สารเคมีในสมอง

สารเคมีในสมอง (brain chemicals) หมายถึง สารสื่อนำกระแสประสาท โดยเป็นสารเคมีที่เซลล์ประสาทสร้างขึ้นมาเพื่อทำหน้าที่ส่งกระแสประสาทจากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่ง เมื่อเซลล์ประสาทต้นทางถูกกระตุ้น กระแสประสาทที่เกิดขึ้นจะไหลไปตามเส้นประสาทในลักษณะคล้ายๆ กระแสไฟฟ้าไหลไปตามสายไฟฟ้า เมื่อกระแสประสาทไปถึงปลายเส้นประสาทก็จะกระตุ้นให้เซลล์ที่ปลายประสาทหลั่งสารสื่อนำประสาทออกมา

การทำงานของเซลล์ประสาทเกิดจากปฏิกิริยาเคมี มีการหลั่งสารเคมีและเกิดประจุไฟฟ้า เกิดกระแสไฟฟ้าขึ้นในเส้นใยประสาท ซึ่งจะส่งไปตามเซลล์ประสาทต่างๆ ทำให้เกิดปฏิกิริยาการทำงานของเซลล์ประสาท โดยทั่วไปเซลล์ประสาทแต่ละเซลล์จะมีเส้นใยประสาทชนิดทำหน้าที่ตัวส่งสัญญาณ และเส้นใยประสาทชนิดทำหน้าที่ตัวรับสัญญาณประสาท เมื่อเกิดเหตุการณ์ใดๆ ขึ้น ประจุไฟฟ้าในเซลล์ประสาท จะประทุขึ้น ส่งผลให้เซลล์ประสาทหลั่งสารเคมีที่ทำหน้าที่ช่วยส่งข้อมูลข่าวสารผ่านจุดเชื่อมระหว่างเซลล์ เกิดเป็นสัญญาณกระแสประสาทที่สมบูรณ์และถูกต้อง

หลักการทำงาน

1. สารสื่อนำประสาทหรือสารเคมีในสมองที่หลั่งออกมาจะออกฤทธิ์กับเซลล์ประสาทปลายทาง โดยจะไปจับกับโปรตีนที่เรียกว่า "ตัวรับ" ซึ่งอยู่บนผิวของเซลล์ประสาทปลายทาง โดยทั่วไปทำให้เกิดกระแสประสาทบนเซลล์ประสาทปลายทางตัวนั้นส่งต่อๆไป การที่สารสื่อนำประสาทที่ถูกหลั่งออกมาสามารถกระตุ้นหรือยับยั้งการทำงานของเซลล์ประสาทปลายทางได้นั้น ร่างกายจะต้องมีระบบควบคุมไม่ให้มันทำงานมากเกินไป ทั้งกลไกการกระตุ้นและการยับยั้งก่อให้เกิดผลทางชีวภาพที่สำคัญยิ่ง
2. ถ้ามีสารสื่อนำประสาทออกมามาก สารสื่อนำประสาทจะยับยั้งการทำงานของเซลล์ประสาทต้นทางผ่านทางตัวรับนี้ ให้หยุดส่งกระแสประสาทได้แล้ว นอกจากนี้ยังต้องมีระบบดูดกลับเพื่อคอยเก็บสารสื่อนำประสาทที่ถูกปล่อยออกมาแล้วกลับเข้าคืนไปเก็บไว้ในปลายประสาทของเซลล์ประสาทต้นทาง ทำให้สารสื่อนำประสาทหยุดการกระตุ้นเซลล์ประสาทปลายทาง
3. สารเคมีในสมองหรือสารสื่อนำประสาทมีหลายชนิด แตกต่างกันไปตามสูตรโครงสร้างทางเคมี และกลไกการออกฤทธิ์ ที่สำคัญและเป็นที่รู้จักกันอย่างแพร่หลายในปัจจุบันได้แก่ อะซิติลโคลีน นอร์อิปิเนฟริน
   โดปามีน กาบา กลูตาเมต ซีโรโทนิน และเอ็นดอร์ฟิน

ระบบควบคุมการทำงาน

การที่สารสื่อนำประสาทที่ถูกหลั่งออกมา แล้วสามารถกระตุ้นหรือยับยั้งการทำงานของเซลล์ประสาทปลายทางได้นั้น ร่างกายจะต้องมีระบบควบคุมไม่ให้เกิดการทำงานมากหรือน้อยเกินไป โดยกลไกต่อไปนี้

