14 August 2017

Serotoniini mõjust südameveresoonkonnale

Kõrge serotoniini kontsentratsioon veres saab põhjustada kardiovaskulaarhaiguseid mis kaasnevad tihti mittevajaliku rakkude juurdekasvuga ja südame või veresoonte paksenemiga. Serotoniini liig veres tekib mõningatel juhtudel farmakoloogilise sekkumisega ja kuid ka soolestiku kasvajate tõttu.

Näiteid serotoniini eritumist põhjustavatest kaalu langetajatest millega seoses avastati serotoniini ohud südameveresoonkonnale. Põhiliselt kasutati fenfluramiini ja fentermiini koos segus nimega fen-phen. Need ained põhjustavad sarnaset amfetamiinidega (mille struktuur sarnaneb ülal illustreeritud ainetega) serotoniini väljavoolu rakkudest osaliselt sellega et serotoniini raku sisse koguvad transportervalgud hakkavad tagurpidi tööle.

Üks eluohtlik probleem on ravimatu haigus nimega kopsuarteri kõrgvererõhutõbi mis kahjustab südame paremat poolt. Parem südamepool saab kehast tuleva hapnikuvaese veenivere ja pumpab selle läbi kopsuarteri edasi läbi kopsude misjärel hapnikuga rikastatud verega kopsuveen toob selle vere südame vasakusse poolde ja südame vasak pool pumpab vere edasi kõigisse teistesse kehaosadesse (sh südamelihastele). 5-HT1B aktiveerumine aktiveerib kopsude peenikesi sooni kokku suruvaid lihasrakke mis teeb parema südamepoole töö raskemaks. Täiendavalt põhjustab selle retseptori aktiveerimine nende soonte lihasrakkude paljunemist "pikemat aega" mistõttu kopsudes olevad sooned jäävad jäigemaks ja kitsamaks. See pöördumatu muutus kopsude soonestikus on kergelt leevendatav osade ainetega mis aktiveerivad kopsude sooni lõdvestavaid serotoniini retseptoreid kuid püsivam "ravi" kopsuarteri kõrgvererõhutõve vastu on rikutud soonestikuga kopsu või kopsude eemaldus ja doonorilt rikkumata soonestikuga asenduskopsu(de) võtmine. 
Mõlemad südamepooled võivad kasvada ning kasv ise on märk südamepuudulikkusest.

Kopsuarteri kõrgvererõhutõve korral on kopsuarteri vererõhk vähemalt 25 mmHg (tervetes on see rõhk ~8-20 mmHg). Diagnoosida saab seda täpsemini siis kui viia rõhku mõõtev kateeter südame paremasse poolde aga vähem invasiivse meetodina tehakse esialgu ultraheliuuring rõhu umbkaudseks hindamiseks. Loomkatsetes tekitatakse pöördumatu kopsuarteri kõrgvererõhk mõnikord kroonilise hüpoksiaga või kopse ärritavate/kahjustavate mürkidega nagu näiteks monokrotaliin.

Kopsuarteri kõrgvererõhk esineb tõenäolisemalt naistel. Osaliselt sõltub see estradioolist ja estradioolist tekkinud ainete mõjust mis on üksteisest erineva toimega. Esialgu tekib estradioolist 2-hüdroksüestradiool (2HE) ning sellest omakorda toodab COMT ensüüm 2-metoksüestradiooli (2ME). Estradiool ja 2ME on vastandlike toimetega ning 2ME ei paista omavat toimet östrogeeni retseptoritele. Estradiool stimuleerib soonte endoteelrakkude paljunemist ning inhibeerib apoptoosi kuid 2ME inhibeerib endoteelrakkude paljunemist ja stimuleerib apoptoosi. Teistele veresoonkonna rakutüüpidele mõjuvad estradiool ja 2ME sarnaselt ning endoteelrakkude liigne paljunemine on tavaline kopsuarteri kõrgvererõhuga indiviidides. Estradiool stimuleerib endoteelrakkude paljunemist kontsentratsioonivahemikus 1-10 nM (loomulik estradiooli kontsentratsioon võib olla nendes piirides). Endoteelrakkude paljunemist ei mõjuta estradiool 100 nM kontsentratsiooniga, mis võib samuti kehas esineda, kuid kui kontsentratsiooni suurendada veel 10-100 korda ebaloomulikult kõrgele tasemele siis hakkab estradiool endoteelrakkude paljunemist inhibeerima. Üks nähtus lisaks endoteelrakkude juurde tekkele on silelihasrakkude teke arterites milles tavaliselt pole lihasrakke. Estradioolist 2ME tootmist võib vähendada hüpoksia, põletik, osad täpsustamata ained ja variatsioonid sünteesis osalevate ensüümide aktiivsus nagu näiteks COMT mis osaleb lisaks 2ME tootmisele stimuleerivate neurotransmitterite inaktiveerimisega ning mis on ~25% inimestel aeglasemalt töötav.
Suuremas koguses serotoniini transporterit tootvad emastes katseloomadel tekib tõenäolisemalt kopsuarteri kõrgvererõhutõbi kui isastes.

Kuigi kopsuarteri kõrgvererõhk on tavalisem naiste hulgas elavad naised tavaliselt kauem selle haigusega. ~80% USA's selle haigusega diagnoositutest on naised kuid Prantsusmaal on see protsent 57%. Üks suurem geneetiline eelsoodumus kopsuarteri kõrgvererõhu tekkele on mutatsioon BMPR2 tootvas geenis mis suurendab selle haiguse tekketõenäosust ~100 000 korda. BMPR2 reguleerib steroidhormoonide retseptorite transporti. Tavaliselt viiakse aktiveerunud steroidhormooni retseptorid raku tuuma kus need hakkavad mõjutama geenide ekspressiooni kuid BMPR2 mutatsioon võib peatada selle protsessi ja pigem põhjustab estradiooli retseptorite transporti raku pinnale.
Serotoniin stimuleerib kopsude soonte silelihaste paljunemist ja nende kokku tõmbumist. Liigne serotoniin stimuleerib 5-HT1B ja 5-HT2A retseptori tootmist koos SERT (serotoniini transporter) tootmisega ning need kalduvad suurendama kopsuarteri silelihaste paljunemist. Metamfetamiin põhjustab samuti kopsude soontes struktuuri muutuseid ja suurendab SERT'i ja 5-HT1B ekspressiooni.
Loomkatsetes raskendab kopsuarteri kõrgvererõhutõve uurimist isastes see, et neil tekib tavaliselt rängem versioon sellest haigusest.
Estradiool stimuleerib kopsuarteri silelihaste paljunemist ning suurendab TPH1 (serotoniini sünteesis osalev ensüüm), 5-HT1B ja SERT ekspressiooni. Serotoniinisignaalide inhibiitorid võivad inhibeerida estradiooli poolt tekitatud rakkude paljunemist.


