Keuzevak - Drugs and the brain
———————————————————————————————————————————
Leerdoelen
De kennis die getoetst zal worden gaat over de verschillende stoffen die in de minilectures 3c, 4a,
4b, 5a, 5b, 6c-4, 7a, 7b, 7c en 7d worden besproken.
De onderwerpen behandeld in de andere minilectures hoef je alleen toe te kunnen passen voor
zover nodig om het werkingsmechanisme, de effecten en bijwerkingen van de behandelde stoffen
te begrijpen.
Na bestudering van de minilectures is de student in staat:
1. Een overzicht te geven van de belangrijkste neurotransmitters en hun functie in de
hersenen, te weten glutamaat, GABA, glycine, noradrenaline, dopamine, serotonine, en
acetylcholine, en de receptoren waar ze op aangrijpen.
2. Te begrijpen hoe geneesmiddelen en recreational drugs deze neurotransmitters en de
receptoren waar ze op aangrijpen kunnen beïnvloeden en hoe dit leidt tot effecten op
hersenen en gedrag.
3. Het werkingsmechanisme te beschrijven van de recreational drugs cocaïne, amfetamine en
derivaten, LSD, morfine en andere opiaten, tetrahydrocannabinol, ketamine, nicotine,
caffeine en alcohol, en aan de hand hiervan uit te leggen wat de gewenste en schadelijke
effecten van elk van deze drugs op de hersenen zijn alsmede het verslavingsrisico, in het
bijzonder voor nicotine en opiaten en de mogelijke behandelingen daarvan.
4. Een korte beschrijving te geven van de diagnose, pathofysiologie, symptomen en betrokken
neurotransmitters en hersensystemen van enkele belangrijke neurodegeneratieve en
psychiatrische ziektebeelden, te weten de Alzheimer-dementie, ziekte van Parkinson,
angststoornissen, depressieve aandoeningen, bipolaire depressie, en schizofrenie.
5. Het werkingsmechanisme, de effectiviteit en bijwerkingen te beschrijven (voor zover bekend)
van geneesmiddelen die worden toegepast bij de (experimentele) behandeling van deze
aandoeningen:
• Acetylcholinesteraseremmers, NMDA-receptorantagonisten (Alzheimer)
• Levodopa, MAO-B-remmers, muscarinereceptorantagonisten (Parkinson)
• Benzodiazepinen (angst)
• SSRI’s en ketamine (depressie)
• Methylfenidaat, dexamfetamine (ADHD)
• Lithium, valproïnezuur, quetiapine (bipolaire depressie)
• Cloorpromazine, haloperidol, clozapine, olanzepine, quetiapine (schizofrenie)
Transmissie in het centrale zenuwstelsel
De basisprocessen voor synaptische transmissie het het centraal zenwustelsel (CNS) zijn in
essentie gelijkt aan die in het perifeer zenuwstelsel. De termen neurotransmitter, neuromodulator
en neurotrofische factor verwijzen naar chemische stoffen die elk op een andere tijdsschaal
opereren:
- Neurotransmitters komen vrij uit pre-synaptische membranen en produceren een heel snelle
inhibitoire of excitatoire respons op het post-synaptische membraan. Er zijn heel snel werkende
neurotransmitters zoals glutamaat en GABA die werken via ligand-gated ionkanalen. Er zijn ook
neurotransmitters die langzamer werken zoals dopamine en die werken voornamelijk via G-
protein coupled receptoren (GPCR).
- Neuromodulators worden zowel afgegeven door neuronen als door astrocysten en zorgen voor
langzame pre- en post-synaptische reacties. Vaak werken neuromodulators ook via een GPCR.
- Neurotrofische factoren worden voornamelijk afgegeven door niet-neuronale cellen en werken
op tyrosine-gekoppelde receptoren. Ze zorgen voor een vergadering in genexpressie en
neurongroei.
Een en dezelfde stof, zoals glutamaat, serotonine en acetylcholine, kan zowel werken via ligand-
gated kanalen als via een GPCR en kan zowel dienst doen als neurotransmitter of als
neuromodulator.
