sa tu aj živice, ktoré jednoducho neumožňujú, aby v pľúcach normálne prebiehala výmena plynov. K apoptóze dochádza konkrétne v dôsledku aktivácie kaspázy-3 aktívnymi formami kyslíka; mimochodom, túto kaskádu úspešne blokuje kyselina askorbová. Samotný nikotín nie je na zozname karcinogénnych látok a nielenže nespôsobuje apoptózu, ale jej aj zabraňuje. Má skôr cytoprotektívny účinok, najmä na neuróny. Samotné fajčenie je akýmsi imunosupresívnym faktorom a potlačením imunitnej odpovede sa zvyšuje riziko vzniku rôznych nádorov.
Procesy dysplázie vznikajú u pacientov s anamnézou fajčenia v dôsledku toho, že živice sa usadzujú na stenách priedušiek, alveol, sťažuje sa výmena plynov - a potom sa bunky začnú množiť. Okrem toho existuje štúdia, ktorá dokazuje, že ak človek pokračuje vo fajčení počas chemoterapie/rádioterapie, účinnosť liečby sa výrazne znižuje v dôsledku rezistencie vyvolanej nikotínom. Potlačením imunitného systému nikotín a iné produkty spaľovania tabaku zvyšujú riziko množenia už existujúcich rakovinových buniek, nech sú kdekoľvek. Okrem toho nádorové bunky žijú najmä z glykolýzy, takže zúženie ciev spôsobuje hypoxiu orgánu, zhoršenie jeho funkcie, pričom sa v ňom darí rakovinovým bunkám. Najčastejším nádorovým ochorením u fajčiarov je rakovina pľúc, pretože práve tam sa okrem nikotínu usadzujú aj hlavné produkty spaľovania.
Okrem iného je veľmi zaujímavý vplyv nikotínu na imunitný systém. Na túto tému môžete nájsť rôzne vyjadrenia, ktoré vás môžu ľahko zmiasť. Skúsme sa v tom zorientovať nikotín znižuje systémovú imunitu, ale zvyšuje lokálnu imunitu - napríklad nikotín sa používa pri Crohnovej chorobe, teda kolitíde spôsobenej toxínom Clostridium Difficile (ale nie pri ileitíde), pričom zvyšuje hladinu IL-4, substancie P a ďalších prozápalových peptidov. V prípade popálenín však znižuje množstvo prozápalových cytokínov, ktoré sa nadmerne tvoria pri termických poraneniach (máme na mysli kontrolné skupiny, ktoré mali popáleniny aspoň 30 % povrchu tela, takže prozápalová reakcia mala systémový charakter). Toll-like receptory zohrávajú dôležitú úlohu pri vzniku sepsy, intraperitoneálnym podaním nikotínu (400 µg/kg) sa zistilo, že inhibuje tieto receptory prostredníctvom a7nAchR aktiváciou fosfoinozitid-3 kinázy. Hoci je diskutabilné, či je to v prítomnosti infekcie dobré alebo zlé. Prostredníctvom toho istého a7nAchR, čo je dosť prekvapujúce, znižuje priebeh obezity.
Okrem toho fajčiaci diabetici/obézni ľudia menej často trpia ulceróznou kolitídou, ktorá sa tiež objavuje ako dôsledok lokálneho zápalu. Rovnakým protizápalovým spôsobom prostredníctvom α7nAchR chráni obličky pred ischémiou, znižuje množstvo tumor nekrotizujúceho faktora alfa, rôznych chemokínov a tiež zabraňuje infiltrácii neutrofilov. Napriek tomu zostáva otázka narodenia detí so zvýšeným obsahom zápalových markerov otvorená.
Pokiaľ ide o genetiku, súčasné údaje naznačujú, že nikotín môže regulovať expresiu génov/proteínov zapojených do rôznych funkcií, ako sú ERK1/2, CREB a C-FOS, a tiež modulovať niektoré biochemické dráhy, napríklad s mitogénom - aktivovanou proteínkinázou A (MARK), signalizáciou fosfatidylinozitolfosfatázy, signálnym rastovým faktorom a ubikvitín-proteazómovými dráhami. Tri gény spojené so závislosťou od nikotínu sú estrogénový receptor 1 (ESR1), arrestin beta 1 (ARRB1) a ARRB2. ESR1 ako špecifický jadrový receptor pohlavného hormónu je široko rozšírený v dopaminergných neurónoch stredného mozgu a môže modulovať uvoľňovanie neurotransmiterov systému odmeňovania mozgu. Okrem toho ESR1 zohráva dôležitú úlohu aj v procese apoptózy. ARRB1 a ARRB2 sú široko používané ako stavebné proteíny. Môžu regulovať viaceré intracelulárne signálne proteíny zapojené do proliferácie a diferenciácie buniek a zohrávajú rozhodujúcu úlohu v mitogénnych a anti-apoptotických vlastnostiach nikotínu. Experimenty sa uskutočnili na potkanoch s expozíciou nikotínu a následným náhlym prerušením jeho príjmu (3,2 mg/kg/deň, 14 dní): nepoškodené samice vykazovali úzkosť a zvýšenie expresie génov CRF, UCN a DRD1. Počas podávania nikotínu intaktné samice vykazovali pokles expresie génov CRF-R1, CRF-R2, Drd3, Esr2 a zvýšenie CRF-BP. Tento vzorec výsledkov chýbal u samíc s ovariektómiou.