Uuringus kus osadele kopsuarteri kõrgvererõhuga inimestele, kes polnud varem SSRI tüüpi aineid kasutanud, hakkasid saama uuringu alguses SSRI'sid oli 2 aasta möödudes elus 82% SSRI kasutajatest ja 88% neist kes ei olnud SSRI'sid kasutanud.

Uuringus 354 kopsuarteri kõrgvererõhutõvega patsiendiga oli tõenäosus 1, 2 ja 3 aasta pärast elus olla vastavalt 86, 69 ja 54%.

Ühel juhul läks 29 aastane naine hingamisraskustega arsti juurde ning tal diagnoositi kopsuarteri kõrgvererõhutõbi. Ta oli 3 kuud varem hakanud tarbima fentermiini mida ta tarbis 5 nädalat. Tema seisund paistis paranevas suunas minevalt.

Raskema kopsuarteri kõrgvererõhutõvega võib serotoniini kontsentratsioon veres olla ~5 korda kõrgem kui tervete veres.

Veres on vereliistakud ühed liigse serotoniini eemaldajad. Need koguvad serotoniini serotoniini transporteritega (mida saab inhibeerida SSRI tüüpi ainetega). Kui serotoniini kontsentratsioon vereplasmas suureneb siis esialgu suureneb vereliistakute pinnal serotoniini transporterite tihedus ning kogumiskiirus kuid piisavalt kõrge serotoniini kontsentratsiooniga langeb nende transportvalkude tihedus ja liistakud hakkavad serotoniini aeglasemalt koguma kui normaaltingimustes. Serotoniin tõstab vererõhku soonte kitsendamisega ja kõrget serotoniini kontsentratsiooni koos aeglasema serotoniini kogumisega on leitud patsientidel kes olid kõrge vererõhuga (serotoniini kontsentratsioon kuni 2 nM) seoses trauma või stressiga kuid plasma serotoniini kontsentratsioon langes neil vererõhu normaalvahemikku saades 0,7-1 nM juurde. Võimalik põhjus miks vereliistakud kõrge serotoniiniga veres oma transporterid rakumembraanist kaotavad võib olla selles et need transporterid eemaldatakse raku pinnalt ja neelduvad raku sisse sarnaselt paljude retseptoritega kui need töötavad piisavalt aktiivselt. Üks retseptorite ja transporterite käitlemises osalev valk on vimentiin mille geeni pisimutatsioon võib hoida serotoniini transporterite aktiivsuse ühtlasemalt ka kõrge rakuvälise serotoniini kontsentratsiooniga.

Serotoniini takistav mõju kopsude vereringele võib olla seotud normaalse sünnieelse füsioloogiaga.
Üks periood kus serotoniini kopsude soonestikku kitsendav toime kasuks võib tulla on sünnieelne aeg kus ~8-10% verest läbib kopsud. Ülejäänud veri läheb südame paremast poolest südame vasakusse poole läbi ductus arteriosus nimelise soone mis sulgub sünni järgselt suurema hapniku kontsentratsiooniga kaasnenud muutustega kaltsiumi ja kaaliumi transpordis. Inimeste loodetes kasvab kopse läbiva vere proportsioon 30ndaks rasedusnädalaks ~25% kanti. Varasemas loote eas ei reageeri kopsude sooned eriti hapniku puudusele ega selle juurde andmisele kuid normaalse sünniea lähenedes hakkavad nende kopsud sarnaselt täiskasvanute omadega reageerima suhtelisele hapniku puudusele soonte kitsenemisega ning laienevad kui saavad rohkem hapnikku.
Üks aineklass mis võib põhjustada vastsündinutes kopsuarteri kõrgvererõhku on SSRI'd (kui kasutada raseduse teisel poolel) mis hoiavad rakuvälise serotoniini kontsentratsiooni kõrgemal ja võivad seeläbi takistada vere voolu läbi kopsude.
NSAID valuvaigistid võivad potentsiaalselt samuti põhjustada kopsuarterites kõrgemat vererõhku kuna need valuvaigistid blokeerivad prostaglandiini sünteesi ning prostaglandiin on muuhulgas veresoonte laiendaja mille süntees suureneb hapniku puudusel. Lisaks võib aspiriin hilises raseduses põhjustada ductus arteriosus'e sulgumist enne sündi.
Uuringus kus otsiti NSAID tüüpi valuvaigisteid (aspiriin, ibuprofeen ja naprokseen) vastsündinute väljaheidetest paistis et nende 3 aine tarbimine suurendas vastsündinute hingamispuudulikkuse tõenäosust.