1. โดยมีตัวรับไว้ที่ปลายประสาทของเส้นประสาทที่มาจากเชลล์ประสาทต้นทาง เพื่อคอยตรวจสอบว่ามีสารสื่อนำประสาทออกมามากพอหรือยัง ถ้ามีสารสื่อนำประสาทออกมามาก สารสื่อนำประสาทจะยับยั้งการทำงานของเชลล์ประสาทต้นทางผ่านทางตัวรับนี้ ให้หยุดส่งกระแสประสาท
2. ระบบดูดกลับเพื่อคอยเก็บสารสื่อนำประสาทที่ถูกปล่อยออกมาแล้ว กลับเข้าคืนไปเก็บไว้ในปลายประสาทของเซลล์ประสาทต้นทาง ทำให้สารสื่อนำประสาทหยุดการกระตุ้นเชลล์ประสาทปลายทาง และยังสามารถเก็บสารสื่อนำประสาทที่ยังดีๆเหล่านี้ไว้ใช้คราวต่อไปได้อีก
3. ระบบเอนซัยม์ย่อยสลายสารสื่อนำประสาท โดยทำหน้าที่เก็บกวาดทำลายสารสื่อนำประสาทที่ยังหลงเหลืออยู่

อะซิติลโคลีน (acetylcholine)

อะซิติลโคลีน เป็นสารเคมีในสมองชนิดแรกที่ถูกค้นพบโดยแพทย์ชาวออสเตรีย ที่ภายหลังหันมาทำงานวิจัยทางเภสัชวิทยาชื่อ Otto Loewi ในปี ค.ศ. 1921 ผลงานชิ้นนี้ทำให้ท่านได้รับรางวัลโนเบลสาขาการแพทย์ และสรีรวิทยาในปี ค.ศ. 1936

1. อะซิติลโคลีน เป็นสารเคมีในสมองทำหน้าที่เกี่ยวกับความจำและกระบวนการเรียนรู้ พบได้ในสมอง
   ไขสันหลัง รอยเชื่อมต่อกล้ามเนื้อ รวมทั้งปมประสาทอัตโนมัติชนิดพาราซิมพาเทติก
2. สังเคราะห์มาจากสารอะซิติลโคเอและโคลีน โดยปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในสมอง อะซิติลโคลีนจะถูกทำลายอย่างรวดเร็วโดยเอนซัยม์ที่ชื่อว่าอะซิติลโคลีนเอสเตอเรส กลายเป็นโคลีนและอะซีเตท ซึ่งจะถูกดูดกลับเข้าไปในเซลล์สมองที่เป็นตัวส่งข้อมูล
3. อะซิติลโคลีนเป็นสารที่มีบทบาทสำคัญหลายประการเกี่ยวข้องกับการทำงานของกล้ามเนื้อทั่วร่างกาย
   รวมทั้งกล้ามเนื้อเรียบของอวัยวะภายใน การสร้างสารอะเซทิลโคลีนในร่างกายมีความสำคัญมาก เนื่องจากอะเซทิลโคลีนมีหน้าที่ควบคุมพฤติกรรม การเคลื่อนไหวและความจำ ดังนั้นถ้ามีอะเซทิลโคลีนในระดับตํ่า จะทำให้มีปัญหาเรื่องการทำงานของกล้ามเนื้อ สมาธิสั้น ขี้ลืม ความจำไม่ดีโดยเฉพาะความจำระยะสั้น และอาจทำให้นอนหลับไม่สนิทได้
4. อะซิติลโคลีนเกี่ยวข้องกับการนอนหลับโดยเฉพาะอย่างยิ่งในระยะหลับลึก
5. ความสัมพันธ์ระหว่างอะซิติลโคลีนกับโรคสมองเสื่อมอัลไซเมอร์ พบว่าในสมองของผู้ป่วยที่เป็นโรคนี้
   มีปริมาณของอะซิติลโคลีนลดลงถึงร้อยละ 90

นอร์อิปิเนฟริน (norepinephrine)

นอร์อิปิเนฟริน ถูกค้นพบในปี ค.ศ. 1946 โดยนักวิทยาศาสตร์รางวัลโนเบลชาวสวีเดน Ulf von Euler ซึ่งผลงานของท่านเกือบทั้งหมดทุ่มเทให้กับความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับสารสื่อนำประสาทชนิดนี้ การกระจายของนอร์อิปิเนฟรินในเนื้อเยื่อประสาทชนิดต่างๆ การสังเคราะห์ สะสม และหลั่งออกมาจากเซลล์ประสาท นับเป็นห้องปฏิบัติการที่มีชื่อเสียงเป็นอย่างยิ่งในยุคสมัยนั้น