Tieto procesy sú lokalizované v nucleus accumbens. Inými slovami, po ukončení podávania nikotínu sa v nucleus accumbens aktivovali gény súvisiace so stresom. Vzťah k nikotínu pomerne významne určuje aj jednonukleotidový polymorfizmus v géne rs16969968, géne kódujúcom α5 podjednotku acetylcholínového receptora. Skúmané osoby mali pravidelne fajčiť cigarety s obsahom nikotínu (0,60 mg) a placeba (<0,05 mg). Homozygoti, ktorí boli nositeľmi analyzovanej alely (G: G), vykazovali výrazne znížený objem dymenia, zatiaľ čo nositelia polymorfných alel (A: G alebo A: A) vdychovali rovnaký objem placeba aj skutočných cigariet. Získané údaje naznačujú, že objem dúšku môže byť užitočnejším objektívnym fenotypovým kritériom ako počet cigariet za deň.
Keďže nikotín má priamy účinok na centrálny nervový systém, ľudia začali hľadať príčinu a našli ju. A dokonca ani jeden. Svoju úlohu zohrali aj všadeprítomní genetici: keď k situácii pristúpili zo svojej strany, našli oveľa viac ako jeden gén súvisiaci s rozvojom závislosti od nikotínu. Molekulárni biológovia nezaostávali - objekty svojej pozornosti našli v centrálnej nervovej sústave aj mimo nej.
Jedným z najpopulárnejších dôvodov je podobnosť nikotínu s acetylcholínom. Väčšina nAChR v centrálnom nervovom systéme sa nachádza presynapticky a moduluje uvoľňovanie acetylcholínu, dopamínu, serotonínu, glutamátu, kyseliny gama-aminomaslovej (GABA) a noradrenalínu. nAChR sa môžu nachádzať aj postsynapticky, napríklad na dopaminergných neurónoch vo ventrálnej tegmentálnej oblasti (VTA). Dva najčastejšie exprimované nAChRs v mozgu sú α4β2 alebo α7 nAChRs. Stimulácia α4β2 nAChRs nachádzajúcich sa na dopaminergných neurónoch vo ventrálnej tegmentálnej oblasti mení ich produkciu neurotransmiterov z tonického na fázický režim. Táto udalosť vedie napríklad k zvýšeniu uvoľňovania dopamínu v priľahlých jadrách aj vo ventrálnej tegmentálnej oblasti, ktorá je začiatkom mezokortikálnych a mezolimbických dopamínových dráh. Ventrálna tegmentálna oblasť je široko zapojená do systémov odmeňovania, resp. je to zhluk mnohých nervových dráh.
Hipokampus.
Hipokampus je súčasťou limbického systému. Podieľa sa na tvorbe emócií, udržiavaní pozornosti, ukladaní krátkodobej pamäte a jej preklade do dlhodobej pamäte. Tvorí aj priestorovú pamäť, vďaka ktorej sa lepšie orientujeme v teréne a nájdeme najkratšiu cestu k cieľu. Zároveň plní aj opačné funkcie: zabúda, filtruje potrebné od nepotrebných informácií. Stojí za zmienku, že jedným z prvých diagnostických príznakov Alzheimerovej choroby je úbytok objemu tkaniva hipokampu. Táto krásna štruktúra exprimuje veľké množstvo nAchR (s ich aktiváciou súvisí synaptická plasticita a dlhodobá aktivita hipokampu): účinok nikotínu na tieto receptory napodobňuje pôsobenie normálneho mediátora. Hipokampus dostáva cholinergné aferentné projekcie z dentálneho gyrusu, bazálnych jadier, frenuly (habenula) a tegmentálnej oblasti. Okrem toho sa ukázalo, že v hipokampe sú exprimované glukokortikoidné receptory, ako aj celý zväzok metabotropných glutamátových receptorov, ktoré sa podľa účinku delia na AMPA a NMDA, ako aj podľa vplyvu na excitáciu na 3 skupiny: prvá skupina - mGlu1, mGlu5; druhá skupina - mGlu2, mGlu3; tretia skupina - mGlu4, mGlu6, mGlu7, mGlu8.
Stimulácia týchto receptorov má na neuróny excitačný účinok, navyše so zvýšeným obsahom Ca2+. Hustota ionotropných glutamátových AMPA a NMDA receptorov je tam ešte vyššia. Je zaujímavé, že metabotropné receptory regulujú činnosť ionotropných, aktivujú vnútrobunkové signálne kaskády vedúce k modifikácii iných proteínov, napríklad iónových kanálov. To môže v konečnom dôsledku zmeniť excitabilitu synapsie, napríklad inhibíciou neurotransmisie, alebo moduláciou či dokonca indukciou postsynaptických reakcií: prvá skupina zvyšuje aktivitu NMDA receptorov a riziko excitotoxicity, skupiny 2 a 3 tieto procesy inhibujú. Excitotoxicita je patologický proces, ktorý vedie k poškodeniu a smrti nervových buniek pod vplyvom neurotransmiterov, ktoré môžu hyperaktivovať NMDA a AMPA receptory. Nadmerný prísun vápnika do bunky zároveň aktivuje množstvo enzýmov (fosfolipázy, endonukleázy, proteázy), ktoré ničia cytosolické štruktúry. Nadmerný príjem vápnika vedie aj k spusteniu apoptózy buniek, ktorá nepochybne zohráva úlohu v patogenéze rôznych neurodegeneratívnych ochorení.