5-HT2B retseptorid osalevad südameklappide kahjustamises. Üks enne fen-phen'i teadaolev südame kahjustaja on kartsinoid sündroom mis tekib peensoole serotoniini tootvatest rakkudest tekkinud vähkide tagajärjel. Maks ise lagundab või inaktiveerib seedekulglast tuleva serotoniini, kui maks pole liiga kahjustunud, aga kui serotoniini tootvad vähirakud maksa edasi levivad siis hakkavad need maksa tööd häirima ja maks saab juurde rakud mis toodavad rohkesti serotoniini mida maks enam inaktiveerida ei suudaks ning serotoniin hakkab levima maksast edasi südame paremapoolsesse ossa. Südames kaasnevad siis rohkem parempoolsete rakkude paljunemine kuid vasak südamepool säilitab rohkem normaalse struktuuri kuna veri läbib vahepeal kopsud ja kopsuensüümid inaktiveerivad serotoniini. 1960ndate keskpaigaks oli teada, et osad ergotist toodetud serotoniini lähedased molekulid põhjustavad südameklappide paksenemist ja armistumist (kollageeni kogunemine) kuid järgnevad paarkümmend aastat ei osatud eristada milline retseptor seda põhjustab ja selektiivseid 5-HT2B agoniste leiti alles 1990ndatel. Normaalsed südameklapid on paindlikud ja lasevad verd läbi rohkem ühes suunas ning takistavad vere voolu vales suunas. Mida paksemaks ja jäigemaks need lähevad seda vähem nad oma tööga hakkama saavad ja järjest suureneb vere hulk mis vales suunas voolab ja südamelihased suudavad sama südamelöökide arvuga järjest vähem verd õiges suunas pumbata. 
Südameklappide ja südamevatsakeste sidekoe rakud võivad hakata paljunema 5-HT2A ja 5-HT2C retseptorite aktiveerumisel.
Rottidele serotoniini süstimine põhjustas neil südameklappide häireid, 5-HT2B suuremat ekspressiooni ja serotoniini transporteri väiksemat ekspressiooni.
5-HT2B retseptori aktiveerumine mõjub erinevatele rakkudele erinevalt. Fibroblastide (sidekoe rakkude) ja silelihaste rakkudes põhjustab 5-HT2B rakkude paljunemist koos immuunsüsteemi aktiveerivate tsütokiinide ja sidekoe valkude eritamisega. 5-HT2B koos angiotensiin II tüüp 1 (AT1R) retseptoriga üheskoos stimuleerivad rakkude paljunemist. Kui ühtegi neist kahest inhibeerida, siis inhibeerib see südames fibroblastide paljunemist.
5-HT2B üle ekspresseerivad mutanthiirtes esineb südame hüpertroofiat ja häiritud südameklappide tööd ebanormaalse sidekoe tõttu. 5-HT2B puudusega mutanthiirtes on südameklapid laienenud ja südamed vähem arenenud.
Fen-Phen tarbijate hulgas leiti südame struktuuri muutusi mõlemal poolel ning südameklapi häirete osakaal tarbijate hulgas oli kuni 25,2% (keskmine tarbimise periood 20 kuud). Fenfluramiin seondus nõrgalt 5-HT2 retseptoritega kuid kehas saab sellest norfenfluramiin mis seondub tugevamalt 5-HT2B ja 5-HT2C retseptoritega ning ~100 korda nõrgemalt 5-HT2A retseptoriga. Kuna 5-HT2C on põhiliselt närvisüsteemis ja on väga väikses koguses südameklappides erinevalt 5-HT2B retseptorist siis paistis norfenfluramiini toime 5-HT2B retseptoritele põhiline südameklappide kasvama panijana fen-phen tarbijates.
Pärast 5-HT2B agonistide toksilise toime avastamist hakati ~2002 paiku ravimeid ja mõnuaineid testima isegi kui varem ei eeldatud et need serotoniini retseptoritega seonduks. Näiteks parkinsoni tõve vastu kasutatavad pergoliid ja kabergoliin toimivad dopamiini retseptorite agonistidena kuid ka need 2 ainet põhjustasid Fen-Phen'iga sarnaseid tagajärgi südameklappidele (~25% tarbijatest olid südameklapi häiretega) ning leiti et need ained on samuti 5-HT2B agonistid. Lisaks leiti kerget 5-HT2B agonisti toimet MDMA'l ja MDA'l. 2009 paiku oli 2200 testitud aine hulgast leitud 13 ainet mis on 5-HT2B agonistid kuid millel seda toimet ei teatud. Mitmed 5-HT2B agonistid on kasutusel südamehäiretega inimestel ning autorid avaldasid muret põhiliselt kuinidiini (rütmihäirete vastane aine) ja guanfatsiini (vererõhu langetaja) osas kuna neid kirjutatakse pikemaks ajaks ning guanfatsiini retsepte on kirjutatud lastele kellel diagnoositi hüperaktiivsust või tähelepanuhäireid.

Alexander Shulgin veetis suure osa oma elust serotoniini retseptoreid aktiveerivate ainete sünteesimise ja testimisega ning ka temal tekkisid probleemid vähemalt ühe südameklapiga mistõttu ta käis südameoperatsioonil. Ta suri ~6 aastat hiljem maksavähi diagnoosi järel. Maksavähile võis panustada see, et ta hobiks ei olnud ainult enda peal testimine vaid ka nende ainete süntees mistõttu oli kokkupuudet paljude toksiliste algainete (näiteks maksale kahjulik safrool millest tehakse MDMA'd), vaheühendite ja jääkproduktidega.

29 MDMA tarbija (tarbitud koguseid ei täpsustatud) hulgas oli 8 inimest (28% osalejatest) kelle ehhokardiogramm näitas ebatervet südameklappide tööd. 29 katsealusega kontrollgrupis kes polnud MDMA'd tarbinud ei olnud ühelgi südameklapiga häireid.

Osad Hiinas tehtud väidetavalt taimsete toimeainetega kaalu langetajatena reklaamitud tooted sisaldavad fenfluramiini, maksale toksilist nitroso-fenfluramiini või neerudele toksilist ainet (aristolohic acid).

Serotoniini 2A (5-HT2A) ja serotoniini 2C (5-HT2C) retseptorid on vastupidise toimega mitmetele tungidele. 5-HT2C aktiveerimine vähendab vajadustunnet väga erinevate tegevuste suhtes ning 5-HT2A tugevdab vajadusi. Näiteks on need 2 retseptorit vastandlike rollidega sõltuvuse tugevuse suhtes (näiteks kokaiini) ja isaste huvis emaste vastu. Nälja regulatsioonis on 5-HT2A ja 5-HT2C agonistid mõlemad nälga vähendavad. Serotoniini kontsentratsiooni tõstmine rakkude ümber amfetamiini ja fenfluramiiniga võib vähendada etanooli tarbimist.
5-HT2C antagonistid ise on epilepsiat põhjustavad kuna stimuleeriva toimega 5-HT2C retseptorid asuvad tihti (kuid mitte alati) GABA eritavatel neuronitel. Üks 5-HT2C antagonist on tramadool, mis võib põhjustada epilepsiat.


5-HT2C nullmutatsiooniga hiired võivad helide kuulmisel epilepsiahoogudesse sattuda ning on üldiselt tundlikumad epilepsia esile kutsujate suhtes. Lisaks nad  söövad rohkem, kaaluvad rohkem ja ei kaota serotoniini retseptoreid aktiveerivate isu vähendajate saamisel nii palju söögiisu kui metsiktüüpi hiired.