Neuroactieve drugs werken voornamelijk in op vier verschillende typen aangrijpingspunten:
- Ionkanalen
- Receptoren
- Enzymen
- Transportmoleculen
1
,Er zijn vier typen receptoren die te zien zijn in bovenstaande afbeelding. Ionotropische receptoren
en GPCR zijn de voornaamste aangrijpingspunten voor neuroactieve stoffen.
De complexheid van de neuronale
interconnecties in het brein maakt het
moeilijk om te begrijpen hoe specifieke
stoffen werken in het brein. Deze
interconnecties zijn ook te zien in de
afbeelding. Naast deze interconnecties
maakt ook de acties van gliacellen in het
brein de invloed van een medicijn
onduidelijk.
Een andere belangrijke complicerende
factor, is dat het brein in homeostase wil
blijven. Wanneer de neurotransmitters in
het brein worden gemanipuleerd, dan gaat
het brein zich daar actief aan aanpassen om het effect te bestrijden en terug te keren naar
homeostase. Wanneer bijvoorbeeld een enzym wordt geremd dat een neurotransmitter afbreekt,
dan gaat het brein vaak gewoon minder van die neurotransmitter maken. Deze counterrespons
duurt vaak wel enkele uren tot weken. Deze langzame aanpassing verklaart ook waarom veel
medicijnen die actief zijn in het CNS vaak pas werken na weken.
Een belangrijk onderdeel van de farmacologie van het CNS is de bloed-hersenbarrière (BBB).
Alleen kleine hydrofobe/apolaire stoffen kunnen goed de BBB passeren. Inflammatie kan de
integriteit van de BBB verstoren. Een neuroactief medicijn kan de BBB zowel passeren door
gebruik te maken van een tranporter, of via diffusie over het membraan.
In de BBB is er een belangrijke drug-erflux transporter, die constant stoffen terugpompt naar het
bloed die toch per ongeluk de BBB passeerden. Deze transport is P-glycoproteïne. Veel
medicijnen kunnen het CNS niet bereiken omdat deze transporter actief met ATP de medicijnen
weer terugpompt.
2
, Glutamaat
Glutamaat is in het centraal zenuwstelsel de belangrijkste excitatoire neurotransmitter. Glutamaat
grijpt aan op heel veel verschillende receptoren. Zowel ionotropitsche receptoren (ligand-gated
kanalen) als metabotropische receptoren (GPCR). Voorbeelden van receptoren zijn NMDA, AMPA
en kainate.
GABA
GABA staat voor gamma-aminobutyric acid en is in het brein de belangrijkste inhibitoire
neurotransmitter. GABA komt diffuus voor door het gehele brein en wordt gevormd uit glutamaat
door middel van glutamaatdecarboxylase. Er zijn in het brein twee typen GABA-receptoren,
namelijk GABA-a en GABA-b. GABA-a-receptoren zijn gekoppeld aan chloridekanalen en zorgen
bij activatie voor hyperpolarisatie. GABA-b-receptoren inhiberen Ca2+-kanalen en remmen zo de
signaaloverdracht.
Glycine
Naast GABA is ook glycine een inhibitoire neurotransmitter van het centraal zenuwstelsel. Glycine
komt voornamelijk voor in het ruggenmerg. Over de receptor waar glycine op aangrijpt is nog niet
veel bekend. De receptor heeft simpelweg de glycine-receptor. Glycinereceptoren zijn betrokken
bij de regulatie van de ademhaling, motoriek en spiertonus.
Noradrenaline (NA)
Noradrenerge transmissie is belangrijk voor de arousal in het brein en zorgt zo voor alertheid en
opgewektheid (fight or flight). Tevens zorgt het voor een regulatie van de bloeddruk en bepaalt het
de stemming, omdat een tekort aan NA kan leiden tot een depressie.
NA wordt voornamelijk gemaakt in de pons en medulla en dan voornamelijk in een kern die daar
aanwezig is: de nucleus coeruleus. NA grijpt aan op alfa- en beta-receptoren.
Dopamine
Dopamine is zowel een neurotransmitter als de voorloper van noradrenaline. Er zijn in het brein
vier belangrijke dopaminerge pathways:
- Nigrostriataal: Loopt van de substantia nigra naar het striatum en is belangrijk in de motoriek
(Parkinson).