Okrem toho hipokampus exprimuje orexínové receptory prvého typu (OX1) (na orexíny vylučované hypotalamom a zohrávajúce jednu z kľúčových úloh v regulácii spánku/bdelosti a tiež celkového metabolizmu), ako aj receptory pre leptín, preto budú opísané v kontexte hypotalamu. Existujú práce, ktoré dokazujú, že akútny a chronický príjem nikotínu zlepšuje pracovnú pamäť a blokáda receptorov, naopak, spôsobuje oslabenie asimilácie a zapamätania informácií u pokusných osôb. Okrem týchto pozorovaní sa niektoré kognitívne príznaky Alzheimerovej choroby zlepšujú klinickým užívaním inhibítorov acetylcholínesterázy. Zvýšené hladiny nikotínu však nemajú selektívny vplyv na nAChR a existujú dôkazy o zapojení oboch (nikotínových aj muskarínových) receptorov do procesov učenia a pamäti.
Hybridizáciou mRNA sa zistilo, že podjednotky α7 a β2 sú exprimované vo väčšom počte ako ostatné, hoci vo všeobecnosti sú prítomné všetky typy podjednotiek. Zároveň je ich expresia vyššia v rámci interneurónov, avšak ukázalo sa, že väčšina pyramídových vysoko vykazuje tieto podjednotky. Je to dôležité, pretože práve zloženie nAChRs diktuje ich farmakologické vlastnosti a určuje priebeh zmien membránového potenciálu vrátane relatívnej veľkosti zmien intracelulárneho Ca2+. Prílev vápnika zvonku stimuluje jeho uvoľňovanie z intracelulárnych zásob. To je úloha nikotínu ako regulátora a v prípade potreby aj zosilňovača uvoľňovania neurotransmitera. Hoci nAChRs sú iónové kanály pre Na+ aj K+, práve zvýšenie koncentrácie intracelulárneho vápnika ovplyvňuje uvoľňovanie transmiterov: dochádza k zvýšeniu glutamátu, zníženiu GABA a zvýšeniu hladiny adrenalínu.
Zaujímavé je, že kombinácia nikotínom indukovaného presynaptického uvoľňovania glutamátu a postsynaptickej depolarizácie (prostredníctvom samotného nikotínu) poskytuje stabilné a vysoké zvýšenie koncentrácie intracelulárneho vápnika, ktoré zabezpečuje povestnú synaptickú plasticitu.
Na postsynaptickom neuróne sú okrem iného exprimované ionotropné glutamátové receptory AMPA a NMDA. Dve formy dlhodobej potenciácie (LTP) závislej od NMDA v hipokampálnych synapsách oblasti C1 možno klasifikovať podľa ich citlivosti na inhibítory proteínkinázy A (PKA). Hladina PKA zohráva kľúčovú úlohu pri tvorbe dlhodobej pamäte, za ktorú je zodpovedný hipokampus. Molekulárne mechanizmy pôsobenia nikotínu na tvorbu pamäte zatiaľ neboli úplne objasnené, ale existujú určité závery: krátkodobá pamäť sa odhaduje v časovom intervale do 2 hodín po tréningu, dlhodobá pamäť presahuje 4. Pri vystavení nikotínu sa teda merala hladina PKA v rôznych časových intervaloch a ukázalo sa, že sa takmer nemení od počiatočnej úrovne do 2 - 3 hodín. Ale práve po 4 hodinách sa pomerne prudko zvýšila. Zvýšenie sa zaznamenalo aj po 8 a 24 hodinách.
Závislosť hladiny proteínkinázy A od času, ktorý uplynul od podania nikotínu (vľavo - zadný hipokampus, vpravo - predný hipokampus). V experimente sa podával fyziologický roztok a nikotín: ST, NT - podanie fyziologického roztoku a nikotínu s následným tréningom, SH, NH - zavedenie nikotínu a fyziologického roztoku s následným udržiavaním za normálnych podmienok.
Naznačilo sa teda, že nikotín stimuluje dlhodobú pamäť, hoci nie je celkom jasné, ako presne: či sa zameriava na krátkodobú pamäť, ktorá následne posilňuje dlhodobú pamäť, alebo ju priamo ovplyvňuje. Jedno je však isté - nikotín potencuje akumuláciu, ukladanie a reprodukciu informácií z dlhodobej pamäte. Dokazuje to aj meranie hladiny extracelulárne regulovaných signálnych kináz (ERK½), ktoré naopak zohrávajú jednu z hlavných úloh pri tvorbe pamäte, a ich inhibícia neumožňuje nikotínu modulovať hipokampus, čo opäť potvrdzuje ich úlohu pri tvorbe pamäte. Všetky vysvetlenia zatiaľ smerujú k tomu, že receptory α4β2 sú v hipokampe exprimované vo veľkom množstve a prechádzajú dovnútra vápnika, ktorý spôsobuje nielen depolarizáciu, ale v niektorých prípadoch slúži aj ako intracelulárny posol, ktorý aktivuje signálne dráhy zahŕňajúce PKA a ERK½, čo vedie k vyššie uvedeným účinkom.
