Area postrema je medulární struktura v mozku, která kontroluje zvracení. Její privilegovaná poloha v mozku také umožňuje, aby area postrema hrála zásadní roli při kontrole autonomních funkcí centrálním nervovým systémem.
Area postrema je malá protuberance nacházející se na inferoposteriorové hranici čtvrté komory. Specializované ependymální buňky se nacházejí uvnitř area postrema. Tyto specializované ependymální buňky se mírně liší od většiny ependymálních buněk (ependymocytů) a tvoří jednobuněčnou epitelovou výstelku komor a středního kanálu. Area postrema je oddělena od vagálního trojúhelníku funiculus separans, tenkým poloprůhledným hřebenem. Vaginální trojúhelník překrývá dorzální vagální jádro a je umístěn na kaudálním konci rhomboidní fossy neboli „podlahy“ čtvrté komory. Area postrema je umístěna těsně před obexem, dolním vrcholem caudal ventricular floor. Jak funiculus separans, tak area postrema mají podobný tlustý tanycytový obal obsahující ependyma. Ependyma a tanycyty se mohou podílet na transportu neurochemických látek do a z mozkomíšního moku z jeho buněk nebo přilehlých neuronů, glií nebo cév. Epednyma a tanycyty se mohou také podílet na chemorecepci. Eminence plošné postrema je považována za cirkumventrikulární orgán, protože jeho endoteliální buňky neobsahují těsné spoje, což umožňuje volnou výměnu molekul mezi krví a mozkovou tkání. Toto unikátní narušení hematoencefalické bariéry je částečně kompenzováno přítomností tanycytové bariéry.
Oblast postrema se napojuje na jádro samotářského traktu a další autonomní řídící centra v mozkovém kmeni. Je vybuzena viscerálními aferentními impulzy (sympatickými a vagálními) vycházejícími z gastrointestinálního traktu a dalších periferních spouštěcích oblastí. Oblast postrema tvoří část dorzálního vagálního komplexu, který je kritickým místem ukončení vagálních aferentních nervových vláken, spolu s dorzálním motorickým jádrem vagu a jádrem samotářského traktu. Zvracení a nevolnost jsou s největší pravděpodobností vyvolány oblastí postrema prostřednictvím jejího spojení s jádrem samotářského traktu, který může sloužit jako začátek dráhy spouštějící zvracení v reakci na různé emetické vstupy. Tato struktura však nehraje klíčovou roli při zvracení vyvolaném aktivací vagálních nervových vláken nebo pohybem a její funkce při zvracení vyvolaném radiací zůstává nejasná. Protože se area postrema nachází mimo hematoencefalickou bariéru, peptid a další fyziologické signály v krvi mají přímý přístup k neuronům mozkových oblastí s životně důležitou rolí v autonomním řízení těla. V důsledku toho je nyní area postrema považováno za výchozí místo pro integraci různých fyziologických signálů v krvi při vstupu do centrálního nervového systému.
Areál postrema, jeden z cirkumventrikulárních orgánů, detekuje toxiny v krvi a působí jako centrum vyvolávající zvracení. Areál postrema je kritickým homeostatickým integračním centrem pro humorální a nervové signály. Nedávné studie uvádějí jeho funkci jako spouštěcí místo chemoreceptoru pro zvracení v reakci na emetika. Jedná se o hustě vakularizovanou strukturu, která postrádá těsné spoje mezi endoteliálními buňkami, čímž umožňuje detekovat různé toxiny v krvi i v mozkomíšním moku.
Pozice area postrema mimo hematoencefalickou bariéru činí z této konkrétní oblasti dřeně klíčového hráče v autonomním řízení různých fyziologických systémů, včetně kardiovaskulárního systému a systémů kontrolujících příjem potravy a metabolismus.
Nedávná studie naznačila existenci vazebných míst prolaktinu specifických pro oblast postrema. Výsledek současné studie implikoval oblast postrema jako cílovou oblast prolaktinu, ve které má cévní prolaktin schopnost se otevřeně sdružovat s neuronálními složkami. Prolaktin je peptidový hormon známý u nižších živočichů, který hraje významnou roli v osmoregulaci, původně funguje tak, že ovlivňuje elektrolytovou rovnováhu, a nyní může působit na stimulaci reprodukčního chování, jako je vodní pohon před ovopozicí u obojživelníků a kojení u savců.