1. นอร์อิปิเนฟรินเกี่ยวข้องกับการกระตุ้นระบบประสาทของร่างกาย พบมากในระบบประสาทอัตโนมัติ
   ซิมพาเธติก เพิ่มอัตราการเต้นของหัวใจ เพิ่มความดันโลหิต
2. ต่อมหมวกไตสร้างนอร์อิปิเนฟริน และหลั่งออกมาในกระแสเลือด นอร์อิปิเนฟรินเป็นฮอร์โมนที่สร้างจากต่อมหมวกไตที่มีคุณสมบัติทางเคมีและทางเภสัชวิทยาเหมือนกับอิปิเนฟริน มีหน้าที่กระตุ้นการทำงานของระบบประสาทอัตโนมัติชนิดซิมพาเธติก เกี่ยวข้องกับการแสดงออกทางร่างกายเวลาที่เกิดความกลัว และความเครียด
3. นอร์อิปิเนฟรินมีความสำคัญในสมองที่เกี่ยวข้องกับความจำ เกี่ยวข้องกับอารมณ์และการตอบสนองต่อความเครียดเป็นหลัก และยังมีส่วนเกี่ยวข้องกับการควบคุมการรู้สึกตัว ความจำ และการเรียนรู้
4. ประมาณร้อยละ 50 ของสารนอร์อิปิเนฟรินในสมอง จะถูกสร้างขึ้นมาจากสมองส่วนที่เรียกว่า โลคัส
   ซีรูเรียส (locus ceruleus) ซึ่งเป็นสมองส่วนที่เชื่อมโยงระหว่างสมองส่วนที่เกี่ยวข้องกับอารมณ์ และการตอบสนองต่อความเครียด สารเคมีชนิดนี้มีส่วนสำคัญและเกี่ยวข้องโดยตรงกับปฏิกิริยาตอบสนองต่อความเครียด
5. นอร์อิปิเนฟรินเกี่ยวข้องกับโรคซึมเศร้า โรคไบโพล่าร์ และโรคแพนิค

โดปามีน (dopamine)

นักวิทยาศาสตร์ชาวสวีเดน Arvid Carlsson ค้นพบโดปามีนเมื่อช่วงทศวรรษ 1950s และยังพบว่าการให้สารตั้งต้นของโดปามีน คือ L-dopa สามารถรักษาอาการของโรคพาร์กินสันได้ ทำให้ท่านได้รับรางวัลโนเบลในปี ค.ศ. 2000

1. โดปามีนมีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกับนอร์อิปิเนฟริน และอิปิเนฟริน โดปามีนจะมีปฏิกิริยากับตัวรับต่างๆ
   หลายชนิด ซึ่งทำให้เกิดผลแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง นอกจากนั้นในเซลล์สมองบางตัว โดปามีนจะเปลี่ยนเป็นนอร์อิปิเนฟรินซึ่งเป็นสารเคมีในกลุ่มเดียวกัน
2. โดปามีนเป็นสารออกฤทธิ์ยับยั้ง โดยเป็นสารเคมีในกลุ่มของแคททีคอลลามีน ซึ่งเป็นกลุ่มสารเคมีที่หลั่งออกมาจากเซลล์สมองและมีผลต่อการทำงานของสมองเป็นอย่างมาก เพิ่มการติดต่อสื่อสารของข้อมูลระหว่างเซลล์สมอง และมีบทบาทสำคัญต่อสมองส่วนลิมบิกที่ทำให้รู้สึกมีความสุข
3. สารโดปามีนเกี่ยวข้องกับโรคจิตเภทและโรคจิตชนิดอื่นๆ รวมทั้งยาเสพติด โดยพบว่าโดปามีนเกี่ยวข้องกับกลไกบางอย่างในสมอง สารเสพติดที่กระตุ้นโดปามีน ได้แก่ โคเคน ฝิ่น เฮโรอิน รวมทั้งอัลกอฮอล์ และ
   นิโคตินในบุหรี่ด้วย
4. โดปามีนมากเกิน เกี่ยวข้องกับโรคจิตเภทที่รุนแรง โดยโดปามีนในกลีบสมองส่วนฟรอนทัลมากเกินไป ซึ่งสมองส่วนนี้ทำหนี้ท่เกี่ยวกับอารมณ์ ความรู้สึกนึกคิด การเรียนรู้ ความจำ ความฉลาด ความคิดอย่างมีเหตุผล ยาที่ใช้รักษาโรคจิตเภทหลายชนิดออกฤทธิ์ต้านสารโดปามีน
5. ถ้าโดปามีนน้อยเกินไป จะทำให้เกิดเป็นโรคพาร์กินสัน เซลล์สมองที่มีโดปามีนมักจะอยู่ที่บริเวณของสมองส่วน basal ganglia ในส่วนที่เรียกว่า substantia nigra ผู้ป่วยโรคพาร์กินสันจะพบว่ามีการตายของเซลล์สมองที่มีโดปามีน จึงทำให้สมองขาดสารโดปามีน

