WERKING VAN HET ZENUWSTELSEL

Om de werking van psychopharmaca, de pharmaca die op onze hersenen inwerken en daarmee onze geest beïnvloeden, te begrijpen is enig inzicht in de werking en de bouw van hersenen noodzakelijk. Derhalve eerst iets over hersenen.

Hersenen worden veelvuldig vergeleken met computers. Punt van overeenkomst is b.v. dat in beide informatie-verwerkende systemen de informatie gedragen wordt door electriciteit. Echter, de elementen waaruit een computer is opgebouwd, zijn aan elkaar gekoppeld: de computer is een continu systeem. Onze hersenen daarentegen zijn opgebouwd uit zenuwcellen, neuronen genaamd, die niet aan elkaar vastzitten: onze hersenen zijn discontinu. Ons brein bevat circa 10 000 000 000 van deze neuronen en bovendien een veelvoud daarvan

aan steuncellen welke glia‑cellen worden genoemd. Elke zenuwcel staat met circa 10 000 andere in verbinding waardoor ze samen een netwerk vormen vergeleken waarmee de meest geavanceerde supercomputer slechts een rudiment is.

Neuronen bestaan uit een cellichaam met een lange uitloper, axon genoemd, die contact maakt met de dendrieten van andere neuronen.

fig. 1 Schema van twee neuronen

Het bijzondere van neuronen is het feit dat er een

potentiaalverschil bestaat tussen de binnenkant en de buitenkant van de cel als gevolg van verschillen in de

concentratie van Natrium en Kalium ionen. Buiten de cel bevinden zich veel Na‑ionen erin veel K‑ionen. Verstoring van deze verhouding heeft een verandering van het potentiaal-verschil tot gevolg. Deze verstoring kan zich als een soort golfbeweging langs het oppervlak van de zenuwcel verplaatsen. Zo'n zich verplaatsende verstoring wordt een actiepotentiaal genoemd.  Ze worden voortgeleid langs de lange uitlopers van die zenuwcellen de axonen en brengen op die wijze boodschappen over. Wanneer een actiepotentiaal aan het eind van het axon komt, springt daar geen vonk over naar de dendriet, maar wordt een stof vrijgemaakt die opgeslagen ligt blaasjes in het einde van het axon. Deze stof, een neurotransmitter, passeert de presynaptische membraan, drijft door de nauwe spleet tussen het axon en de dendriet van het volgende neuron, de synaps, en reageert met speciale moleculen in de celwand van het volgende neuron. Deze moleculen wordenreceptoren genoemd en liggen in de postsynaptische membraan. Zie figuren 2, 3 en 4.

Op elke zenuwcel zitten zo'n tienduizend synapsen waarvan er altijd wel een aantal actief is. Die activiteit veroorzaakt dus voortdurend zulke verstoringen van dat spanningsverschil.

Telkens wanneer de resultante van al die verstoringen een bepaalde grenswaarde overschrijdt, produceert de zenuwcel een nieuwe actiepotentiaal die langs de uitloper van die cel weer naar volgende synapsen wordt overgebracht.

Fig. 2. Electronenmicroscopische foto van een synaps

a. presynaptisch neuron met blaasjes

b. synaptische spleet

c. postsynaptische membraan

Nadat de neurotransmitter als een sleutel het slot van de deur heeft geopend wordt deze uit de receptor gestoten en hetzij afgebroken, hetzij voor hergebruik weer opgenomen in het axon-uiteinde. Dit laatste proces heet "re-uptake".

Stoffen die de re-uptake blokkeren, verhevigen het

Fig.3. De gang van de neurotransmitter in de synaps

Fig. 4. Electronenmicroscopische foto van een synaps

De pijlen geven blaasjes aan die hun inhoud,

neurotransmittermoleculen, in de synaptische

spleet uitstorten.

effect van de neurotransmitter, doordat deze dan in de synaptische spleet blijven en de receptoren kunnen blijven prikkelen.

De zenuwcel is dus een soort kleine rekenmachine die slechts kan optellen (als de verstoringen elkaar versterken) of aftrekken (als de verstoringen elkaar tegenwerken) en is daarin te vergelijken met een transistor in een computer.

Een voorbeeld mag dit proces verduidelijken. Iedereen kent de kniepeesreflex: een tikje op de kniepees doet het gebogen been strekken. Het onderliggende mechanisme is dat de tik van de hamer op de kniepees een  zintuigje in die pees prikkelt dat een signaal, een of een reeks actiepotentialen doorgeeft langs de zenuw naar een synaps in het ruggemerg. De neurotransmitter die daar vrijkomt prikkelt een volgende cel

waarvan de uitloper de actiepotentialen naar de spieren in het bovenbeen stuurt die vervolgens samentrekken zodat het been zich strekt. Zo gemakkelijk als het voor de arts is deze reflex bij eenieder op te wekken, zo moeilijk is het om dat bij zichzelf te doen. De reden is dat de concentratie van het individu die dat probeert komt ook in de vorm van een reeks tegenwerkende actiepotentialen afkomstig uit de grote hersenen op diezelfde ruggemergcel af en daar heffen deze het effect van de actiepotentialen uit het kniepeeszintuigje op: er gaan geen of zeer weinig actiepotentialen naar de bovenbeenspieren, het been blijft gebogen.

hersenen

motorische zenuw

dijspier                           

kniepees                            gevoelszenuw

Fig. 5. Schema van de kniepeesreflex

Dat de communicatie tussen zenuwcellen geschiedt door het vrijmaken van chemische stoffen werd waarschijnlijk voor het eerst voorgesteld door de britse physioloog Thomas Elliot in 1905 maar directe aanwijzingen werden gevonden door Otto Loewi in 1921. Hij deed een kikkerhart in een zoutoplossing waardoor het bleef kloppen en liet de vloeistof vervolgens door een tweede kikkerhart stromen. Vervolgens stimuleerde hij de nervus vagus, de zenuw die het hart langzamer laat kloppen, van het eerste hart. Dat ging toen naar verwachting langzamer kloppen, maar onverwachts ging het tweede hart ook langzamer kloppen, zonder dat de nervus vagus daarvan werd geprikkeld. Er moest dus een chemische stof vrijgemaakt zijn uit de nervus vagus van het eerste hart, die met de perfusie-vloeistof in het tweede hart kwam en ook dat beïnvloedde. Deze stof werd later geïdentificeerd door Sir Henry Dale als acetylcholine.

Fig. 6. Loewi's experiment

T = tijdschaal

S = stimulus

D = contracties D-hart

R = contracties R-hart