- Mesolimbisch: Loopt van de hersenstam naar delen van het limbisch systeem en is betrokken
bij emoties en drug-induced beloning. Dopamine zorgt voor plezier, beloning en goed welzijn.
- Mesocorticaal: Loopt van de hersenstam naar cortex en is betrokken bij emoties.
- Tuberohypofysaal: Loopt van de thypothalamus naar de hypofyse en speelt een rol bij de
hormoonafgifte in de hypofyse, vooral prolactine en het groeihormoon.
Dopamine grijpt in het brein aan op D-receptoren (D1 t/m D5). Bij de ziekte van Parkinson sterven
de neuronen die dopamine maken in de substantia nigra af. Dopamine kan ook inwerken op
chemoreceptoren en zo zorgen voor misselijkheid en braken.
Serotonine (5-HT)
Serotonine wordt gemaakt in de Raphe-kernen in de hersenstam en projecteren vanuit daar
diffuus op de cortex, het limbisch systeem, de hypothalamus en het ruggenmerg. De projecties
zijn vergelijkbaar met die van noradrenaline. 5-HT kan zowel inhibitoir als excitatoir werken en kan
zowel pre- als postsynaptisch aangrijpen. Serotonine grijpt aan op de 5-HT-receptor waarvan er
verschillende subtypes zijn. Serotonine heeft veel verschillende functies, het beïnvloed het gedrag
(waaronder hallucinaties), het voedingsgedrag, de stemming en emotie, het waak- en slaapritme,
het controleert de lichaamstemperatuur, het kan aanzetten tot braken en het controleert
verschillende sensorische systemen in het lichaam, waaronder de nociceptie.
Acetylcholine (ACh)
Acetylcholine komt in het centraal zenuwstelsel erg verspreid voor. Pathways betrokken bij de
projectie van acetylcholine heten cholinerge pathways. ACh kan aangrijpen op twee typen
receptoren, namelijk muscarinerge en nicotinerge receptoren. Acetylcholine is betrokken bij
arousal in het brein, beloning, leren en geheugen en controle over de motoriek.
3
———————————————————————————————————————————
Leerdoelen
De kennis die getoetst zal worden gaat over de verschillende stoffen die in de minilectures 3c, 4a,
4b, 5a, 5b, 6c-4, 7a, 7b, 7c en 7d worden besproken.
De onderwerpen behandeld in de andere minilectures hoef je alleen toe te kunnen passen voor
zover nodig om het werkingsmechanisme, de effecten en bijwerkingen van de behandelde stoffen
te begrijpen.
Na bestudering van de minilectures is de student in staat:
1. Een overzicht te geven van de belangrijkste neurotransmitters en hun functie in de
hersenen, te weten glutamaat, GABA, glycine, noradrenaline, dopamine, serotonine, en
acetylcholine, en de receptoren waar ze op aangrijpen.
2. Te begrijpen hoe geneesmiddelen en recreational drugs deze neurotransmitters en de
receptoren waar ze op aangrijpen kunnen beïnvloeden en hoe dit leidt tot effecten op
hersenen en gedrag.
3. Het werkingsmechanisme te beschrijven van de recreational drugs cocaïne, amfetamine en
derivaten, LSD, morfine en andere opiaten, tetrahydrocannabinol, ketamine, nicotine,
caffeine en alcohol, en aan de hand hiervan uit te leggen wat de gewenste en schadelijke
effecten van elk van deze drugs op de hersenen zijn alsmede het verslavingsrisico, in het
bijzonder voor nicotine en opiaten en de mogelijke behandelingen daarvan.
4. Een korte beschrijving te geven van de diagnose, pathofysiologie, symptomen en betrokken
neurotransmitters en hersensystemen van enkele belangrijke neurodegeneratieve en
psychiatrische ziektebeelden, te weten de Alzheimer-dementie, ziekte van Parkinson,
angststoornissen, depressieve aandoeningen, bipolaire depressie, en schizofrenie.