กาบา (GABA, gammabutyric acid)

ในปี 1950 Eugene Roberts และ J. Awapara เป็นผู้ค้นพบสาร GABA

1. GABA เป็นสารสื่อประสาทชนิดออกฤทธิ์ยับยั้ง
2. ในคนที่มีระดับ GABA ในสมองน้อยเกินไป จะพบความผิดปกติชนิดวิตกกังวล ยากล่อมประสาทบางชนิด เช่น แวเลียม ออกฤทธิ์โดยเพิ่มฤทธิ์ของสาร GABA ในบางราย พบว่าระดับ GABA น้อยมากจนอาจทำให้เกิดอาการชักได้
3. สารอื่นๆ ที่กระตุ้นโปรตีนตัวรับกาบ้า ได้แก่ อัลกอฮอล์ และบาร์บิทูเรต

กลูตาเมต (glutamate)

กลูตาเมตได้รับการพิสูจน์ว่าเป็นสารเคมีในสมองเมื่อปี ค.ศ. 1994 โดย Peter Usherwood

1. กลูตาเมท และกาบาเป็นกรดอะมิโนที่ทำปฎิกิริยาเหมือนกับสารสื่อประสาท โดยกลูตาเมทจะกระตุ้นเซลล์สมอง ในขณะที่กาบาจะยับยั้งเซลล์สมอง โดยที่กลูตาเมทและกาบา มีลักษณะคล้ายคลึงกันหลายประการ จำนวนของเซลล์สมองที่ใช้กลูตาเมท และกาบามีมากกว่าจำนวนของเซลล์สมองที่ใช้สารสื่อประสาท
   ตัวอื่นๆ รวมกัน
2. พบได้ทั่วไปในสมอง กลูตาเมตทำหน้าที่ส่วนใหญ่ในสมองไม่เฉพาะเจาะจง ในขณะที่สารสื่อประสาท
   ตัวอื่นๆ มีผลแบบเฉพาะเจาะจง เช่น ความสุข ความเจ็บปวด ทั้งกลูตาเมทและกาบา มีหน้าที่สำคัญใน
   ร่างกายนอกเหนือจากทำหน้าที่เป็นสารสื่อประสาท เช่น มีความสำคัญในกระบวนการเผาผลาญอาหารในร่างกายเพื่อย่อยสลายอาหารและนำมาสร้างเป็นโมเลกุลที่มีพลังงานสูงในเซลล์
3. กลูตาเมทถูกเปลี่ยนแปลงหรือถูกกระทบได้ง่าย เชื่อว่าปริมาณของกลูตาเมตที่มากเกินไปจะทำลายเซลล์ประสาท และอาจเป็นสาเหตุของโรคระบบประสาทหลายชนิดด้วย
4. โรคเอแอลเอส ALS หรือที่รู้จักกันว่า Lou Gehrig's disease เกิดจากการสร้างกลูตาเมตมากเกินไป

ซีโรโทนิน (serotonin)

Vittorio Erspamer ค้นพบเป็นครั้งแรกในช่วงทศวรรษ 1930s ต่อมาในปี ค.ศ. 1948 Irvine Page พบว่า
ซีโรโทนินเป็นสารที่มีอยู่ในกระแสเลือดและเป็นผู้ตั้งชื่อว่า "serotonin" ซึ่งมาจาก "serum-tonic"พบว่าเป็นสารสื่อประสาทในสมองที่จะเชื่อมโยงการติดต่อสื่อสารระหว่างเซลล์สมอง เมื่อซีโรโทนินไปจับกับโปรตีนตัวรับของเซลล์สมองแล้ว ก็จะเกาะเกี่ยวกันและทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีต่างๆ เกิดเป็นประจุไฟฟ้า ซีโรโทนินมีส่วนเกี่ยวข้องในเรื่องของอารมณ์และการตัดสินใจ