Jiná nedávná studie zjistila, že podání angiotenzinu II způsobuje na dávce závislé zvýšení arteriálního krevního tlaku, aniž by vyvolalo značné změny srdeční frekvence. Důkazy z této studie ukazují, že změna arteriálního krevního tlaku závisí na integritě oblasti postrema a že toto místo částečně přispívá k působení angiotenzinu.
Poškození plošné postrema, způsobené především lézí nebo ablací, brání normálním funkcím plošné postrema. Tato ablace se obvykle provádí chirurgicky a za účelem zjištění přesného účinku plošné postrema na zbytek těla. Vzhledem k tomu, že plošná postrema působí jako vstupní bod do mozku pro informace ze smyslových neuronů žaludku, střev, jater, ledvin, srdce a dalších vnitřních orgánů, spoléhá se při přenosu informací na plošnou postrema celá řada fyziologických reflexů. Plošná postrema působí tak, že přímo monitoruje chemický stav organismu. Léze plošné postrema jsou někdy označovány jako „centrální vagotomie“, protože eliminují schopnost mozku monitorovat fyziologický stav těla prostřednictvím svého bloudivého nervu. Tyto léze tak slouží k tomu, aby zabránily detekci jedů a následně zabránily působení přirozené obrany organismu. V jednom příkladu pokusy provedené Bernsteinem a spol. na potkanech ukázaly, že léze v oblasti postrema zabránily detekci chloridu lithného, který se může ve vysokých koncentracích stát toxickým. Jelikož potkani nemohli chemickou látku detekovat, nebyli schopni použít psychologický postup známý jako podmínění chuťové averze, což způsobilo, že potkani nepřetržitě přijímali roztok sacharinu v páru s lithiem. Tato zjištění ukazují, že potkani s lézemi v oblasti postrema nezískávají normální podmíněné chuťové averze, když je chlorid lithný použit jako nepodmíněný stimul. Kromě jednoduchých chuťových averzí potkani s lézemi v oblasti postrema neprováděli další behaviorální a fyziologické reakce spojené se zavedením toxinu a přítomné v kontrolní skupině, jako je lehnutí na břicho, opožděné vyprazdňování žaludku a podchlazení. Takové experimentování zdůrazňuje význam plošného postrema nejen v identifikaci toxických látek v těle, ale také v mnoha fyzických reakcích na toxin.
Významnou roli v diskusi o Parkinsonově chorobě hraje také area postrema. Léky, které léčí Parkinsonovu chorobu pomocí dopaminu, mají silný vliv na area postrema. Tyto léky stimulují přenos dopaminu a pokoušejí se normalizovat motorické funkce ovlivněné Parkinsonovou chorobou. To funguje, protože nervové buňky, zejména v bazálních gangliích, které mají zásadní roli v regulaci pohybu a jsou primárním místem pro patologii Parkinsonovy choroby, používají dopamin jako svůj neurotransmiter a jsou aktivovány léky, které zvyšují koncentrace dopaminu nebo působí na stimulaci dopaminových receptorů. Dopaminu se také daří stimulovat area postrema, protože tato část mozku obsahuje vysokou hustotu dopaminových receptorů. Area postrema je velmi citlivá na změny v krvi a vnímá přítomnost jedovatých nebo nebezpečných látek v krvi. Jako obranný mechanismus vyvolává area postrema zvracení, aby zabránila další intoxikaci. Vysoká hustota dopaminových receptorů v oblasti postrema způsobuje, že je velmi citlivá na dopamin zvyšující léky. Stimulace dopaminových receptorů v oblasti postrema aktivuje tato centra zvracení v mozku; proto je nauzea jedním z nejčastějších vedlejších účinků antiparkinsonik.
Studie z roku 2002 v Japonsku testovala lék, který může být užitečný při potlačování emetické reakce na léky, které zvyšují koncentrace dopaminu. Studie zkoumala morfinem vyvolané zvracení u fretek a vysvětlovala, že expozice morfinu vyvolala uvolňování dopaminu v medulla oblongata a v oblasti postrema aktivací opiátových receptorů, které následně způsobily zvracení fretek. Přesto předléčení 6-hydroxydopaminem, dopaminergním neurotoxinem, významně snížilo počet emetických epizod u fretek po expozici morfinu. Tento neurotoxin snížil hladiny dopaminu, noradrenalinu a homovanilové kyseliny, metabolitu dopaminu, a je známo, že ničí noradrenergní a dopaminergní neurony v medulla oblongata, ale ne v jiných částech mozku. Ačkoli by tato destruktivní neurologická aktivita mohla potenciálně způsobit další problémy, tato studie ukazuje, jak lze manipulovat s dopaminergní dráhou v prodloužené míše, aby se snížily nežádoucí účinky vyvolávající nevolnost spojené s tolika dopaminem zvyšujícími léky.