Po prenose vzrušujúceho signálu teda nasleduje zvýšenie intracelulárneho vápnika, čo posilňuje všetky funkcie hipokampu. Aj úloha nikotínu v modulácii kognitívnych procesov je podmienená indukciou oscilácií gama frekvencie v kôre (30 - 80 Hz) prostredníctvom nikotínových receptorov. Podobný účinok zabezpečuje aktivácia kainátových receptorov: to koreluje so zlepšením učenia, pamäti a pozornosti. Zároveň stimulácia D3-receptorov na dopamín tento rytmus inhibuje. A vo všeobecnosti ich stimulácia pôsobí "opačne" ako acetylcholín, spôsobuje kognitívnu depresiu, zhoršenie pracovnej pamäte a všeobecne sa podozrieva ako jedna z príčin Alzheimerovej choroby, schizofrénie a Parkinsonovej choroby. Antagonisti týchto receptorov sa v niektorých prípadoch používajú ako antipsychotiká.
Okrem nAChR sú v hipokampe exprimované aj glukokortikoidné receptory: nikotín aktivuje sympatikový systém, pod jeho vplyvom sa aktivujú nadobličky, ktoré uvoľňujú povestné glukokortikoidy. Okrem ich známych úloh, ako je zvyšovanie krvného tlaku, hladiny glukózy v krvi a srdcovej frekvencie, existuje ešte jeden zaujímavý účinok: glukokortikoidy zvyšujú citlivosť myokardu na katecholamíny, ale zároveň majú systémový účinok na katecholamínové receptory s množstvom ich ligandov, čím zabraňujú ich desenzibilizácii. Kainátové receptory tvoria iónové kanály priepustné pre sodíkové a draslíkové ióny. Množstvo sodíka a draslíka, ktoré môže prejsť kanálom za sekundu (ich vodivosť), je podobné kanálom AMPA receptora. Vzostup a pokles postsynaptických potenciálov generovaných kainátovým receptorom však prebieha pomalšie ako u receptora AMPA. Kainátové receptory zohrávajú úlohu najmä na extrasynaptických membránach, axónoch. Aktivácia týchto extrasynaptických receptorov vedie k facilitácii akčného potenciálu v hipokampálnych mechúrikoch a interneurónoch. K ich aktivácii dochádza rovnakým spôsobom ako pri NMDA - zvýšenie intracelulárneho vápnika na pozadí v dôsledku pôsobenia nAChRs, ako aj iných ionotropných glutamátových receptorov všeobecne, čo, samozrejme, spôsobuje "dynamickejšiu" činnosť neurónov.
Existujú dôkazy, že fajčenie inhibuje MAO, ukázalo sa však, že ju inhibujú aj iné produkty spaľovania tabaku, hoci nie je zrejmé ktoré. Napriek tomu, ak sa nikotín podáva fajčením, inhibícia MAO je zrejmá tak či tak. Preto môžeme hovoriť o účinku aj na metabotropné serotonínové receptory 5-HT4, ktoré sú v hipokampe prítomné v malom počte. Presnejšie, nemali by sme hovoriť o samotných receptoroch, ale o inhibícii odbúravania serotonínu, ktorá sprostredkovala jeho účinky. V hipokampe sa nachádza aj mnoho kanabinoidných receptorov. Ak sa chceme o nich dozvedieť viac, môžeme sa odvolať na štúdiu, ktorá ukázala, že aktivácia kanabinoidných receptorov prispieva k zvýšenej produkcii acetylcholínu v tých neurónoch, kde sú spoločne exprimované - hlavne v kôre, hipokampe, striate. Účinok nikotínu teda spôsobuje zníženie inhibície hipokampálnych neurónov. Pravidelné vystavenie nikotínu spôsobuje aj zvýšenie počtu receptorov. Preto po prerušení príjmu nikotínu dochádza k útlmu hipokampu. V dôsledku toho dochádza k zníženiu koncentrácie, pozornosti, zhoršeniu pamäti, poruchám nálady a metabolizmu a poruchám cyklov spánok/bdenie.
Prefrontálna kôra.
Dorzálna prefrontálna kôra je najviac prepojená s oblasťami mozgu, ktoré sú zodpovedné za pozornosť, kognitívnu činnosť a motoriku, zatiaľ čo ventrálna prefrontálna kôra je prepojená s oblasťami mozgu zodpovednými za emócie. Mediálna prefrontálna kôra sa podieľa na vytváraní tretej a štvrtej fázy pomalého spánku (tieto fázy sa označujú ako "hlboký spánok") a jej atrofia je spojená so znížením pomeru času hlbokého spánku a celkového času spánku. To spôsobuje zhoršenie konsolidácie pamäte, t. j. jej prenosu z krátkodobej do dlhodobej. Jednou zo základných funkcií prefrontálnej kôry je komplexné riadenie mentálnej a motorickej činnosti v súlade s vnútornými cieľmi a plánmi. Zohráva významnú úlohu pri vytváraní zložitých kognitívnych štruktúr a akčných plánov, rozhodovaní, kontrole a regulácii vnútorných činností aj vonkajších činností, ako je sociálne správanie a interakcia.