1. ซีโรโทนินเป็นสารสื่อประสาทที่ทำหน้าที่ยับยั้ง และมีบทบาทสำคัญในการแข็งตัวของเลือด ซึ่งอาจทำให้เกิดอาการปวดหัวไมเกรนในบางราย เพราะทำให้เส้นเลือดหดและขยายตัว ขณะเดียวกันก็มีบทบาทสำคัญต่อการเต้นของหัวใจ การควบคุมอุณหภูมิของร่างกาย การรับรู้ความรู้สึก และเกี่ยวข้องกับการทำหน้าที่ต่างๆ ของสมอง เช่น การหลับ ช่วยในการเริ่มเข้าสู่การหลับ ความตื่นตัว ความอยากอาหาร และความจำ โดยเฉพาะความจำระยะสั้น
2. สารเคมีในสมองของผู้ป่วยโรคซึมเศร้ามีการเปลี่ยนแปลงไปจากปกติอย่างชัดเจน โดยมีสารที่สำคัญได้แก่ ซีโรโทนิน และนอร์อิปิเนฟรินลดต่ำลง รวมทั้งอาจมีความผิดปกติของเซลล์รับสื่อเคมีเหล่านี้ ปัจจุบันเชื่อว่าเป็นความบกพร่องในการควบคุมประสานงานร่วมกัน มากกว่าเป็นความผิดปกติที่ระบบใดระบบหนึ่ง ยาต้านซึมเศร้าที่ใช้กันนั้นก็ออกฤทธิ์โดยการไปปรับสมดุลของระบบสารเคมีเหล่านี้
3. ซีโรโทนินถูกสังเคราะห์มาจากกรดอะมิโน L-tryptophan พบในเกล็ดเลือด ระบบทางเดินอาหาร และ
   บางส่วนของสมอง โดยเฉพาะในแกนสมองส่วนที่เรียกว่าพอนส์ จะพบเซลล์สมองจำนวนมากที่ใช้สาร
   ซีโรโทนินเป็นสารสื่อประสาท และที่เซลล์สมองจะมีตัวรับซีโรโทนินอยู่หลายชนิด
4. ซีโรโทนินเกี่ยวข้องกับการเกิดโรคไมเกรน โรคลำไส้แปรปรวน ไฟโบรมัยอัลเจีย โรคไบโพล่าร์ โรคย้ำคิดย้ำทำ และโรคแพนิค

เอนดอร์ฟิน (endorphin)

ในปี ค.ศ. 1973 Solomon Snyder และ Candace Pert แห่งมหาวิทยาลัย Johns Hopkins เป็นผู้ค้นพบสารสื่อนำประสาทที่มีชื่อเรียกว่า "เอนดอร์ฟิน"

1. เอนดอร์ฟิน เป็นสารเคมีที่ช่วยทำให้รู้สึกผ่อนคลาย หายเจ็บปวด คำว่า endorphin ย่อมาจาก"endogenous morphine" หมายถึง มอร์ฟีนที่ร่างกายสร้างขึ้นโดยธรรมชาติ
2. การทำงานของเอนดอร์ฟินที่เกิดขึ้นในสมองคล้ายกับการออกฤทธิ์ของยามอร์ฟีนที่ใช้ในทางการแพทย์ ในคนไข้ที่ได้รับความเจ็บปวดมากๆ เมื่อฉีดมอร์ฟีนเข้าไป จะทำให้ความเจ็บปวดลดลง และช่วยทำให้เกิดอาการผ่อนคลาย
3. โครงสร้างทางเคมีคล้ายกับสารฝิ่น มอร์ฟีน เฮโรอีน และ
   มีคุณสมบัติใกล้เคียงกัน สารในกลุ่มนี้ทุกชนิดออกฤทธิ์โดยการจับตัวกับโปรตีนตัวรับชนิดเดียวกัน
4. เอนดอร์ฟินออกฤทธิ์ยับยั้ง และบรรเทาความเจ็บปวด โดยจับกับโปรตีนตัวรับของเซลล์สมองที่ควบคุมเกี่ยวกับความเจ็บปวด และยังมีผลต่อสารโดปามีนที่ส่งไปยังสมองส่วนหน้า โดยเกิดการหลั่งสารโดปามีนจำนวนมากออกมา ปริมาณสารโดปามีนที่สมองส่วนหน้าเพิ่มมากขึ้นจะช่วยทำให้ความรู้สึกต่อความเจ็บปวดลดลง
5. เอนดอร์ฟินช่วยเพิ่มความรู้สึกพึงพอใจ เคลิบเคลิ้ม และอารมณ์ที่เป็นสุข

ที่มา : นพ.วรวุฒิ เจริญศิริ
ศูนย์ข้อมูลสุขภาพกรุงเทพ

สอบถามรายละเอียดเพิ่มเติม หรือรับคำปรึกษาจากแพทย์ได้ ที่นี่