Pokračování patologické studie
Plocha postrema je také indikována v inzulinové léčbě proti diabetu 1. a 2. typu. Zvláštní mechanismus, využívaný lékem pramlintidem, působí hlavně na plochu postrema a má za následek sníženou sekreci glukagonu, což zpomaluje vyprazdňování žaludku a vliv sytosti. Toto zacílení na plochu postrema umožňuje zlepšení kontroly glykémie, aniž by to způsobilo zvýšení tělesné hmotnosti. Vzhledem k tomu, že lék působí na plochu postrema, musí být dávky titrovány pomalu, aby se u pacienta nevyvolala nauzea.
V současné době také probíhají studie, které zjišťují vliv ablace area postrema na hypertenzi a kardiovaskulární funkci. Například studie na potkanech a králících ukazují, že hypertenze závislá na angiotenzinu II je zrušena lézí area postrema. Mechanismus této fyziologické reakce není dosud zcela objasněn, ale schopnost area postrema regulovat kardiovaskulární funkci představuje pro neuroendokrinologii velmi zajímavý směr.
Oblast postrema byla poprvé pojmenována a umístěna v hrubé anatomii mozku Magnusem Gustafem Retziusem, švédským anatomem, antropologem a profesorem histologie na Karolinska Mediko-Kirurgiska Institutet ve Stockholmu. V roce 1896 vydal dvousvazkovou monografii o hrubé anatomii lidského mozku, v níž byla zmíněna oblast postrema. Tato práce byla jednou z nejdůležitějších prací zveřejněných v 19. století na anatomii lidského mozku.
V roce 1937 Kingova publikace L.S. tvrdila, že area postrema je tvořena soley gliálních buněk, ale to bylo později vyvráceno výzkumem několika vědců včetně Jana Cammermeyera, Kennetha R. Brizzeeho a Herberta L. Borisona, kteří prokázali přítomnost neuronů v area postrema několika savčích druhů.
Vědci se začali čím dál více zajímat o výzkum zvracení v 50. letech, možná částečně kvůli zvýšenému povědomí společnosti o nemoci z ozáření, což je stav, při kterém mnoho pacientů, kteří zvraceli po ozáření, zemřelo. Intenzivní studie o zvracení začaly v 50. letech na lékařské fakultě Univerzity v Utahu, kde měl Borison silnou přítomnost jako profesor i výzkumník. Doktorát získal v roce 1948 na Kolumbijské univerzitě, kde se etabloval jako autorita v oblasti mozkového kmene a neurofyziologie. Před výzkumem Borisona a jeho známého kolegy S.C. Wanga, lékaře a odborného asistenta z Kolumbijské univerzity, se věřilo, že chemodetekce a koordinace zvracení, neboli zvracení, v lidském těle jsou řízeny výhradně dorzálním vagálním jádrem. Přesto byla tato myšlenka „neslučitelná s pozorováním, že zvracení může být stále vyvoláno gastrointestinálními dráždivými látkami u psů s chronickými lézemi dorzálního poševního jádra“, a tak Borison a Wang věnovali svůj výzkum řešení této hádanky. Borison nakonec vysvětlil, že jejich výsledky ukázaly existenci dvou oblastí v mozku souvisejících se zvracením; jedna, chemosenzor pro zvracení bez koordinační funkce, umístěný ve čtvrté komore a druhá, koordinátor zvracení bez chemosenzorské funkce, umístěný v laterální retikulární formaci prodloužené míchy.
V roce 1953 Borison a Wang určili, že oblast chemosenzoru funguje jako spouštěcí zóna zvracení v mozkovém kmeni a pojmenovali ji jako spouštěcí zónu chemoreceptoru (CTZ) pro zvracení. Za použití koček a psů jako modelových organismů zjistili, že odstranění této spouštěcí zóny z mozku umožnilo prevenci zvracení u zvířat bezprostředně po injekci určitých chemických látek do krevního řečiště, což prokázalo existenci vztahu mezi spouštěcí zónou a aktem zvracení. CTZ byla anatomicky umístěna v oblasti postrema prodloužené míchy. Oblast postrema byla anatomicky identifikována a pojmenována téměř o 60 let dříve, ale její funkce zůstala neznámá, dokud práce Borisona a Wanga nenavrhla její roli při zvracení, což bylo později potvrzeno mnoha laboratořemi.