Riadiace funkcie prefrontálnej kôry sa prejavujú v diferenciácii protichodných myšlienok a motívov a voľbe medzi nimi, diferenciácii a integrácii objektov a pojmov, predvídaní dôsledkov tejto činnosti a jej prispôsobovaní v súlade s požadovaným výsledkom, emocionálnej regulácii, kontrole vôle, koncentrácii pozornosti na potrebné objekty. Prefrontálna kôra je silne prepojená s limbickým systémom, hoci k nemu celkom nepatrí: je viac "racionálna". Vysiela zakazujúce signály, ktoré jej pomáhajú udržať limbický systém pod kontrolou. Inými slovami, určuje možnosť myslieť racionálne, a nie len pomocou emócií. Keď dôjde k zníženiu aktivity alebo poškodeniu tejto oblasti mozgu, najmä v jeho ľavej časti, prefrontálna kôra už nie je schopná správne ovplyvňovať limbický systém, a to môže spôsobiť zvýšenú náchylnosť k depresii, ale len vtedy, ak sa limbický systém stane hyperaktívnym. Klasickým príkladom môžu byť pacienti, ktorí utrpeli krvácanie do ľavého čelného mozgového laloku. U šesťdesiatich percent týchto pacientov sa v priebehu prvého roka po cievnej mozgovej príhode vyvinie ťažká depresia. V tejto súvislosti sa ukazuje súvislosť medzi fajčením a depresiou, poruchou pozornosti a podobnými poruchami. Prefrontálna kôra má tiež vzájomné prepojenia s kmeňovým aktivačným systémom a fungovanie prefrontálnych oblastí silne závisí od rovnováhy aktivácia/inhibícia. Prefrontálna kôra je bohatá na acetylcholínové receptory, D4, glutamát a GABA. Faktom je, že prefrontálna kôra vykonáva mnoho komplexných funkcií, treba ich dať dokopy a usporiadať, preto sa oplatí niekde glutamát alebo acetylcholín aktivovať a inde ich spomaliť.
Amygdala.
Vďaka spojeniu s hypotalamom ovplyvňuje amygdala endokrinný systém, ako aj reprodukčné správanie. Funkcie amygdaly sú spojené so zabezpečovaním obranného správania, vegetatívnych, motorických, emocionálnych reakcií, motiváciou podmieneného reflexného správania. Je zrejmé, že priamo súvisia s náladou človeka, jeho pocitmi, inštinktmi a prípadne aj so spomienkami na nedávne udalosti. Amygdala reaguje mnohými svojimi jadrami na zrakové, sluchové, interoceptívne, čuchové, kožné podráždenia. Všetky tieto podráždenia ovplyvňujú aktivitu jadier amygdaly, t. j. jadrá amygdaly sú polysenzorické. Reakcia jadra na vonkajšie podnety trvá spravidla do 85 ms, t. j. podstatne kratšie ako reakcia novej kôry na takéto podnety. Amygdala zohráva dôležitú úlohu pri tvorbe emócií.
U ľudí a zvierat sa táto podkorová mozgová štruktúra podieľa na tvorbe negatívnych (strach) aj pozitívnych emócií (radosť), na tvorbe pamäte, najmä recentnej a asociačnej. Poruchy vo fungovaní amygdaly spôsobujú u ľudí rôzne formy patologického strachu, agresivity, depresie, posttraumatického šoku. Amygdala je bohatá na glukokortikoidné receptory, a preto je obzvlášť citlivá na stres. Nachádzajú sa tu aj delta (δ) opioidné receptory (DOP) zodpovedné za analgéziu, antidepresívne účinky, fyzickú závislosť a kappa-opioidné receptory (KOP), ktoré spôsobujú aforiu, myózu, inhibíciu produkcie ADH. Pri aktivácii opioidného receptora dochádza k inhibícii adenylátcyklázy, ktorá hrá dôležitú úlohu pri syntéze sekundárneho posla cAMP (cAMP), ako aj pri regulácii iónových kanálov. Uzavretie potenciálne závislých vápnikových kanálov v presynaptickom neuróne vedie k zníženiu uvoľňovania excitačných neurotransmiterov (napríklad glutamátu). A aktivácia draslíkových kanálov v postsynaptickom neuróne vedie k hyperpolarizácii membrány. Tým sa znižuje citlivosť neurónu na excitačné neurotransmitery. Systémové podávanie nikotínu spôsobuje uvoľňovanie endogénnych opioidov (endorfínov, enkefalínov a dinorfínov).
Okrem toho systémové podávanie nikotínu vyvoláva uvoľňovanie metionín-enkefalínu v dorzálnych rohoch miechy. Nikotín má teda akútne neurofyziologické účinky vrátane antinociceptívneho účinku a má tiež schopnosť aktivovať os hypotalamus-hypofýza-nadobličky (HPA). Zapojenie endogénneho opioidného systému do analgézie je sprostredkované α4β2 a α7 nAChRs, zatiaľ čo aktivácia osi HPA je sprostredkovaná α4β2, nie α7. To vedie výskumníkov k presvedčeniu, že účinky nikotínu na endogénny opioidný systém sú sprostredkované α7, a nie α4β2. Antagonista opioidných receptorov naloxón (NLX) spôsobuje po opakovanom podávaní nikotínový abstinenčný syndróm a nikotínový abstinenčný syndróm vyvolaný NLX je inhibovaný zavedením antagonistu opioidných receptorov. Odstúpenie od nikotínu vyvolané NLX je tiež inhibované podaním antagonistu α7, ale nie antagonistu α4β2. Súhrnne tieto údaje naznačujú, že analgéziu vyvolanú NLX a vznik fyzickej závislosti sprostredkúvajú endogénne opioidné systémy, a to prostredníctvom a7 nAchRsF. Glutamátové AMPA receptory, ako aj receptory pre oxytocín, aktivácia amygdaly prostredníctvom jej receptorov a samotný fakt aktivácie amygdaly spôsobujú rovnaké účinky: zníženie úzkosti a podporu sociálnych interakcií, stimulačný účinok. Je zaujímavé, že receptory pre neuropeptid Y modulujú činnosť GABA a NMDA receptorov, čo má v konečnom dôsledku už spomínaný stimulačný účinok.
