Της Ανθής Μαρουλάκη,
Τα βασικά γάγγλια συνιστούν μια ομάδα υποφλοιωδών πυρήνων του εγκεφάλου. Με άλλα λόγια, αποτελούν συναθροίσεις φαιάς ουσίας, άρα νευρικών σωμάτων, που περιβάλλονται από λευκή ουσία, δηλαδή νευράξονες. Τα βασικά γάγγλια είναι πολύ σημαντικά για την λειτουργία του ανθρωπίνου σώματος, αφού συμμετέχουν στην διαδικασία της κίνησης, αλλά και στα συστήματα ανταμοιβής, στοχοθέτησης και μνήμης.
Τα βασικά γάγγλια είναι:
- Το ραβδωτό σώμα
- Η ωχρά σφαίρα
- Η μέλαινα ουσία
Μία άλλη δομή, ο υποθαλάμιος πυρήνας, αν και δεν αποτελεί επίσημα τμήμα των βασικών γαγγλίων, θα αναφερθεί εδώ, αφού έχει λειτουργική συνάφεια με αυτά.
Αρχίζοντας με το ραβδωτό (Striatum), αυτό βρίσκεται στη νήσο του Reil, επί τα εκτός του θαλάμου και αποτελεί τη μεγαλύτερη δομή των βασικών γαγγλίων, καθώς αποτελείται από τρεις επιμέρους πυρήνες: τον κερκοφόρο πυρήνα, το κέλυφος και τον επικλινή πυρήνα (Nucleus accumbens – Acb). Ο επικλινής πυρήνας (κοιλιακό ραβδωτό) αποτελεί μέρος του μεταιχμιακού συστήματος και γι’ αυτό δεν θα εξεταστεί εδώ. Ο κερκοφόρος πυρήνας (Caudate nucleus – CN) είναι μια επιμήκης δομή σχήματος «C». Διακρίνεται σε κεφαλή, σώμα και ουρά, με την κεφαλή και την ουρά να αποτελούν τμήματα του τοιχώματος των πλάγιων κοιλιών. Η ουρά καταλήγει στην αμυγδαλή, με την οποία και συνάπτεται συνδέοντας με τον τρόπο αυτό τα βασικά γάγγλια με το μεταιχμιακό σύστημα. Το κέλυφος (Putamen – Put) είναι μία σφαιρική δομή στη βάση του προσθίου εγκεφάλου. Αυτό διαφοροποιείται ανατομικά από την έξω μοίρα της ωχράς σφαίρας και την κεφαλή του κερκοφόρου πυρήνα, μέσω δύο λωρίδων λευκής ουσίας, που ονομάζονται έξω μυελώδες πέταλο (Lateral medullary lamina) και έξω κάψα (External capsule) αντίστοιχα. Βέβαια, να σημειώσουμε πως η κεφαλή του κερκοφόρου συνέχεται με το κέλυφος στο πρόσθιο κάτω άκρο του.
Το ραβδωτό σώμα σχηματίζει συνδέσεις με πολλές άλλες δομές του εγκεφάλου, σε κάθε μία από τις οποίες συμμετέχουν διαφορετικοί νευροδιαβιβαστές. Αναλυτικότερα, οι προσαγωγές οδοί, δηλαδή το σύνολο των νευρικών ινών που μεταφέρουν νευρικές ώσεις προς το ραβδωτό, είναι η φλοιοραβδωτή και η θαλαμοραβδωτκη οδός, στις οποίες συμμετέχει η γλουταμίνη, η στελεχοραβδωτή οδός, όπου συμμετέχει η σεροτονίνη και η μελαινοραβδωτή, όπου συμμετέχει η ντοπαμίνη. Η τελευταία παίζει σημαντικό ρόλο στη ρύθμιση της κίνησης, συμμετέχοντας στην άμεση και έμμεση οδό που θα αναφερθούν παρακάτω, αφού η σύνδεση της ντοπαμίνης σε διαφορετικούς τύπους νευρώνων επιφέρει διαφορετικό αποτέλεσμα. Αντίθετα, οι απαγωγές οδοί, δηλαδή το σύνολο των νευραξόνων που μεταφέρουν πληροφορίες από το ραβδωτό προς άλλες δομές είναι οι ραβδωτο-ωχρές (Wilson’s pencils), στις οποίες συμμετέχει ο νευροδιαβιβαστής GABA, οι εγκεφαλινεργικές ραβδο-ωχρές, όπου συμμετέχουν η ουσία Ρ, η δυνοφρίνη και μετεγκεφαλίνη, και οι ραβδωτο-μέλαινες, με συμμετοχή των GABA, ακετυλοχολίνης και της ουσίας Ρ. Οι ραβδοτοωχρές συμμετέχουν και αυτές στην άμεση και έμμεση οδό.
