Bazální ganglia označuje skupinu fyzických dysfunkcí, které se vyskytují, když skupina jader v mozku známá jako bazální ganglia nedokáže správně potlačit nežádoucí pohyby nebo správně připravit horní obvody motorického neuronu k zahájení motorické funkce. Výzkum ukazuje, že zvýšený výstup bazálních ganglií inhibuje thalamokortické projekční neurony. Správná aktivace nebo deaktivace těchto neuronů je nedílnou součástí správného pohybu. Pokud něco způsobí příliš velký výstup bazálních ganglií, pak se thalamokortické projekční neurony stanou příliš inhibovanými a člověk nemůže iniciovat dobrovolný pohyb. Tyto poruchy jsou známé jako hypokinetické poruchy. Nicméně porucha vedoucí k abnormálně nízkému výstupu bazálních ganglií vede k relativně nulové inhibici thalamokortických projekčních neuronů. Tato situace vede k neschopnosti potlačit nežádoucí pohyby. Tyto poruchy jsou známé jako hyperkinetické poruchy. V současné době jsou příčiny abnormálního zvýšení nebo snížení výdeje bazálních ganglií špatně pochopeny. Jedním z možných faktorů by mohla být přirozená akumulace železa v bazálních gangliích, způsobující neurodegeneraci vzhledem k jeho zapojení do toxických reakcí s volnými radikály. Ačkoli motorické poruchy jsou nejčastější spojené s bazálními ganglii, nedávný výzkum ukazuje, že poruchy bazálních ganglií mohou vést k dalším dysfunkcím, jako je obsedantně kompulzivní porucha (OCD) a Touretteův syndrom.
Diagram konektivity ukazující excitační glutamátergní dráhy jako červené, inhibiční GABAergní dráhy jako modré a modulační dopaminergní jako magenta.
Hlavní okruhy bazálních ganglií. Obrázek ukazuje 2 koronální řezy, které byly překryty tak, aby zahrnovaly zapojené struktury bazálních ganglií. + a – znaky v místě šipek označují, zda je dráha excitační nebo inhibičně účinná. Zelené šipky označují excitační glutamátergní dráhy, červené šipky označují inhibiční GABAergní dráhy a tyrkysové šipky označují dopaminergní dráhy, které jsou excitační na přímé dráze a inhibiční na nepřímé dráze.
Bazální ganglia je kolektivní skupina struktur v mozku. Patří mezi ně striatum (složené z jádra putamen a caudat), globus pallidus, substantia nigra a subthalamické jádro. Spolu s dalšími strukturami jsou bazální ganglia součástí okruhu, který je nedílnou součástí dobrovolné motorické funkce. Kdysi se věřilo, že primární funkcí bazálních ganglií je integrovat výčnělky z mozkové kůry a promítat informace přes thalamus do motorické kůry. Nový výzkum ukazuje, že bazální ganglia může být modelována jako skupina složek paralelních, reentrantních kortiko-subkortikálních obvodů, které vznikají v kortikálních oblastech, procházejí bazálními ganglii a končí ve specifických oblastech frontálního laloku. Má se za to, že tyto oblasti řídí nejen motorickou funkci, ale také oční, prefrontální, asociativní a limbické oblasti. Pochopení těchto obvodů vedlo k průlomu v pochopení poruch bazálních ganglií.
Ze všech obvodů je motorický obvod nejvíce studován díky svému významu pro motorické poruchy. Přímá dráha motorického obvodu je dráha, ve které výstupky z kůry putují do putamen přímo do vnitřního segmentu globus pallidus (GPi) nebo substantia nigra, pars reticulata (SNr) a pak směřují k ventrálnímu přednímu jádru (VA) a ventrálnímu laterálnímu jádru thalamu (VL) a mozkovému kmeni.
Touto dráhou je bazální ganglia schopna iniciovat dobrovolné pohyby tím, že potlačuje thalamické neurony, které řídí horní motorické neurony. Tento proces je regulován dopaminem vylučovaným striatum a dopaminovým receptorem D1 na SNc. Dopamin excituje striatální neurony v přímé dráze. Správné striatální uvolňování dopaminu je nedílnou součástí potlačení výstupu bazálních ganglií, což je potřebné pro zvýšenou aktivitu thalamických neuronů. Tato acitivita v thalamických jádrech je nedílnou součástí dobrovolného pohybu.