5. Het werkingsmechanisme, de effectiviteit en bijwerkingen te beschrijven (voor zover bekend)
van geneesmiddelen die worden toegepast bij de (experimentele) behandeling van deze
aandoeningen:
• Acetylcholinesteraseremmers, NMDA-receptorantagonisten (Alzheimer)
• Levodopa, MAO-B-remmers, muscarinereceptorantagonisten (Parkinson)
• Benzodiazepinen (angst)
• SSRI’s en ketamine (depressie)
• Methylfenidaat, dexamfetamine (ADHD)
• Lithium, valproïnezuur, quetiapine (bipolaire depressie)
• Cloorpromazine, haloperidol, clozapine, olanzepine, quetiapine (schizofrenie)
Transmissie in het centrale zenuwstelsel
De basisprocessen voor synaptische transmissie het het centraal zenwustelsel (CNS) zijn in
essentie gelijkt aan die in het perifeer zenuwstelsel. De termen neurotransmitter, neuromodulator
en neurotrofische factor verwijzen naar chemische stoffen die elk op een andere tijdsschaal
opereren:
- Neurotransmitters komen vrij uit pre-synaptische membranen en produceren een heel snelle
inhibitoire of excitatoire respons op het post-synaptische membraan. Er zijn heel snel werkende
neurotransmitters zoals glutamaat en GABA die werken via ligand-gated ionkanalen. Er zijn ook
neurotransmitters die langzamer werken zoals dopamine en die werken voornamelijk via G-
protein coupled receptoren (GPCR).
- Neuromodulators worden zowel afgegeven door neuronen als door astrocysten en zorgen voor
langzame pre- en post-synaptische reacties. Vaak werken neuromodulators ook via een GPCR.
- Neurotrofische factoren worden voornamelijk afgegeven door niet-neuronale cellen en werken
op tyrosine-gekoppelde receptoren. Ze zorgen voor een vergadering in genexpressie en
neurongroei.
Een en dezelfde stof, zoals glutamaat, serotonine en acetylcholine, kan zowel werken via ligand-
gated kanalen als via een GPCR en kan zowel dienst doen als neurotransmitter of als
neuromodulator.
Neuroactieve drugs werken voornamelijk in op vier verschillende typen aangrijpingspunten:
- Ionkanalen
- Receptoren
- Enzymen
- Transportmoleculen
1
,Er zijn vier typen receptoren die te zien zijn in bovenstaande afbeelding. Ionotropische receptoren
en GPCR zijn de voornaamste aangrijpingspunten voor neuroactieve stoffen.
De complexheid van de neuronale
interconnecties in het brein maakt het
moeilijk om te begrijpen hoe specifieke
stoffen werken in het brein. Deze
interconnecties zijn ook te zien in de
afbeelding. Naast deze interconnecties
maakt ook de acties van gliacellen in het
brein de invloed van een medicijn
onduidelijk.
Een andere belangrijke complicerende
factor, is dat het brein in homeostase wil
blijven. Wanneer de neurotransmitters in
het brein worden gemanipuleerd, dan gaat
het brein zich daar actief aan aanpassen om het effect te bestrijden en terug te keren naar
homeostase. Wanneer bijvoorbeeld een enzym wordt geremd dat een neurotransmitter afbreekt,
dan gaat het brein vaak gewoon minder van die neurotransmitter maken. Deze counterrespons
duurt vaak wel enkele uren tot weken. Deze langzame aanpassing verklaart ook waarom veel
medicijnen die actief zijn in het CNS vaak pas werken na weken.
Een belangrijk onderdeel van de farmacologie van het CNS is de bloed-hersenbarrière (BBB).
Alleen kleine hydrofobe/apolaire stoffen kunnen goed de BBB passeren. Inflammatie kan de
integriteit van de BBB verstoren. Een neuroactief medicijn kan de BBB zowel passeren door
gebruik te maken van een tranporter, of via diffusie over het membraan.
In de BBB is er een belangrijke drug-erflux transporter, die constant stoffen terugpompt naar het
bloed die toch per ongeluk de BBB passeerden. Deze transport is P-glycoproteïne. Veel
medicijnen kunnen het CNS niet bereiken omdat deze transporter actief met ATP de medicijnen
weer terugpompt.