V amygdale je vysoká hustota D1 receptorov spojených s G-proteínmi a aktivujúcich adenylátcyklázu. Majú tiež postsynaptickú inhibíciu, čo je výborná "poistka" vzhľadom na to, že nadmerná stimulácia amygdaly v podmienkach depresie a chronického stresu je spojená so zvýšenou úzkosťou a agresivitou. Je to práve kvôli tvorbe emócií v reakcii na podanie nikotínu a tvorbe pamäte, reakcií, reflexov. Amygdala zohráva dôležitú úlohu pri závislosti od nikotínu a sprostredkovaní jeho účinkov.
Hypotalamus.
Posledným z najdôležitejších cieľov nikotínu v centrálnom nervovom systéme je hypotalamus. Kontakt s nikotínom aktivuje neuróny POMK, ktoré podľa článku v časopise Science svojou aktiváciou znižujú chuť do jedla. Takisto sa POMK neuróny podieľajú na analgetických reakciách, ktoré boli opísané vyššie. Okrem toho nikotín zvyšuje vylučovanie neuropeptidu Y. O tomto neuropeptide však nie je všetko jasné, čomu sa budeme venovať ďalej. Hypotalamus exprimuje aj receptory pre leptín, pre orexíny (OX2) a okrem toho vylučuje aj orexíny. Orexíny (známe aj ako hypokretíny 1 a 2) zohrávajú úlohu pri regulácii chuti do jedla, spánku a závislosti od niektorých omamných látok. Ak je orexínov nedostatok, vzniká narkolepsia a obezita, a to napriek tomu, že môže dôjsť k strate chuti do jedla. Ak je orexínov naopak nadbytok, vyskytuje sa nespavosť a anorexia. Aktivita orexínov súvisí aj s metabolickými procesmi (lipolýzou), zvýšeným krvným tlakom, a dokonca s procesmi regulácie menštruačného cyklu u žien a regulácie expresie génov v Sertoliho bunkách u mužov. Zdá sa, že reagujú aj na hladinu glukózy v krvi.
Bolo preukázané, že chronický príjem nikotínu zvyšuje hladinu orexínov, hoci nie je zrejmé ako. Autori sa obmedzujú na názor, že k účinku dochádza prostredníctvom mechanizmu závislého od α4β2, ktorý bol odhalený viacerými metódami imunohistochémie. Hlavným ukazovateľom bola hladina podjednotiek MRNA nikotínového receptora. Osobne by som predpokladal, že to všetko je spôsobené aktiváciou orexínových neurónov (mimochodom, nie je ich až tak veľa, len niekoľko tisíc na mozog, majú však projekcie do iných dôležitých zón).
Treba spomenúť, že príjem nikotínu spôsobuje uvoľňovanie noradrenalínu z paraventrikulárneho jadra hypotalamu. Mimochodom, to isté sa súčasne stane v amygdale prostredníctvom NMDA potenciácie a prostredníctvom kaskád zahŕňajúcich oxid dusnatý. Keďže hypotalamus je veľmi úzko prepojený s hypofýzou, bude nevyhnutné poznamenať, že pri pokusoch o interakciu hypofýzy s nikotínom sa nakoniec zistilo, že oxytocín sa uvoľňuje oddelene od vazopresínu a že nikotín špecificky spôsobuje zvýšenie uvoľňovania druhého menovaného. Táto informácia bola pre ľudstvo významná - vysvetľovali sa tým nejasné účinky: intrakarotické alebo intravenózne podanie nikotínu bolo sprevádzané zvýšením krvného tlaku a intraspinálne podanie malých dávok bolo sprevádzané jeho znížením, k týmto účinkom sa vrátime v ďalšej časti článku.
"Periférne" účinky nikotínu.
Je známe, že nikotín aktivuje sympatikový systém a vo všeobecnosti sú predvídateľné všetky nasledujúce udalosti: zvýšenie krvného tlaku, zvýšenie srdcovej frekvencie, zvýšenie pohyblivosti a úzkosti v dôsledku produkcie glukokortikoidov nadobličkami. Glukokortikoidy majú pritom vlastnosť regulovať zápal a imunitnú odpoveď. Zvyšujú neutrofilopoézu a zvyšujú obsah neutrofilných granulocytov v krvi. Zvyšujú tiež odpoveď vývoja neutrofilných buniek v kostnej dreni na rastové faktory G-CSF a GM-CSF a na interleukíny, znižujú škodlivý účinok ožarovania a chemoterapie zhubných nádorov na kostnú dreň a znižujú stupeň neutropénie spôsobenej týmito účinkami. Z tohto dôvodu sa glukokortikoidy široko používajú v medicíne pri neutropénii spôsobenej chemoterapiou a rádioterapiou a pri leukémiách a lymfoproliferatívnych ochoreniach. Tým to však nekončí: acetylcholín je pregangliový mediátor v sympatikovom systéme, ktorý spôsobuje uvoľňovanie adrenalínu a jeho sympatikové účinky. Inhibujú aktivitu rôznych enzýmov ničiacich tkanivá - proteáz a nukleáz, matrixových metaloproteináz, hyaluronidázy, fosfolipázy A2 a ďalších, inhibujú syntézu prostaglandínov, kinínov, leukotriénov a ďalších mediátorov zápalu z kyseliny arachidónovej. Znižujú tiež priepustnosť tkanivových bariér a cievnych stien, inhibujú exsudáciu tekutiny a bielkovín do ložiska zápalu, migráciu leukocytov do ložiska (chemotaxiu) a proliferáciu spojivového tkaniva v ložisku, stabilizujú bunkové membrány, inhibujú peroxidáciu lipidov, tvorbu voľných radikálov v ložisku zápalu a mnohé ďalšie procesy, ktoré zohrávajú úlohu pri rozvoji zápalu. Prejav imunostimulačných alebo imunosupresívnych účinkov závisí od koncentrácie glukokortikoidných hormónov v krvi. Faktom je, že subpopulácia T-supresorov je výrazne citlivejšia na tlmivé účinky nízkych koncentrácií glukokortikoidov ako subpopulácie T-helperov a T-killerov, ako aj B-buniek.