Dalšími vědci označenými jako průkopníci v oblasti výzkumu týkajícího se oblasti postrema a mechanismu zvracení obecně jsou Larry McCarthy, A.D. Miller a V. J Wilson.
Výzkum funkcí oblasti postrema dnes pokračuje po celém světě. Kromě své role ve zvracení, jak ji intenzivně zkoumali výzkumníci z poloviny 20. let 20. století, byla činnost oblasti postrema úzce spojena s dalšími autonomními funkcemi, jako je regulace příjmu potravy, homeostáza tělních tekutin a kardiovaskulární regulace prostřednictvím behaviorálních studií a elektrofyziologických studií. V roce 2007 byl v Japonsku proveden výzkum mechanismu excitability neuronů oblasti postrema extracelulárním ATP. Na řezech mozku potkanů byly použity techniky záznamu celých buněk napěťových svorek. Výsledky ukázaly, že většina reakcí na ATP byla excitační a že byly zprostředkovány konkrétními P2 purinoceptory nalezenými v oblasti postrema. Role oblasti postrema v averzi a preferenci podmíněné chutí byla zkoumána v roce 2001 výzkumníky na Brooklyn College při City University of New York. Experiment testoval vliv lézí area postrema u potkanů na jejich schopnost učit se averzi podmíněné chutí k příchutím v páru s léčbou toxickými léky, což skutečně ukázalo, že léze area postrema vedly k učení se porušené averzi chutí.
Mnoho dalších současných studií týkajících se area postrema bylo publikováno v různých vědeckých časopisech, což ukazuje, že výzkum tohoto cirkumventrikulárního orgánu se nadále daří. Například studie z roku 2009 sledovala vývoj area postrema pomocí modelu makaků ve snaze identifikovat a charakterizovat neurotransmisi v této oblasti a také vyřešit nedořešené nesrovnalosti napříč výzkumy. Tito vědci v závěru zjistili, že předchozí studie naznačují, že noradrenalin a/nebo dopamin způsobují fluorescenci CA v area postrema makak-CA, což znamená katecholaminergní nebo odvozenou od aminu a fungující jako neurotransmiter nebo hormon nebo obojí. Studie však nalezla důkazy o sekreci neurotransmiterů místo uvolnění ve váčcích. Také jejich zjištění dospěla k závěru, že GABA je hlavním neurotransmiterem v oblasti postrema, nikoli glutamát. Pokračující výzkum nadále odhaluje nesrovnalosti mezi různými modely výzkumu potkanů, koček a nyní makaků.
Trigeminal lemniscus (Dorsal trigeminal tract, Ventral trigeminal tract)
kraniální jádra: GSA: Principal V/Spinal V – VIII-c (Dorsal, Anterior)/VIII-v (Lateral, Superior, Medial, Inferior) – SVE: Motor V – VII – GSE: VI – GVE: VII: Superior salivary nucleus
MLF, III, IV a VI (vestibulooculomotorová vlákna, mediální vestibulospinální trakt)
senzorické/vzestupné: Trapezoid body/VIII – Superior olivary nucleus
Inferior cerebellar peduncle (Vestibulocerebellar tract)
motor/sestup: Apneustické centrum • Pneumotaxické centrum (středové parabrachiální jádro) – Laterální parabrachiální jádro
Střední mozečková vlákna (Pontocerebellar fibers) – Pontinský nukleimotor/sestupný: Kortikospinální trakt – Kortikobulbarový trakt – Kortikopontinová vlákna
Retikulární formace (Caudal, Oral, Tegmental, Paramedian) • Raphe nuclei (Median)
povrch: Zadní medián sulcus – Postero-laterální sulcus – Area postrema
lebeční jádra: GVA: VII,IX,X: Solitární/traktální • SVA: Gustární jádro • GSE: XII • GVE: IX,X,XI: Ambiguus • SVE: X: Dorzální • IX: Dolní slinné jádro – MLF, III, IV a VI
senzorické/vzestupné: Gracile nucleus • Cuneate nucleus (Accessory cuneate nucleus) • Senzorické decussation • Medial lemniscus
motor/sestup: dorzální respirační skupina
motorický/sestupný: Ventrální respirační skupina – pyramida (motorická decuszace) – jádro spodní olivary (Olivocerebellární trakt, Rubro-olivary trakt)povrch: Přední střední trhlina – Antero-laterální sulcus – jádro meduly obloukové – Olivární těleso
Retikulární formace (Gigantocellular, Parvocellular, Ventral, Lateral, Paramedian) • Raphe nuclei (Obscurus, Magnus, Pallidus)