Serotoniinivarude tühjenemine võib potentsiaalselt põhjustada epilepsiat 5-HT2C vähese stimulatsiooni tagajärjel.

5-HT2C aktiveerimine fenfluramiiniga võib mõnel juhul leevendada epilepsiat. Uuringusse jäi 10 patsienti keda jälgiti keskmiselt 11 aastat. Nendest kahel leiti 1 või kahe südameklapi kerget paksenemist kuid kopsuarteri kõrgvererõhutõbe ei leitud kellelgi. Söögiisu kaotus oli kahel. Serotoniini retseptoreid leidub paljudel GABA eritavatel rakkudel ning serotoniini puuduse tekitamine soodustab epilepsiahoogude teket helide, kemikaalide ja elektriga. Fenfluramiini toimet võis vähendada SSRI'ga (paroksetiiniga) kuigi mõlemad mõjuvad samale transportvalgule. Fenfluramiin põhjustab serotoniini väljavoolu ja SSRI'd on üldiselt kasutusel et takistada serotoniini raku sisse transporti kuid paistab et SSRI'd võivad inhibeerida ka serotoniini väljavoolu läbi serotoniini transporteri.

21 May 2017

NKCC1


NKCC1 on ioonide transportvalk mille töö kaitseb rakke kuivamise eest ja võib anda GABA'le ning glütsiinile stimuleeriva toime. NKCC (Na+/K+/2Cl- Cotransporter) valgud transpordivad raku sisse korraga 2 positiivselt ja 2 negatiivselt laetud iooni. Positiivsed on 1 naatriumi ja 1 kaaliumi aatom. Negatiivse laenguga on 2 kloori aatomit. NKCC1 võib esineda läbi keha kuid toodetakse rohkem vee puudusel või kahjustuste korral kuid NKCC2 esineb neerudes ning töötab suhteliselt püsivalt et vähendada naatriumi, kaaliumi ja kloori kaotust uriiniga. Närvisüsteemile avaldab vahetut mõju NKCC1 versioon. Kuna NKCC tõttu rakku sattub korraga võrdses koguses positiivse ja negatiivse laenguga ioone, ei muutu raku siselaeng ning pole kindlat stimuleerivat või inhibeerivat mõju kuid rakk muutub selle neliku mõjul seest soolasemaks ning paisub vee sissevoolust. Piisavalt aeglaselt tekkinud veepuudusega jõuab rakk neid juurde toota et kuivamist vältida kuid NKCC süntees võib suureneda ka mõne mürgi (näiteks ammoniaak või toksiline glutamaadi kontsentratsioon) mõjul ning põhjustada potentsiaalselt surmavat aju turset.

GABA ei ole igas olukorras inhibeeriva toimega kuigi nende erandolukordadest leiab tavaliselt artiklitest kus mainitakse NKCC1 ning ülejäänud artiklites (sealhulgas minu varasemate aastate postitustes) kaldutakse dogmaatiliselt eeldama et GABA on inhibeeriv. NKCC1 võib GABA toimet muuta vigastuste, opiaatide, kasvufaktorite ja mürkide tagajärjel.


Üldiselt on kloori kontsentratsioon raku ümber kümneid kordi suurem kui raku sees kuid NKCC suudab piisava aktiivsusega raku sees oleva kloori kontsentratsiooni suuremaks ajada kui raku ümber. GABA A retseptorid on kloori kanalid mis võimaldavad klooril mõlemat pidi voolata kuid enamjaolt liiguvad need madalama kontsentratsiooni suunas. Tavaliselt  tekitavad GABA A agonistid kloori sissevoolu ning raku siselaengu negatiivsemaks minekut kuid suure rakusisese kloori kontsentratsiooniga voolab see negatiivne laeng rohkem välja ja mõjub rakule stimuleerivalt.


NKCC valkude tavaline inhibiitor on bumetadiin. Seda kasutati peaaegu igas uuringus ainsa antagonistina NKCC valkudele kuigi üksikjuhtudel kasutati ka furosemiidi. Mõlemad ained on diureetikumid ja suurendavad vee kaotust NKCC2 inhibeerimisega mistõttu uriin läheb soolasemaks ja kogub osmoosiga rohkem vett. Samas sellised ained kiirendavad naatriumi, kaaliumi ja kloori kaotust ning ühegi nende liiga madal kontsentratsioon võib saada surmavaks. Sellise aineklassi liigne tarbimine võib põhjustada surmavaid rütmihäireid.

