En surface, le cerveau présente l'aspect de nombreux sillons et vallons aux contours variés. Cette surface est le cortex cérébral. Elle contient un grand nombre de corps cellulaires de neurones, ce qui lui donne une teinte grise : c'est la matière grise.

Les noyaux cérébraux sont des groupements denses de corps cellulaires de neurones retrouvés à l'intérieur du cerveau. Ce sont des centres de traitement d'information.

La barrière hémato-encéphalique : Le cerveau reçoit un apport continu d'oxygène et de glucose. Il accomplit un travail intense qui demande énormément d'oxygène et de nutriments, surtout le glucose. La distribution des nutriments et autres substances chimiques aux cellules du cerveau, ainsi que l'élimination des déchets se fait par l'intermédiaire des capillaires, des vaisseaux sanguins très fins.

La fragilité du cerveau exige une protection contre les fluctuations de la composition chimique du sang. Cette protection est assurée par la barrière hémato-encéphalique. Cette enveloppe additionnelle autour des capillaires rend les échanges de substances plus difficiles entre le sang et les cellules cérébrales. Ainsi, certains médicaments, comme les antibiotiques, pénètrent très difficilement le cerveau. Quant aux médicaments psychotropes, en fonction de leur structure chimique, ils franchissent plus ou moins rapidement la barrière hémato-encéphalique. Leur rapidité et leur puissance d'action sont liées à la vitesse de cette diffusion. Ainsi, l'héroïne est plus puissante et agit plus rapidement que la morphine car sa structure chimique fait en sorte qu'elle traverse plus rapidement la barrière hémato-encéphalique.

La structure du neurone. À l'instar du cerveau, le neurone fonctionne selon les principes d'entrée, de traitement et de sortie des informations. Les dendrites sont des prolongements du corps cellulaire et représentent 90% de la surface du neurone. Ils jouent le rôle d'antennes réceptrices et assument la fonction d'entrée des informations (input). Ces antennes captent les messages provenant des autres neurones ou des organes sensoriels. L'axone est le fil conducteur du neurone. Il vient du corps cellulaire. Les messages électriques voyagent le long de l'axone à destination d'autres neurones et vers les cellules des muscles et de plusieurs glandes. Sa longueur est variable. La partie terminale de l'axone joue le rôle d'antennes émettrices et assument la fonction de sortie des informations (output).

Les signaux captés par les dendrites et le corps cellulaire sont de deux natures : stimulants ou inhibiteurs. Un signal stimulant augmente l'excitabilité du neurone, alors qu'un signal inhibiteur diminue son excitabilité. Le corps cellulaire du neurone intègre simultanément des centaines d'ondes électriques, c'est-à-dire qu'il additionne les signaux stimulants et soustrait de ce total l'ensemble des signaux inhibiteurs.

Notre cerveau comporte environ 1 million de milliards de synapses. Quand l'influx nerveux atteint les terminaisons axonales, les boutons synaptiques libèrent des molécules appelées neurotransmetteurs dans la fente synaptique. L'arrivée de l'influx nerveux à la terminaison axonale provoque la libération des neurotransmetteurs dans la fente synaptique. Le neuromédiateur libéré diffuse passivement. Une partie de ces molécules va se fixer sur les récepteurs membranaires de la cellule.

Plus d'une trentaine de neurotransmetteurs ont été identifiés à ce jour. Voici quelques-uns des plus connus.

Avant d'entreprendre l'étude des médicaments psychotropes les plus utilisés, il convient de rappeler la définition de quelques termes usuels employés en pharmacologie (consultez également le glossaire).

Cette définition du terme psychotrope a été proposée par Delay en 1957 : « Les psychotropes sont des substances chimiques d’origine naturelle ou artificielle, qui sont susceptibles de modifier l’activité mentale sans préjuger du type de cette modification ». La définition anglo-américaine parle de « substances qui modifient les sensations, l’humeur, la conscience et d’autres fonctions psychologiques et comportementales ». Par ailleurs :
 
Un agoniste est une substance, autre qu'un neurotransmetteur (ex., un médicament), qui se lie à un récepteur et qui déclenche sa réponse. Cette substance mime donc l'action du neurotransmetteur.

Un antagoniste est une substance (ex., un médicament) qui se lie à un récepteur et qui bloque son activité. Elle réduit donc avec la neurotransmission.

La dépendance aux psychotropes ou pharmacodépendance est un état d'adaptation résultant de l'usage périodique ou continu d'une ou de plusieurs substances nuisibles pour l'organisme qui créent des besoins physiques ou psychologiques.