Συνεχίζοντας με την ωχρά σφαίρα (Globus pallidus), αυτή διακρίνεται σε δύο ανατομικά και λειτουργικά τμήματα: το έσω (internal – GPi) και το έξω (external – GPe). Ανατομικά, αυτά ξεχωρίζουν μέσω του έσω μυελώδους πετάλου (Medial medullary lamina). Η GPi λειτουργεί στο σύστημα εξόδου, ενώ η GPe στο σύστημα εσωτερικών πυρήνων, που αναλύονται στη συνέχεια. Η ωχρά σφαίρα και το κέλυφος σχηματίζουν τον φακοειδή πυρήνα (Lenticular nucleus). Όπως το ραβδωτό, έτσι και η ωχρά σφαίρα σχηματίζει συνδέσεις. Οι προσαγωγές οδοί είναι οι υποθαλαμοωχρές, που προέρχονται από τον υποθαλάμιο πυρήνα του Lys και στις οποίες συμμετέχει το γλουταμικό και οι ραβδοτοωχρές ίνες, με συμμετοχή του GABA. Οι τελευταίες είναι δύο ειδών: οι ίνες που καταλήγουν στην GPe και διαθέτουν τον υποδοχέα ντοπαμίνης D2 και οι ίνες που καταλήγουν στην GPi διαθέτουν τον υποδοχέα ντοπαμίνης D1. Οι πρώτες είναι σαφώς περισσότερες. Οι απαγωγές προβολές περιλαμβάνουν κυρίως διαφορετικές ωχροθαλαμικές οδούς, με τις οποίες η ωχρά σφαίρα συνδέεται με τους διάφορους πυρήνες του θαλάμου, απελευθερώνοντας GABA. Οι πιο σημαντικές ωχροθαλαμικές οδοί είναι η φακοειδής αγκύλη (ansa lenticularis), οι φακοειδείς δεσμίδες (lenticular fascicles) και οι θαλαμικές δεσμίδες (thalamic fasciculus).
Η μέλαινα ουσία (Substantia nigra – SN) βρίσκεται σε όλο το μήκος του μεσεγκεφάλου, χωρίζοντάς τον σε δύο μοίρες: την καλύπτρα και την βάση. Κι αυτή διακρίνεται σε δύο τμήματα με διαφορετική λειτουργική σημασία: τη συμπαγή μοίρα (pars compacta – SNc) και τη δικτυωτή μοίρα (pars reticulata – SNr). Η πρώτη βρίσκεται ραχιαία και αποτελείται από νευρώνες που περιέχουν μελανίνη, δίνοντας στην δομή το χαρακτηριστικό της σκούρο χρώμα, ενώ συνθέτουν ντοπαμίνη. Ως προς τις συνδέσεις της, αποτελεί τμήμα του απαγωγού κυκλώματος, στέλνοντας νευρικές ίνες στο ραβδωτό (μελαινοραβδωτές) που περιέχουν ντοπαμίνη, ενώ δέχεται προσαγωγές ραβδωτομέλαινες ίνες, όπως έχει αναφερθεί παραπάνω. Ακόμα, δέχεται προσαγωγές φλοιο-μέλαινες ίνες από τον κινητικό και προκινητικό μετωπιαίο φλοιό. Αντίθετα, η δεύτερη βρίσκεται κοιλιακά, λειτουργεί στο προσαγωγό κύκλωμα και αποτελείται από GABAεργικούς νευρώνες, δηλαδή νευρώνες που απελευθερώνουν GABA, κατά βάση στο θάλαμο.
Τελευταίο αφήσαμε τον υποθαλάμιο πυρήνα ή σωμάτιο του Lys (Subthalamic nucleus – STN), ο οποίος, αν και δεν ανήκει στα βασικά γάγγλια, συμμετέχει στην άμεση και έμμεση οδό αυτών. Εντοπίζεται εντός του υποθαλάμου και στέλνει διεγερτικούς γλουταμεργικούς νευρώνες, δηλαδή νευρώνες που απελευθερώνουν γλουταμίνη, στην ωχρά σφαίρα και ανασταλτικούς GABAεργικούς νευρώνες στη μέλαινα ουσία, ενώ λαμβάνει γλουταμινερικές ίνες από τον μετωπιαίο φλοιό με σωματοτοπογραφικό τρόπο. Με βάση την κατάληξη των νευραξόνων του φλοιού, ο STN διακρίνεται σε: ραχιαία μοίρα, που λαμβάνει ίνες από τον κινητικό φλοιό, έξω κοιλιακή μοίρα, που δέχεται ίνες από τον προμετωπιαίο φλοιό και έσω κοιλιακή μοίρα, που λαμβάνει ίνες από το φλοιό του προσαγωγίου.
Μία κατάταξη των βασικών γαγγλίων με βάση την προέλευση της νευρικής ώσεις αφορά στην διαφοροποίηση των πυρήνων σε πυρήνες εισόδου, εξόδου και εσωτερικούς. Οι πυρήνες εισόδου (input nuclei), που εισάγουν πληροφορίες στο σύστημα των βασκικών γαγγλίων από άλλες δομές, είναι ο κερκοφόρος, το κέλυφος και ο επικλινής πυρήνας, οι πυρήνες εξόδου (output nuclei), που στέλνουν πληροφορίες στο θάλαμο, είναι ο GPi και ο SNr, ενώ οι εσωτερικοί πυρήνες (intrinsic nuclei), που ευθύνονται για την επικοινωνία μεταξύ των πυρήνων των βασικών γαγγλίων περιλαμβάνουν τους GPe, STN και SNc.