Täiskasvanute neuronid üldiselt ei ekspresseeri NKCC1 aga ekspresseerivad KCC2 mis transpordib rakust välja 1 kaaliumi ja 1 kloori aatomi. KCC2 annab tervele täiskasvanule omase madala kloori kontsentratsiooni raku sees ja inhibeeriva toime GABA A agonistidele. NKCC ja KCC valgud ei mõjuta otseselt raku siselaengut kuna transporditakse võrdses koguses positiivseid ja negatiivseid ioone kuid suurem toime on milline mõju on raku siselaengule GABA ja glütsiini poolt. NKCC saab oma tööks vajalikku energiat suuremast naatriumi kontsentratsioonist raku ümber ja KCC suurest rakusisesest kaaliumi kontsentratsioonist. KCC2 ekspressioon suureneb rotikutsikates alakehast pea suunas kasvades esialgu selgroos ja ajutüves ning lõpuks ajukoores. Sarnane järjekord võib olla põhjuseks miks ~85% epilepsias inimeste vastsündinutel võivad GABA A agonistid väliselt epilepsia peatada kuid ajukoore EEG järgi toimub epilepsiahoog edasi. Selle põhjus võib olla ajutüve ja selgroo närvide piisav KCC2 toodang et neid rakke saab inhibeerida ning epilepsia välised sümptomid saab varjatud. Inimese ajukoor toodab NKCC1 valku ~1-2 kuud pärast sündi ning suurem KCC2 ekspressioon algab ~1-2 kuud pärast sündi. Bumetadiini andmine vastsündinutele mõjub neuronitele kergelt inhibeerivalt kuid ei anna GABA'le inhibeerivat toimet. Temporaalsagara epilepsiaga inimestest leiti, et nende epilepsia allikaks olevad rakud olid stimuleeritud GABA poolt. Mitmed kahjulikud tingimused nagu näiteks epilepsia põhjustab NKCC1 ekspressiooni tõusu ja KCC2 ekspressiooni langust mida leiti ka nendest epileptikutest ja selline GABA toime vahetumine kestis üle nädala. Sellise epilepsiaga patsiendid said leevendust kui neile anti NKCC1 inhibeerimiseks furosemiidi. Hüpoksia ja isheemia järgselt tekkinud epilepsia on samuti GABA agonistidega tihti kontrollimatu ning selline epilepsia tekib väikse hilinemisega pärast hapniku ja verevarustuse taastumist. Isheemia ajal tõuseb rakusisene kloori kontsentratsioon lühiajaliselt kuid normaliseerub kiiresti isheemia möödudes. Umbes tunni pärast hakkab kloori kontsentratsioon raku sees uuesti tõusma koos NKCC1 kontsentratsiooniga. Bumetadiini andmine enne selle hilisema kloori taseme tõusu võis epilepsiat ennetavalt ära hoida kuid see test tehti söötmes kasvavate rakkudega. Bumetadiin segab kergelt normaalset närvisüsteemi arengut kui seda anda väga noortele. Näiteks võib bumetadiin vähendada dendriitide hargnemist ja vältida ajukoores vastsündinutele omast spontaanset elektrilist aktiivsust. NKCC1 knockout hiired on väiksemad, nõrgemad, kurdid ja neeruhaigustega. Autorid paistsid kahevahel kas parem on lühiajaliselt anda bumetadiini mis võib-olla kahjustab teadmata määral närvisüsteemi või anda epilepsia vastu bensodiasepiine või barbituraate mille suur kogus võib selles nooruses suurendada enesetappu tegevate neuronite hulka.

Kuigi enamus täiskasvanute neuronitest ei tooda eriti NKCC1, on neuroneid mis toodavad seda valku püsivamalt ja teevad GABA nende neuronite jaoks stimuleerivaks. Näiteks suprakiasmaatiline tuum mis on bioloogilise kella rollis ala hüpotaalamuses. Teised erandlikud neuronid on hüpotaalamuses GnRH eritavad neuronid (~70% on stimuleeritud GABA poolt) mis reguleerivad selle hormooniga suguhormoonide tootmist ning puberteedi algust. ~14% GnRH rakkudest ekspresseerisid NKCC1 ja vähem kui 5% tootsid KCC2 millest järeldati et neis ei toodeta piisavalt KCC2 et rakusisene kloori kontsentratsioon saaks langeda tasemele kus GABA inhibeeriks.

Kroonilise stressiga hiirte (stressi aeti ujuma sundimisega) hippokampuses vähenes KCC2 tootmine (~3-5 korda) ja väiksemas proportsioonis suurenes NKCC1 tootmine (~10-15%).

Osaliselt vähendab NKCC1 aktiivsust oksütotsiin. Sünni eel suureneb oksütotsiini kontsentratsioon mis stimuleerib sünnitamises osalevaid lihaseid kuid samaaegselt langeb ajutiselt lootes NKCC1 aktiivsus mis võib neid

Aksonite läbi lõikamine põhjustab vigastatud sensoorses neuronis NKCC1 suuremat aktiivsust ja annab GABA'le stimuleerivama toime. Kasvufaktorid stimuleerivad NKCC1 aktiivsust NKCC1 fosforüülumisega. Närvi vigastused ei suurendanud NKCC1 tootmist ega sisaldust kuid suurendas fosforüülitud NKCC1 hulka. Tervete neuronite jätked kasvasid söötmes ~25 mikromeetrit tunnis (~0,5 mm päevas) kuid läbi lõigatud aksoniga neuronite jätked kasvasid ~50 mikromeetrit tunnis (~1 mm päevas). Autorid pakkusid et raku siserõhu tõus NKCC1 mõjul aitab neil kiiremini kasvada. Bumetadiin ei mõjutanud tervete rakkude jätkete kasvukiirust kuid langetas vigastatud rakkude jätkete kasvukiiruse ~30 mikromeetrini tunnis. Sarnane aeglustumine toimus kui söötme vedelik asendati ~12 korda madalama kloori sisaldusega vedelikuga.