2
, Glutamaat
Glutamaat is in het centraal zenuwstelsel de belangrijkste excitatoire neurotransmitter. Glutamaat
grijpt aan op heel veel verschillende receptoren. Zowel ionotropitsche receptoren (ligand-gated
kanalen) als metabotropische receptoren (GPCR). Voorbeelden van receptoren zijn NMDA, AMPA
en kainate.
GABA
GABA staat voor gamma-aminobutyric acid en is in het brein de belangrijkste inhibitoire
neurotransmitter. GABA komt diffuus voor door het gehele brein en wordt gevormd uit glutamaat
door middel van glutamaatdecarboxylase. Er zijn in het brein twee typen GABA-receptoren,
namelijk GABA-a en GABA-b. GABA-a-receptoren zijn gekoppeld aan chloridekanalen en zorgen
bij activatie voor hyperpolarisatie. GABA-b-receptoren inhiberen Ca2+-kanalen en remmen zo de
signaaloverdracht.
Glycine
Naast GABA is ook glycine een inhibitoire neurotransmitter van het centraal zenuwstelsel. Glycine
komt voornamelijk voor in het ruggenmerg. Over de receptor waar glycine op aangrijpt is nog niet
veel bekend. De receptor heeft simpelweg de glycine-receptor. Glycinereceptoren zijn betrokken
bij de regulatie van de ademhaling, motoriek en spiertonus.
Noradrenaline (NA)
Noradrenerge transmissie is belangrijk voor de arousal in het brein en zorgt zo voor alertheid en
opgewektheid (fight or flight). Tevens zorgt het voor een regulatie van de bloeddruk en bepaalt het
de stemming, omdat een tekort aan NA kan leiden tot een depressie.
NA wordt voornamelijk gemaakt in de pons en medulla en dan voornamelijk in een kern die daar
aanwezig is: de nucleus coeruleus. NA grijpt aan op alfa- en beta-receptoren.
Dopamine
Dopamine is zowel een neurotransmitter als de voorloper van noradrenaline. Er zijn in het brein
vier belangrijke dopaminerge pathways:
- Nigrostriataal: Loopt van de substantia nigra naar het striatum en is belangrijk in de motoriek
(Parkinson).
- Mesolimbisch: Loopt van de hersenstam naar delen van het limbisch systeem en is betrokken
bij emoties en drug-induced beloning. Dopamine zorgt voor plezier, beloning en goed welzijn.
- Mesocorticaal: Loopt van de hersenstam naar cortex en is betrokken bij emoties.
- Tuberohypofysaal: Loopt van de thypothalamus naar de hypofyse en speelt een rol bij de
hormoonafgifte in de hypofyse, vooral prolactine en het groeihormoon.
Dopamine grijpt in het brein aan op D-receptoren (D1 t/m D5). Bij de ziekte van Parkinson sterven
de neuronen die dopamine maken in de substantia nigra af. Dopamine kan ook inwerken op
chemoreceptoren en zo zorgen voor misselijkheid en braken.
Serotonine (5-HT)
Serotonine wordt gemaakt in de Raphe-kernen in de hersenstam en projecteren vanuit daar
diffuus op de cortex, het limbisch systeem, de hypothalamus en het ruggenmerg. De projecties
zijn vergelijkbaar met die van noradrenaline. 5-HT kan zowel inhibitoir als excitatoir werken en kan
zowel pre- als postsynaptisch aangrijpen. Serotonine grijpt aan op de 5-HT-receptor waarvan er
verschillende subtypes zijn. Serotonine heeft veel verschillende functies, het beïnvloed het gedrag
(waaronder hallucinaties), het voedingsgedrag, de stemming en emotie, het waak- en slaapritme,
het controleert de lichaamstemperatuur, het kan aanzetten tot braken en het controleert
verschillende sensorische systemen in het lichaam, waaronder de nociceptie.
Acetylcholine (ACh)
Acetylcholine komt in het centraal zenuwstelsel erg verspreid voor. Pathways betrokken bij de
projectie van acetylcholine heten cholinerge pathways. ACh kan aangrijpen op twee typen
receptoren, namelijk muscarinerge en nicotinerge receptoren. Acetylcholine is betrokken bij
arousal in het brein, beloning, leren en geheugen en controle over de motoriek.
3