L'intolérance est un état d'hyper réactivité de l'organisme se traduisant par une réponse anormalement élevée au médicament psychotrope. Elle se manifeste donc par une augmentation de l'effet du médicament.

L'intoxication est l'action nocive qu'exerce une substance toxique sur l'organisme et l'ensemble des troubles qui en résultent.
 
La pharmacocinétique est l'étude de la transformation des médicaments dans l'organisme. La pharmacocinétique traite des différentes étapes du cheminement des médicaments que sont: l'absorption, la distribution, les transformations (ou métabolisme) et l'élimination (ou excrétion).

Le recaptage est le mécanisme par lequel la membrane présynaptique récupère le neurotransmetteur qu'elle vient de libérer.

Un récepteur est habituellement une protéine, située à la surface des neurones, qui est capable de fixer le neurotransmetteur et de convertir ce message « biochimique » en signal « électrique ».  

La tolérance est un état d'hypo-réactivité de l'organisme qui se traduit par une diminution de la réponse au psychotrope et par la capacité de supporter des doses jugées élevées pour le novice. Elle s'accompagne donc d'une diminution de l'effet du médicament.

En 1963, deux chercheurs japonais, Sato et Omura, ont appelé « pigments 450 » ou « cytochromes 450 » un ensemble de composés biochimiques, des iso-enzymes. L'idée de ce nom leur est venue du fait que ces iso-enzymes ont tendance à absorber la lumière à une fréquence bien spécifique (soit 450nm). Depuis, il s'est développé une littérature très importante au sujet des cytochromes P450.

Chez l’homme, on trouve ces cytochromes P450 dans presque tous les tissus. Des organes particulièrement riches en P450 sont le foie et les glandes surrénales. Leur fonction physiologique est de participer au métabolisme de plusieurs substances, notamment des médicaments. En fait, il n’y pas une protéine cytochrome P450, mais bien plusieurs formes ont été classées en familles et sous-familles. Chez l'homme, les iso-enzymes p450-1A2, p450-2C9, p450-2C19, p450-2D6 et p450-3A4 sont les plus impliquées dans la biotransformation de nombreux médicaments.

La plupart des cytochromes P450 peuvent être induits ou inhibés par certains médicaments. Cette induction ou inhibition est souvent la cause d’effets secondaires complexes, lorsqu'il y a poly pharmacie (ou prescription de plusieurs médicaments).

Plusieurs interactions médicamenteuses peuvent être expliquées par l’existence des cytochromes. Chaque médicament utilise sa voie d’élimination particulière, et celle-ci peut impliquer un ou plusieurs cytochromes. Lorsque deux médicaments sont administrés en même temps, il arrive qu’ils compétitionnent entre eux pour le même cytochrome. Celui qui aura une plus grande affinité pour le cytochrome gagnera, et l’autre sera moins métabolisé. Cela conduira donc à une accumulation d’un des deux médicaments, pouvant causer une toxicité.

Ainsi, un médicament (A) inhibiteur d'un cytochrome P450 (la fluvoxamine, un antidépresseur, par exemple) qui  est administré en même temps qu'un autre médicament (B), va inhiber le métabolisme du médicament (B), provoquant ainsi une augmentation des concentrations sanguines et des risques de toxicité du médicament (B).

Inversement, un médicament (C) inducteur d'un cytochrome P450 (les barbituriques par exemple), qui est administré en même temps qu'un autre médicament (D), va accélérer le métabolisme du médicament (D), provoquant ainsi une diminution des concentrations sanguines et un risque d'échec thérapeutique du médicament (D).

Les cytochromes sont soumis à notre hérédité, c’est ce qu’on appelle polymorphisme. Par exemple, environ 10% de la population a une déficience en cytochrome p450-2D6. Ces individus prendront donc plus de temps pour dégrader les médicaments métabolisés par le cytochrome p450-2D6 et donc seront plus à risque d’effets indésirables.

Interactions médicamenteuses entre les antidépresseurs, les barbituriques, la carbamazépine et les cytochromes.

Parmi les antidépresseurs, plusieurs molécules peuvent être considérées comme des inhibiteurs des cytochromes P 450: il s'agit du bupropion, de la fluoxétine, de la fluvoxamine, du néfazodone, de la paroxétine, de la sertraline et la venlafaxine. Cela signifie qu'ils peuvent retarder le métabolisme d'autres médicaments qui seraient donnés conjointement, entraînant des effets secondaires et des risques de toxicité.

Inversement, les barbituriques, la carbamazépine et phénobarbital sont des inducteurs d'enzymes P450 et peuvent diminuer de beaucoup l'efficacité d'autres médicaments qui pourraient être prescrits en même temps.