Ο φλοιός, τα βασικά γάγγλια και ο υποθαλάμιος πυρήνας συμμετέχουν σε τρεις σημαντικές οδούς, που ρυθμίζουν την εκούσια κίνηση του σώματος. Αυτές είναι η άμεση, η έμμεση και η υπεράμεση οδός. Οι κύριοι νευροδιαβιβαστές αυτών των οδών είναι η γλουταμίνη, δρώντας διεγερτικά και ο GABA, δρώντας ανασταλτικά. Η ισορροπία μεταξύ άμεσης και έμμεσης οδού ευθύνεται για την κίνηση του σώματος.
Η άμεση οδός (Direct pathway) ελέγχει την έναρξη της κίνησης. Ο φλοιός μέσω γλουταμινεργικών νευρώνων στέλνει στο ραβδωτό σώμα το ερέθισμα για κίνηση. Ταυτόχρονα, η SNc απελευθερώνει ντοπαμίνη στο ραβδωτό. Οι νευρώνες του ραβδωτού που καταλήγουν στους πυρήνες εξόδου (GPi/ SNr) διαθέτουν υποδοχείς ντοπαμίνης D1, που ευοδώνουν την κίνηση. Ως απάντηση, το ραβδωτό προκαλεί απελευθέρωση GABA στους GPi/ SNr, αναστέλλοντας την απελευθέρωση GABA στο θάλαμο. Έτσι, ο θάλαμος μέσω γλουταμινεργικών ινών ενεργοποιεί τον κινητικό φλοιό και η κίνηση αρχίζει.
Η έμμεση οδός αναστέλλει την έναρξη της κίνησης. Ο φλοιός μέσω γλουταμινεργικών νευρώνων στέλνει στο ραβδωτό σώμα το ερέθισμα για κίνηση και η SNc απελευθερώνει ντοπαμίνη στο ραβδωτό. Οι νευρώνες της έμμεσης οδού διαθέτουν D2 υποδοχείς ντοπαμίνης, που μπλοκάρουν την κίνηση. Έτσι, το ραβδωτό απελευθερώνει GABA στην GPe, αντί για την GPi. Με τον τρόπο αυτό αναστέλλεται η απελευθέρωση GABA από την GPe προς τον STN και, έτσι, ο STN απελευθερώνει γλουταμικό στην GPi. Από το σημείο αυτό ακολουθείται η αντίθετη πορεία της άμεσης οδού. Αναλυτικότερα, η GPi διεγείρεται και απελευθερώνει GABA στον θάλαμο, με αποτέλεσμα να ανακόπτεται το διεγερτικό αποτέλεσμα του θαλάμου προς τον κινητικό φλοιό και η κίνηση να διακόπτεται ή να μην αρχίζει καθόλου.
Τέλος, η υπεράμεση οδός παρακάμπτει το ραβδωτό σώμα επιτρέποντας την ταχύτερη μεταφορά ώσης. Ο φλοιός στέλνει γλουταμινεργικές ίνες άμεσα στον STN, οπότε αυτός ενεργοποιείται και στέλνει γλουταμινεργικές ίνες στους GPi/SNr. Οι πυρήνες εξόδου διεγείρονται και απελευθερώνουν GABA στον θάλαμο εμποδίζοντας την κίνηση.
Όλα αυτά μπορεί να φαίνονται ανούσια, ωστόσο η σημασία των συνδέσεων αυτών αναδεικνύεται όταν δυσλειτουργούν, αφού η διαταραχή της νευροδιαβίβασης ευθύνεται για παθολογίες, όπως ο τρόμος, η χορεία, ο ημιβαλισμός, η αθέτωση, η δυστονία και πολλές άλλες. Εδώ θα αναφερθούμε σύντομα στην νόσο Parkinson (PD) και Hundington (HD). Στην πρώτη παρατηρείται εκφύλιση των ντοπαμινεργικών νευρώνων της SNc. Η απώλεια ντοπαμίνης έχει ως αποτέλεσμα τη μειωμένη ενεργοποίηση της άμεσης οδού και κατά συνέπεια τη μη έναρξη της κίνησης. Αυτό οδηγεί στην χαρακτηριστική τριάδα της PD: βραδυκινησία, τρόμος και δυστονία. Αντίθετα, στην HD εμφανίζεται εκφύλιση των GABAεργικών νευρώνων του ραβδωτού, με αποτέλεσμα να μη στέλνονται ανασταλτικά σήματα και να μην ενεργοποιείται η έμμεση οδός. Επομένως, οι ασθενείς εμφανίζουν υπερκινησίες, όπως χορεία.
ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΕΣ ΠΗΓΕΣ
- Νευροανατομία, Elizabeth Johnson, Ιατρικές εκδόσεις Κωνσταντάρας, Αθήνα, 2012
- Basal ganglia, Kenhub, διαθέσιμο εδώ
- Neuroanatomy, Basal Ganglia, NIH, διαθέσιμο εδώ