Předpokládá se, že nepřímá dráha motorického okruhu je projektována z mozkové kůry, k putamenům a k thalamu a mozkovému kmeni nepřímo průchodem zevním segmentem globus pallidus (GPe) a subthalamickým jádrem (STN). Nepřímá dráha je zodpovědná za ukončení pohybu. Nepřímá dráha inhibuje nežádoucí pohyby současným zvýšením excitačního vstupu do jiných GPi a SNr neuronů. Podobně jako přímá dráha je nepřímá dráha regulována striatálním dopaminem. D2 dopaminové receptory inhibují přenos nepřímou dráhou. D2 receptory inhibují striatální neurony inhibiční dráhou. Tento inhibiční účinek dopaminu na nepřímou dráhu plní stejnou funkci jako jeho excitační účinky v přímé dráze v tom, že snižuje tvorbu bazálních ganglií, což vede k disinhibici motorických neuronů.
Hypokinetické poruchy jsou poruchy hybnosti, které jsou popisovány jako poruchy se sníženou motorickou funkcí. To je obecně přisuzováno vyššímu než normálnímu výstupu bazálních ganglií způsobujícímu inhibici thalamokortických motorických neuronů.
Nejvýznamnější hypokinetickou poruchou je Parkinsonova choroba. Parkinsonismus je porucha charakterizovaná svalovou rigiditou a bradykinezií (třes v klidu). Tato porucha je způsobena nedostatkem dopaminu v bazálních gangliích. Tento nedostatek dopaminu způsobuje abnormality neuronálního výboje v motorickém okruhu. Projevuje se to abnormalitami v rámci kortikálních aktivačních vzorců během pohybových úkonů. Nedostatek dopaminu v nemotorických oblastech mozku vede také k depresi, protože dopamin v centru potěšení v mozku je zodpovědný za pocit štěstí. Současné výzkumy ukazují, že deplece dopaminu je zodpovědná za zvýšenou inhibici GPe, disinhibici STN a následnou zvýšenou excitaci GPi a SNr. Tento zvýšený výstup bazálních ganglií vede ke zvýšené inhibici thalamokortických neuronů.
Hyperkinetické poruchy jsou pohybové poruchy charakterizované zvýšenou nekontrolovatelnou motorickou funkcí. Jsou způsobeny sníženým výdejem bazálních ganglií, což způsobuje zvýšenou thalamokortickou funkci, která vede k neschopnosti zastavit nežádoucí pohyb.
Huntingtonova choroba je dědičné onemocnění, které způsobuje poruchy chování, kognice a nekontrolované rychlé trhavé pohyby. Huntingtonova choroba pramení z defektu, který se skládá z rozšířeného opakování CAG v genu lokalizovaném na chromozomu 4. Důkazy ukazují, že bazální ganglie u pacientů s Huntingtonovou chorobou vykazují pokles aktivity mitochondriální dráhy, komplexu II-III. Tyto nedostatky jsou často spojovány s degenerací bazálních ganglií. Tato degenerace striatálních neuronů promítajících se do GPe vede k vyloučení nepřímé dráhy, zvýšené inhibici STN, a tudíž ke snížení produkce bazálních ganglií. Neuronová degenerace nakonec způsobí smrt během 10 až 20 let.
Dystonie je hyperkinetická pohybová porucha, která je charakterizována mimovolním pohybem a zpomalením úmyslného pohybu. I když jsou známy příčiny dystonie, jako jsou metabolické, vaskulární a strukturální abnormality, stále existují pacienti s dystonií bez zjevné příčiny. Dystonie se může objevit jako hyperkinetická porucha nebo jako vedlejší účinek hypokinetických poruch, jako je Parkinsonova choroba. Donedávna se mělo za to, že dystonie je pravděpodobně způsobena extrémním nedostatkem funkce přímé cesty mezi Putamenem a GPi. Opět se mělo za to, že tato dysfunkce vede ke snížení produkce bazálních ganglií do thalamu a následnému zvýšení disinhibice thalamických projekcí do premotoru a motorické kůry. Nicméně nedávné modely u myší ukazují, že dysfunkce v mozečku může hrát stejnou roli v dystonii. .