. Za zmienku stojí aj to, že keďže nikotín má najmä vazokonstrikčný účinok, niektoré problémy môžu priamo súvisieť s nedostatočným prekrvením plodu u tehotných žien. Existuje súvislosť medzi fajčením počas tehotenstva a rozvojom obezity u dieťaťa v priemere vo veku 9 rokov. Nie je známe, či je to spôsobené účinkom nikotínu na vyvíjajúci sa hypotalamus, a teda poruchami endokrinného systému, ale zatiaľ je táto hypotéza najčastejšia. Potvrdeným príkladom endokrinologického účinku nikotínu špecificky (vo všetkých prezentovaných experimentoch sa tehotným/kojacim ženám rôznymi spôsobmi podávajú soli nikotínu) na plod môže byť skutočnosť, že spôsobuje poruchy činnosti prištítnych teliesok plodu spolu so zvýšením činnosti buniek štítnej žľazy. Spolu s aktiváciou sympatikového systému matky aj plodu to môže vysvetľovať, prečo sú deti matiek, ktoré sú vystavené nikotínu, často hyperaktívne, náladové a podráždené. Tento účinok zostáva zjavný počas prvého mesiaca života u potkanov, ale žiadne ďalšie štúdie sa neuskutočnili.
V súvislosti s hyperaktivitou v ranom veku vznikajú ďalšie problémy: aktivita neuronálnych promótorov je potlačená; dieťa nadmerne plače, potom je apatické a letargické; bledosť; v závažných prípadoch má dieťa nedostatok spánku; oneskorené problémy s pamäťou a učením (podobne ako hyperaktivita, aj astma u detí sa považuje za spôsobenú nikotínom. Vyskytuje sa však aj u detí matiek, ktoré počas tehotenstva zažili stres).
Nikotín tiež spôsobuje zvýšenie počtu dopaminergných neurónov a dopamínových receptorov v prenatálnom období, čo nie je pozitívna udalosť pre plod: po narodení sa skôr či neskôr (počas dojčenia a po jeho prerušení, pričom matka v konzumácii nikotínu pokračuje) jeho príjem ukončí, množstvo dopamínu sa zníži, a to by bolo škodlivé pre všetkých zúčastnených. Matkám vystaveným nikotínu sa rodia deti so zníženou telesnou hmotnosťou. To však nie je také zaujímavé ako skutočnosť, že majú aj zvýšený obsah TGF-β a oxidu dusnatého - markerov zápalu. Oxid dusnatý sa pravdepodobne uvoľňuje mechanizmom, o ktorom sa hovorí v článku. K oneskoreným dôsledkom patrí aj skutočnosť, že potomkovia "užívateľov nikotínu" majú väčšiu pravdepodobnosť vytvorenia hypertenzného fenotypu: prenatálne vystavenie nikotínu aktivuje mechanizmus metylácie DNA, ktorý reguluje expresiu génov receptora angiotenzínu-II (AT-1aR, ale nie AT-1bR).
Oxidačný stres a apoptóza v dôsledku užívania nikotínu.
V cigaretovom dyme sa nachádzajú monoxidy dusíka a uhlíka, ako aj množstvo ďalších látok (medzi nimi sú práve látky zo zoznamu registra karcinogénov). Nachádzajú sa tu aj živice, ktoré jednoducho neumožňujú, aby v pľúcach normálne prebiehala výmena plynov. K apoptóze dochádza konkrétne v dôsledku aktivácie kaspázy-3 aktívnymi formami kyslíka; mimochodom, túto kaskádu úspešne blokuje kyselina askorbová. Samotný nikotín nie je na zozname karcinogénnych látok a nielenže nespôsobuje apoptózu, ale jej aj zabraňuje. Má skôr cytoprotektívny účinok, najmä na neuróny. Samotné fajčenie je akýmsi imunosupresívnym faktorom a potlačením imunitnej odpovede sa zvyšuje riziko vzniku rôznych nádorov.