Rakkude ruumala liigsel langusel näiteks vee puudusel suureneb NKCC1 aktiivsus et rakk paisuks soolsuse tõstmisega kaasnenud vee sissevooluga. NKCC1 inhibeerimine loote arengu perioodil farmakoloogiliselt või knockout mutatsioonidega mõjutab närvisüsteemi arengut vähendades dendriitide hargnemist, küpsenud rakkude hulka ajus ning selgroos ja vähendab ka aju ning selgroo ruumala. Inimesel hakkab KCC2 eksepressioon suurenema ja NKCC1 ekspressioon langema ~40 nädalat pärast munaraku viljastamist. KCC2 on vajalik rakusisese kloori kontsentratsiooni langetamiseks ning kui seda geeni hiirtes ei ekspresseeritaks siis nad sureks sündides epilepsia ja hingamispuudulikkuse tagajärjel ning ka puuviljakärbsed on kcc2 geeni alaekspressiooni korral kergemini epilepsiahoogusid saavad. Üleminek GABA stimuleerivast toimest inhibeerivale toimele KCC2 juurdetootmise ja NKCC1 vähendamisega võib olla GABA enda poolt kontrollitud (GABA antagonistid võivad seda üleminekut edasi lükata) ja ka atsetüülkoliini toimega nikotiini retseptoritele. Vastsündinute epilepsia (esimesel 28 sünnijärgsel päeval esinev epilepsia) on tihti kontrollimatu täiskasvanutele mõjuvate epilepsia vastaste GABA A agonistidega ning võivad epilepsiat võimendada. Selles noores vanuses võivad GABA A agonistid vähendada väljast paistvaid epileptilisi liigutusi kuid ajukoore aktiivsuse mõõtmine EEG'ga võib näidata epilepsiahoo püsimist või võimendumist. Loomkatsetes on õnnestunud noorloomade epilepsiat vähendada kas ainult bumetadiini andmisega või selle koos GABA A agonistidega andmisel. Temporaalsagara epilepsiat saab täiskasvanutes samuti potentsiaalselt vähendada bumetadiini või furosemiidi (samuti NKCC inhibiitor) doseerimisega. Tugevamate epilepsiahoogude järgselt on tavaline et pikka aega järgnevad aeg ajalt nõrgemad epilepsiahood. Rakkudele kahjulik üleaktiivsus kaldub stimuleerima NKCC1 tootmist ja langetama KCC2 toodangut. See muutus NKCC1 ja KCC2 ekspressioonis võib osades olukordades aidata rakkudel paraneda kuid ajus põhjustab see nähtus kõrvaltoimena epilepsiat. See muutus NKCC1 ja KCC2 osakaaludes võib olla kontrollitud ühe närvisüsteemi kasvufaktori (BDNF) poolt mis seondudes oma retseptoriga (TrkB) muudab neuronite NKCC1 ja KCC2 ekspressiooni sarnasemaks loote neuronitega. BDNF eritumine suureneb epileptilise aktiivsuse või füüsilise vigastuse korral.
Isheemia järgne epilepsia tekib NKCC1 aktiivsuse suurenemisega ning osa sellest on põhjustatud liigsest kaaliumist ja glutamaadist rakkude ümber mis fosforüülivad NKCC1 tehes selle aktiivsemaks. Kuna bumetadiin vähendas NKCC1 üleaktiivsust ja rakkude suremust siis autorid pakkusid, et bumetadiin võib potentsiaalselt vähendada aju kahjustusi hüpoksia ja isheemia korral.
Selgroonärvide vigastus suurendab samuti rakusidest kloori kontsentratsiooni KCC2 ekspressiooni vähendamisega ja muudab glütsiini ning GABA sensoorseid neuroneid stimuleerivaks. Vigastatud närvikoe piirkonnas hakkavad rakud eritama BDNF mis vähendab KCC2 ekspressiooni ning põhjustab sensoorsete rakkude hüperaktiivsena hoidmisega kroonilist neuropaatilist valu. NKCC1 aktiivsus võib suurendada selgroos sensoorsete närvide ja selle külgedel sümpateetiliste närvide aktiivsust ning NKCC1 knockout loomadel paistab kõrgem valulävi. NKCC1 on rohkem fosforüülitud artriidi ning akuutse või kroonilise põletiku korral.

Peatrauma tekitamisel (täpsustamata liigil) hakkab NKCC1 ekspressioon suurenema ~8 tunniga ja saavutas maksimumtaseme 7 päevaga.

NKCC1 inhibeerimine lõdvestab silelihaseid ja langetab vererõhku. Veresooni kitsendavad ained suurendavad NKCC1 aktiivsust ja veresoonte silelihaste lõdvestajad vähendavad NKCC1 aktiivsust. Bumetadiin langetas rottide vererõhku rohkemal määral siis kui eelnevalt oli neil vererõhk 7 päeva noradrenaliiniga kõrgemal hoitud. NKCC1 nullmutatsiooniga polnud bumetadiinil vähemalt esimese 10 minutiga vererõhku langetavat mõju kuid tavaloomades toimus langus ~5 minutiga.

NKCC1 võib potentsiaalselt tekitada kõrgvererõhku sümpateetiliste närvide stimuleerimisega aktiveerides hüpotaalamuses paraventrikulaarses tuuma rakke. Osadel rotitüvedel on suurem kalduvus kõrgvererõhu tekkele. Neil oli suurem NKCC1 tootmine ning NKCC1 endi aktiivsus oli täiendatult kõrgenenud sellega seostunud glükoosimolekulide tõttu. Kui inhibeeriti glükoosimolekulide kinnitumist NKCC1 külge siis vähenes nende aktiivsus piisavalt et taastada GABA inhibeeriv toime. Stress võib suurendada hüpotaalamuses NKCC1 ekspressiooni.

NKCC1 paistab olulisena, et neuroblastid (neuroniteks muutuvad tüvirakud) saaksid normaalse kiirusega levida oma tekkekohast ventriikulite juurest kohtadesse kuhu need peaks jõudma. Sihtkohale lähenedes langeb NKCC1 toodang ning levimiskiirus langeb bumetadiini mõjul. GABA ise samuti aeglustas neuroblastide levikut

Vähemalt osad ajuvähi vormid paistavad NKCC1 abil kiiremini levivad. Üks surmavaim ja tavaliseim ajuvähi variant on gliia rakkudest tekkiv gliooma. Glioomad toodavad suhteliselt palju NKCC1 valku ja need on põhiliselt raku liikumissuuna poolsel küljel.

Ajukoorest signaale välja saatvate neuronite rakukehale lähimad aksonite algusosad (AIS) on kontaktis GABA eritavate interneuronitega ja nendes piirkondades võib GABA mõjuda AIS piirkonnaga seondudes stimuleerivalt. AIS piirkonnas oli GABA kõige stimuleerivam ja suunas rakukeha-dendriidid läks GABA toime järjest inhibeerivamaks. AIS toodab suhteliselt vähe KCC2 ja selles raku piirkonnas on kloori kontsentratsioon kõrgem. AIS ise on sellistes suuremates neuronites tõenäoline närviimpulsi allikas. Roti ajukoores kaldus GABA mõjuma stimuleerivamalt püramidaalrakkudele 2. ja 3. ajukoore kihis mis on ühenduses aju sama või vastasajupoolkera ajukoorega. NKCC1 inhibeerimine vähendas erinevust kloori kontsentratsioonis AIS ja dendriitide vahel.

Kuna NKCC1 teeb rakud soolasemaks siis kaitseb see rakke soolasemas keskkonnas vee kaotuse eest. Kalades suureneb NKCC1 aktiivsus soolasemasse vette minnes esimese tunniga fosforüülimise kaudu ning NKCC1 hulk suurenes ~4-6 korda kui mageveega kohanenud kalad kohanesid merevee soolsusega. NKCC1 juurde tootmist stimuleerisid kortisool ja kasvuhormoon.


Opioidide retseptorite aktiveerimine võib muuta osades rakkudes GABA toimet. Ventraalne tegmentaalne ala (VTA) sisaldab dopamiini eritavaid rakke mis on inhibeeritud GABA poolt. VTA GABA eritavad rakud sisaldavad opioidide retseptoreid mis inhibeerivaid neid GABA rakke misjärel need rakud enam ei inhibeeri dopamiini rakke ning VTA saab hakata aktiivsemalt dopamiini mujale saatma. Opioidide retseptorite aktiveerimine põhjustab kohalikku BDNF eritumist mis annab GABA A retseptoritele stimuleeriva toime KCC ja NKCC1 ekspressiooni muutmisega. GABA eritavad rakud ise sisaldavad GABA A retseptoreid ja hakkavad aktiivsemalt tööle kui VTA rakkude vaheline GABA hulk tõuseb kuid dopamiini eritavad rakud sisaldavad GABA B retseptoreid mis inhibeerivad rakke sõltumata kloorist kasutades inhibeerimiseks kaaliumi ja kaltsiumi transporti. GABA eritavad rakud ise võivad saada GABA mujalt ajust tulevatest jätketest mis sõltuvuste puudusel inhibeeriks VTA GABA rakke nign kaudsemalt stimuleeriks dopamiini rakke kuid sõltuvuse ajal võivad need kaugemalt tulnud GABA rakud pigem võimendada GABA rakkude tööd ning summutada dopamiini rakke tavapärasest rohkem. Lisaks dopamiini eritavatele rakkudele inhibeerivad GABA eritavad rakud ka PPN/PPT tuuma mis on aktiivsem magades (rohkem REM une ajal) kui ärkvel olles.

Vastandlikud stressireaktsioonid

Hirm mõjub sõltuvalt olukorrast tugevdavalt või nõrgestavalt. Üldiselt kui tundub et saab midagi hirmu tekkepõhjuse osas ette võtta siis kaasneb pulsi kiirenemine ja vererõhu tõus koos suurenenud skeletilihaste aktiivsusega. Juhul kui olukord paistab lootusetum ja ei saa midagi enam teha (näiteks ehmatus kuuldes kellegi surmast või halvast tervisest), siis kaasneb tuimem nõrgestav seisund kus pulss langeb koos vererõhuga ja nende langus võib põhjustada minestamist. 

Ülevaateartikkel vähemalt neljast ehmatusreaktsioonist. Esimene on võitle või põgene tüüpi energiline aktiivne seisund. Kangestumine on rohkem peitev reaktsioon kus peatutakse liikumise pealt, püsitakse samas asendis ning võitlus- ja põgenemiskatsed on esialgu pausil. Kui põgenemine ja vastuhakk on lootusetumad siis viimase kaitsereaktsioonina on kaks erinevat kokku kukkumise variatsiooni. Toonilise immobiilsuse ajal on loom kange ning võib paista koolnukangestuses. Kokku kukkunud immobiilsuse ajal võib loom minestada ja samuti surnud paista. Konkreetse ehmatusreaktsiooni määrab millised aju ja ajutüve osad on hetkel aktiivsed või inaktiivsed. Olulisemad alad neist on amügdala, periakveduktaalne hall mass (PAG), hüpotaalamus, sümpateetilised tuumad, vagaalnärvi tuum ja ajutüves lihaste üldaktiivsust kontrollivad alad.

Üldillustratsioon erinevatest osadest stressireaktsioonides osalevatest aladest. Ülemine kast tähistab lihtsustatult aju mis tuvastab kas ja milline on oht. Värvilised jooned ja täpid tähistavad vastavas seisundis aktiveeruvaid alasid. DMN on vagaalnärvi tuum mis aeglustab südant ning vähendab sümpateetilise närvisüsteemi reaktsioone. LPAG on lateraalne PAG. VLPAG on ventrolateraalne PAG. Need kaks PAG ala on omavahel vastupidise toimega lihaste aktiivsusele kuid mõlemad on valu vähendava toimega. 1. pilt illustreerib kergemat rahutumat seisundit mis aktiveerib hüpotaalamust ning aktiveerib alasid mis stimuleerivad südant, lihaseid, adrenaliininäärmete tööd ja kitsendab soolestiku veresooni. 2. Põgene-või-võitle seisundis aktiveerub lisaks hüpotaalamusele lateraalne PAG mis stimuleerib lihaseid täiendavalt, stimuleerib ajuripatsi kaudu stressihormooni ACTH eritumist mis stimuleerib täiendavalt adrenaliininäärmete hormoonide eritumist ning vähendab valu opioidideta. 3. Kangestumisel aktiveeruvad samad alad mis eelmisega aga lisaks ventrolateraalne PAG mis aeglustab südant DMN vahendusel, lõdvestab skeletilihaseid ja vähendab PAG'st opioidide eritamisega valutundlikkust. 4. Erinevad surma laadset välimusega immobiilsuse vormide korral ei ole hüpotaalamus ega LPAG aktiivne. Selles seisundis summutab ventrolateraalne PAG südame tegevust, lihaste tööd ja vähendab valutaju.
Kokku kukkunud immobiilsus väljendub inimestel aeglase pulsi ja madala lihastoonusega mis tekitab minestamisele või selle lähedal olekule omaseid sümptomeid. See nõrkushoog võib osaliselt olla põhjustatud ehmatusega kaasnenud aju verepuuduse tõttu (südame töö on vagaalnärviga inhibeeritud) mis häirib teadvust ja teeb lihaseid nõrgemaks.
Hüpotaalamuse dorsaalsem osa aktiveerib stressi ajal sümpateetilisi reaktsioone panustades suu kuivusele ja kõigi lihaste toonuse tõusule sh südame kiirenemisele, hingamise kiirenemisele, hääletooni kõrgenemisele ja jäigemale asendile.
Võitle-või-põgene tüüpi reaktsioonid on kontrollitud rohkem amügdala signaalidest LPAG'le mis põhjustavad võitlevaid või põgenevaid käitumisi sh jooksmist, ründamist, agressiivsust, kaevumist, urisemist ja ulgumist. LPAG signaalid lähevad edasi ponsi ja medulla premotoorsetele aladele mis reguleerivad üldist lihasaktiivsust. Valu vähedavad LPAG rakud potentsiaalselt noradrenaliini eritamisega selgroonärvi sensoorsetele neuronitele. Posttraumaatilise stressiga isikutes on võitlus-põgenemisreaktsioonid kergemini tekkivad ja nende ajus on sellistes olukordades tõenäolisem et otsmiku- ja kuklasagar on koos taalamusega vähem aktiivsed kuid keha sisetajusid saav insula ja amügdala on aktiivsemad. Amügdala omakorda võib stimuleerida PAG'd ja hüpotaalamust.

Kangestumine on tavaline kiskjate ja teiste ohtude märkamisel. Paigal olles oldakse raskemini märgatav kuid loomad püsivad tähelepanelikud ja on valmis võitlema või põgenema sõltuvalt valikuvõimalustest.  Looduses elavad närilised võivad üle 60 minuti valvsalt paigal seista (vaatleja ise loobus pärast 60 minuti täitumist oma tegevusest). Inimeste puhul võib kangestumine koos pulsi langusega esineda ka vigastusi näitavate piltide vaatamisel. VLPAG inhibeerib LPAG tööd ja blokeerib liikuvust kuigi häälitsused on vähem summutatud ja hüpotaalamusest tulevad lihastoonust tõstvad signaalid toimivad edasi. Hingamine püsib selles seisundis kiirena. Pulss võib langeda kuid võib ka mitte langeda kuna süda saab korraga stimuleerivaid signaale ja südant aeglustavaid signaale. Kui pulss langes kuid loom otsustas liigutama hakata ohu tõttu siis vagaalnärv lõpetab südame aeglustamise.

Tooniline immobiilsus (illustratsioon ülal) on üks loomariigis levinud reaktsioonidest mida leidub putukates, koorikloomades, kalades, roomajates, lindudes ja imetajates. Loomal võivad silmad kinni või lahti olla ning asendi järgi võivad nad surnud paista. Kui jäsemetele või kehale uus asend anda siis nad püsivad kangelt selles asendis. See aktiveerub tavaliselt näiteks kui põgenemine ebaõnnestus ja kiskja sai looma kätte. Jäigalt liikumatult seismine paistab surma moodi ja paljud kiskjad väldivad teadmata põhjustel surnud loomade söömist.
Laboris tekitatakse sellist seisundit looma pikali hoidmisel kuni ta lõpetab liigutamise. Selles immobiilsuses osalevad alad paistavad väljaspool aju (piisab selgroonärvi ja ajutüve osadest). Tervetes loomades on selles seisundis amügdala mitteaktiivne.
VLPAG saab signaale sensoorsetelt närvidelt (sügavamalt keha seest tulevad signaalid võivad suurema rolliga olla), NTS tuumalt ja võimalik et see immobiilsus algab kui sensoorsete signaalide hulk saavutab mingi piisava taseme (näiteks kiskja hammaste vahel).
Toonilise immobiilsuse ajal väheneb sümpateetiline aktiivsus kuid parasümpateetiline närvisüsteem aktiveerub ja võib põhjustada läbi DMN aeglast pulssi, potentsiaalselt eluohtlikke rütmihäireid, kehatemperatuuri langust, vähem hingamist ja vähem roojamist. Madal sümpateetiline aktiivsus samaaegselt liigse parasümpateetilise aktiivsusega võib olla surmav. Koeras võib väike osa südant reguleerivatest vagaalnärvikiududest põhjustada suurt pulsi langust ja isegi südame peatumist. Inimeste puhul on seda seisundit kõige sagedamini kirjeldatud vägistamisohvrite hulgas ning vähemal määral füüsiliste kallaletungide läbi elanute hulgas ning lahingutes ja auto- või lennuõnnetustes olnutel. Tavaliselt on selles dissotsiatsioonis seisundis keha tuim ning ümbrus vähem reaalsena paistev. Liigutused ja häälitsused võivad tunduda blokeeritud ning on üldine vangistav tunne.
Osade tajumuutuste põhjusena kahtlustatakse kappa opioidi retseptori agonisti dünorfiini mis põhjustab häireid ruumi ja ajatajus, enesest eraldumise tunnet ning reaalsuse kaugenemist. Võimalik et vähene südame töö võib aju tööd piisavalt segada et sarnaseid sümptomeid põhjustada. Mõned autorid on pakkunud et katatoonia võib olla seotud toonilise immobiilsusega.
Dissotsiatiivse posttraumaatilise stressiga patsientidel on leitud hüperaktiivsust mediaalses prefrontaalses korteksis ja anterioorses singulaatkorteksis ning vähest aktiivsust amügdalas (eelmainitud frontaalsagara osad inhibeerivad amügdala tööd). Nende alade aktiivsuse osas on sellised patsiendid vastupidise ajuaktiivsusega kui need kelle postraumaatiline stress väljendub paanika- või raevuhoogudega. Dissotsiatiivse posttraumaatilise stressiga isikutes olid oimusagarad aktiivsemad.
Minestamine on immobiilsuse vorm kus kukutakse lõdvalt kokku ja jäsemetes pole jäikust. Osadel liikidel (opossumid, koolibriid ja jänesed) esineb nende kinni püüdmisel tõenäolisemalt minestamine kui tooniline immobiilsus. Püstine asend teeb inimesed vastuvõtlikumaks minestuste suhtes. Minestamine võib toimuda ka lamades kuid kindlamalt esineb see püsti või istuli olles. Sarnaselt toonilise immobiilsusega põhjustab DMN südame aeglustumist või isegi selle peatumist misjärel aju ei saa piisavalt verd teadvusel püsimiseks. Aju saab sellisel juhul vähem verd kui toonilise immobiilsuse korral ning verevoolu puudulikkus närvisüsteemis lõdvestab lihased. Sõltuvalt kui palju verevool on häiritud on teadvus kergelt häiritud kuni täiesti kadunud.
Liikumatu immobiilsus (quiescent immobility) võib esineda vigastuste, kurnatuse tugeva mõõdapääsmatu valu ja osade kaotuste korral mis sarnaneb teiste VLPAG vahendatud immobiilsuste vormidega aga mis esineb kui loom pääseb suurest stressi allikast turvalisemasse keskkonda puhkama ja taastuma. Selles seisundis peatuvad spontaansed liigutused kuid ebamugavustest liigutakse ikka eemale. Närilised on vaiksed, hüporeaktiivsed, madala vererõhu ja pulsiga. Võimalik et inimestel esineb see seisund valusamate vigastuste ajal kui vaikselt minimaalselt liikudes oodatakse paranemist.