Hemiballismus je hyperkinetická pohybová porucha, která způsobuje nekontrolovaný pohyb na jedné straně těla. Obecně je způsobena poškozením subthalamického jádra (STN). Vzhledem k tomu, že vnitřní segment globus pallidus (GPi) je spojnicí v obvodu mezi STN a thalamickou projekcí, prokázalo se, že zničení lokalizovaných mozkových buněk v GPi prostřednictvím pallidotonie slouží jako užitečná léčba hemiballismu.
Tourettův syndrom/obsedantně-kompulzivní porucha
Tourettův syndrom je porucha, která je charakterizována behaviorálními a motorickými tiky, OCD a poruchou pozornosti s hyperaktivitou (ADHD). Z tohoto důvodu se obecně předpokládá, že patologie zahrnující limbické, asociativní a motorické okruhy bazálních ganglií jsou pravděpodobné. Vzhledem k poznání, že syndromy jako Tourettův syndrom a OCD jsou způsobeny dysfunkcí nemotorických smyček bazálních gangliových okruhů, jsou vyvíjeny nové léčby těchto poruch, založené na léčbě původně určené k léčbě pohybových poruch.
Mnoho poruch bazálních ganglií je způsobeno dysfunkcí lokalizované oblasti. Z tohoto důvodu se genová terapie jeví jako životaschopná u neurodegenerativních poruch. Genová terapie se provádí nahrazením nemocných fenotypů novým genetickým materiálem. Tento proces je stále v počátečních fázích, ale první výsledky jsou slibné. Příkladem této terapie může být implantace buněk geneticky modifikovaných k expresi tyrosin hydroxylázy, která by se v těle mohla přeměnit na dopamin. Zvýšení hladiny dopaminu v bazálních gangliích by mohlo případně vyvážit účinky Parkinsonovy nemoci.
Léze je termín, který označuje destrukci neuronálních buněk v určité oblasti. I když se to zdá nebezpečné, u pacientů s poruchami pohybu bylo dosaženo obrovského zlepšení. Přesný proces obvykle zahrnuje jednostranné léze na senzoricko-motorickém území GPi. Tento proces se nazývá pallidotomie. Má se za to, že úspěch pallidotomie při snižování účinků poruch pohybu může být důsledkem přerušení abnormální neuronální aktivity v GPi. Tato ablační technika může být považována za pouhé odstranění vadného kusu obvodu. Po odstranění poškozeného kusu obvodu může zdravá oblast obvodu pokračovat v normální funkci.
Hluboká mozková stimulace zahrnuje vložení, prostřednictvím stereotaxní operace, elektrod do senzoricko-motorické oblasti mozku.
Tyto elektrody vysílají vysokofrekvenční stimulaci do implantovaných oblastí.
Dvoustranná implantace je nezbytná pro symetrické výsledky, stejně jako schopnost snížit intenzitu a trvání off-periody, stejně jako zvýšit trvání on-periody. Nejúčinnější struktury používané pro implantace pro hlubokou mozkovou stimulaci jsou vnitřní globus pallidus (GPi) a subthalmické jádro (STN). Je to proto, že je bezpečnější a efektivnější měnit vliv bazálních ganglií na thalamokortická jádra než přímo měnit nervovou aktivitu v horních motorických neuronových obvodech. Hluboká mozková stimulace je složitější proces než jiné terapie, jako je ablace. Důkazy naznačují, že výhody hluboké mozkové stimulace STN jsou způsobeny aktivací efektů a modulací vzorců výboje v GPi, které jsou šířeny po thalamokorických drahách. Schopnost upravit stimulační protokoly propůjčuje tuto léčbu celé řadě poruch dělat svou schopnost měnit aktivitu bazálních gangliových obvodů.