Procesy dysplázie vznikajú u pacientov s anamnézou fajčenia v dôsledku toho, že živice sa usadzujú na stenách priedušiek, alveol, sťažuje sa výmena plynov - a potom sa bunky začnú množiť. Okrem toho existuje štúdia, ktorá dokazuje, že ak človek pokračuje vo fajčení počas chemoterapie/rádioterapie, účinnosť liečby sa výrazne znižuje v dôsledku rezistencie vyvolanej nikotínom. Potlačením imunitného systému nikotín a iné produkty spaľovania tabaku zvyšujú riziko množenia už existujúcich rakovinových buniek, nech sú kdekoľvek. Okrem toho nádorové bunky žijú najmä z glykolýzy, takže zúženie ciev spôsobuje hypoxiu orgánu, zhoršenie jeho funkcie, pričom sa v ňom darí rakovinovým bunkám. Najčastejším nádorovým ochorením u fajčiarov je rakovina pľúc, pretože práve tam sa okrem nikotínu usadzujú aj hlavné produkty spaľovania.
Okrem iného je veľmi zaujímavý vplyv nikotínu na imunitný systém. Na túto tému môžete nájsť rôzne vyjadrenia, ktoré vás môžu ľahko zmiasť. Skúsme sa v tom zorientovať nikotín znižuje systémovú imunitu, ale zvyšuje lokálnu imunitu - napríklad nikotín sa používa pri Crohnovej chorobe, teda kolitíde spôsobenej toxínom Clostridium Difficile (ale nie pri ileitíde), pričom zvyšuje hladinu IL-4, substancie P a ďalších prozápalových peptidov. V prípade popálenín však znižuje množstvo prozápalových cytokínov, ktoré sa nadmerne tvoria pri termických poraneniach (máme na mysli kontrolné skupiny, ktoré mali popáleniny aspoň 30 % povrchu tela, takže prozápalová reakcia mala systémový charakter). Toll-like receptory zohrávajú dôležitú úlohu pri vzniku sepsy, intraperitoneálnym podaním nikotínu (400 µg/kg) sa zistilo, že inhibuje tieto receptory prostredníctvom a7nAchR aktiváciou fosfoinozitid-3 kinázy. Hoci je diskutabilné, či je to v prítomnosti infekcie dobré alebo zlé. Prostredníctvom toho istého a7nAchR, čo je dosť prekvapujúce, znižuje priebeh obezity.
Okrem toho fajčiaci diabetici/obézni ľudia menej často trpia ulceróznou kolitídou, ktorá sa tiež objavuje ako dôsledok lokálneho zápalu. Rovnakým protizápalovým spôsobom prostredníctvom α7nAchR chráni obličky pred ischémiou, znižuje množstvo tumor nekrotizujúceho faktora alfa, rôznych chemokínov a tiež zabraňuje infiltrácii neutrofilov. Napriek tomu zostáva otázka narodenia detí so zvýšeným obsahom zápalových markerov otvorená.
Pokiaľ ide o genetiku, súčasné údaje naznačujú, že nikotín môže regulovať expresiu génov/proteínov zapojených do rôznych funkcií, ako sú ERK1/2, CREB a C-FOS, a tiež modulovať niektoré biochemické dráhy, napríklad s mitogénom - aktivovanou proteínkinázou A (MARK), signalizáciou fosfatidylinozitolfosfatázy, signálnym rastovým faktorom a ubikvitín-proteazómovými dráhami. Tri gény spojené so závislosťou od nikotínu sú estrogénový receptor 1 (ESR1), arrestin beta 1 (ARRB1) a ARRB2. ESR1 ako špecifický jadrový receptor pohlavného hormónu je široko rozšírený v dopaminergných neurónoch stredného mozgu a môže modulovať uvoľňovanie neurotransmiterov systému odmeňovania mozgu. Okrem toho ESR1 zohráva dôležitú úlohu aj v procese apoptózy. ARRB1 a ARRB2 sú široko používané ako stavebné proteíny. Môžu regulovať viaceré intracelulárne signálne proteíny zapojené do proliferácie a diferenciácie buniek a zohrávajú rozhodujúcu úlohu v mitogénnych a anti-apoptotických vlastnostiach nikotínu. Experimenty sa uskutočnili na potkanoch s expozíciou nikotínu a následným náhlym prerušením jeho príjmu (3,2 mg/kg/deň, 14 dní): nepoškodené samice vykazovali úzkosť a zvýšenie expresie génov CRF, UCN a DRD1. Počas podávania nikotínu intaktné samice vykazovali pokles expresie génov CRF-R1, CRF-R2, Drd3, Esr2 a zvýšenie CRF-BP. Tento vzorec výsledkov chýbal u samíc s ovariektómiou.
Tieto procesy sú lokalizované v nucleus accumbens. Inými slovami, po ukončení podávania nikotínu sa v nucleus accumbens aktivovali gény súvisiace so stresom. Vzťah k nikotínu pomerne významne určuje aj jednonukleotidový polymorfizmus v géne rs16969968, géne kódujúcom α5 podjednotku acetylcholínového receptora. Skúmané osoby mali pravidelne fajčiť cigarety s obsahom nikotínu (0,60 mg) a placeba (<0,05 mg). Homozygoti, ktorí boli nositeľmi analyzovanej alely (G: G), vykazovali výrazne znížený objem dymenia, zatiaľ čo nositelia polymorfných alel (A: G alebo A: A) vdychovali rovnaký objem placeba aj skutočných cigariet. Získané údaje naznačujú, že objem dúšku môže byť užitočnejším objektívnym fenotypovým kritériom ako počet cigariet za deň.
Last edited by a moderator: