自律神経系
交感および副交感神経線維は、1つの細胞またはニューロンだけから成る自発的な運動神経と対照して、「神経節前」及び「神経節後」神経細胞の両方がある。それらは神経節で会合し、シナプスの化学伝達物質アセチルコリン(ACh)により、神経インパルスが神経節で細胞から細胞へ伝達される。 アセチルコリンは最初のニューロン(節前ニューロン)から放出され、2番目のニューロン(節後ニューロン)のニコチン型受容体に結合し、リガンド依存性Naチャネルを開き、脱分極を起こしてインパルスを発生、ニューロン末端で2番目の神経伝達物質を放出することによって、情報をシナプス後膜へ伝える。副交感神経系の2番目の伝達物質は同じくアセチルコリンであるが、交感神経系における2番目の伝達物質はノルアドレナリンが担う。副腎髄質を支配する神経は節前線維で終わる。普通、交感神経の節後線維からノルアドレナリンが放出されるが。機能的に見ると伝達物質を放出する代わりに副腎髄質からアドレナリン及びノルアドレナリンが分泌される。つまり副腎髄質自体が巨大な節後線維として働いていることとなる。 神経節前自律神経細胞の細胞体は中枢神経系に位置し、交感神経系の細胞体は脊髄の内の胸随と腰随にあるのに対し、副交感神経系の細胞体は脳幹(頭蓋副交感神経=迷走神経などの脳神経の一部)と仙随(仙髄副交感神経)に位置している。
目の瞳孔散大筋への交感神経は、上部胸神経の前根で脊髄を離れる節前交感性線維から来る。これらの神経は交感神経幹に白交通枝を抜けて、上頚神経節に終わる。 上頚神経節からの節後線維は内頸動脈神経と、眼球と瞳孔散大筋へのインパルスを導く長毛様体神経の道筋への三叉神経の視覚領域を通りぬける。それらの節前線維の細胞体は中脳から下る線維と接続する。
上頚神経節からの他の節後線維は分泌神経として唾液腺、涙腺、そして鼻、口および咽頭の粘膜の小さな腺に分布する。胸交感神経は心臓神経とも呼ばれ、新機能に対して促進性に作用する。すなわち、心拍数を増加させ、心収縮力を増強し、結果として一回心拍出量を増加させる。それらは脊髄の胸神経の上から4つか5つの前枝から現れ、第一胸神経節への白枝(white rami)で通り抜け、いくらかはそこで終了し、他は鎖骨下係蹄への下頚神経節を通る模様である。その節後神経は一部鎖骨下係蹄を通り心臓へ向かう。その途中で迷走神経からの交感性線維と混合して心臓神経叢を形成する。
胃、小腸、大部分の大腸の平滑筋系の抑制性線維は胸神経下部と腰神経上部の前根から現れる様である。これらの線維はwhite ramiと交感神経幹を通り抜けて、大内臓神経等の内臓神経を伝い、腹腔神経叢・上腸間膜神経叢などにある椎前神経節で終わる。
そして、腹腔と上腸間膜神経節からの節後線維(抑制)は胃、小腸、大部分の大腸に分布する。下行結腸、直腸、内部肛門括約筋への抑制性線維はおそらく下腸間膜神経節からの節後線維である。
近年、マクロファージの細胞表面にニコチン受容体が存在しており、マクロファージの炎症性サイトカイン(TNF-αやIL-1など)産生、放出に抑制的に作用することが明らかになっている。このニコチン受容体はその後の解析でα7ニコチン受容体であることが判明し、炎症を伴う種々の病態、すなわち敗血症や関節リウマチ、潰瘍性大腸炎などの新たな薬物治療のターゲットとして期待されている。
ノルアドレナリンは交感神経終末から放出され、副腎髄質からアドレナリンとともに分泌される。アセチルコリン同様に、(ノル)アドレナリンの受容体にも、サブタイプが存在することが知られ、α受容体とβ受容体に大別される。交感神経が各器官に及ぼす作用のうち、血管収縮はα受容体によって、心拍数増大はβ受容体によってそれぞれ媒介されている。このような、受容体の差異を考慮して、交感神経の作用を選択的に再現もしくは遮断するα/β作動薬もしくは遮断薬が臨床的にも応用されている。今日では、αはさらにα1、α2、βはβ1、β2、β3という下位のサブタイプが存在することが知られている。β1アドレナリン受容体は主に心臓に局在し心拍数増加、心収縮力増加を介し心拍出量を増やす。これを踏まえ、β受容体拮抗薬は心機能を抑制する目的で高血圧の患者に用いられる。逆に心不全のときには、心機能を補助する目的でβ受容体刺激薬が用いられる。