Нейромедиатры: виды, принцип работы, возможные проблемы
По самым скромным подсчетам в человеческом мозге имеется более 80 миллиардов нейронов (нервных клеток). Такое большое количество клеток не смогло бы работать эффективно, быстро и продуктивно, если бы не существовало взаимодействия между ними — быстрой передачи информации. Общение происходит за счет передачи химических сигналов (сообщений) в синапсе. Это небольшая щель, промежуток между нейронами, куда выделяются нейротрансмиттеры (они же – нейромедиаторы). Сам процесс передачи данных по нервным клеткам называют нейротрансмиссией.
За счет этой функции организм может посылать сигналы и регулировать работу всех органов и систем. Контролируется частота сокращений сердца, процесс дыхания, циклы сна и бодрствования, процесс пищеварения и аппетит, концентрация внимания и настроение, движения всех мышц тела. Но как работают нейромедиаторы, какие вещества они выделяют и зачем они вообще нужны? Что будет, если нейромедиаторные системы сломаются или будут работать неправильно? Может ли это привести к патологиям?
Мы собираемся обсудить механизм нейротрансмиссии, работу нейротрансмиттеров и некоторые клинические заметки о нарушениях, связанных как с избытком, так и с недостатком некоторых нейротрансмиттеров.
Что такое нейромедиаторы
По определению физиологов, нейротрансмиттеры - это вещества, которые нейроны используют для связи друг с другом и со своими тканями-мишенями в процессе синаптической передачи (нейротрансмиссии).
Нейротрансмиттеры синтезируются и высвобождаются из нервных окончаний в синаптическую щель. Оттуда нейротрансмиттеры связываются с рецепторными белками клеточной мембраны ткани-мишени. В результате этого ткань-мишень возбуждается, подавляется или функционально модифицируется каким-либо другим образом. Изменения уровней конкретных нейротрансмиттеров наблюдаются при различных неврологических расстройствах, включая болезнь Паркинсона, шизофрению, депрессию и болезнь Альцгеймера.
Принцип работы нейромедиаторов и нейромодуляторов
Нейротрансмиттеры синтезируются нейронами и хранятся в пузырьках, которые обычно расположены на конце аксона (длинного отростка нервной клетки), также известного как пресинаптический конец. Пресинаптический терминал отделен от нейрона, мышцы или клетки желез внутренней секреции, на которую он влияет, особым промежутком, называемой синаптической щелью.
Когда нервный импульс достигает пресинаптического терминала одного нейрона, везикулы (мелкие пузырьки), заполненные нейротрансмиттерами, мигрируют через цитоплазму и сливаются с пресинаптической терминальной мембраной. Затем молекулы нейротрансмиттера высвобождаются через пресинаптическую мембрану в синаптическую щель. За миллисекунды они проходят через синаптическую щель к постсинаптической мембране соседнего нейрона, где затем связываются с рецепторами.
Активация рецептора приводит либо к открытию, либо к закрытию ионных каналов в мембране второй клетки, что изменяет проницаемость нейрона или других клеток. Во многих случаях изменение проницаемости приводит к деполяризации, заставляя клетку производить свой собственный потенциал действия, тем самым инициируя электрический импульс. В остальных случаях изменение приводит к гиперполяризации, которая предотвращает генерацию потенциала действия второй клеткой.
Прекращение активности нейротрансмиттера происходит несколькими способами. Молекулы могут оттекать из синаптической щели от рецептивной клетки. Они также могут поступать обратно в пресинаптический терминал через молекулы-переносчики или могут метаболизироваться ферментами в синаптической щели.
Основные нейромедиаторы
В нервной системе человека насчитывается более 40 нейротрансмиттеров; некоторые из наиболее важных — ацетилхолин, норэпинефрин, дофамин, гамма-аминомасляная кислота (ГАМК), глутамат, серотонин и гистамин. Выделяют несколько групп этих веществ:
Возбуждающие нейротмедиаторы
- Глутамат (Glu)
- Ацетилхолин (АХ)
- Гистамин
- Дофамин (DA)
- Норэпинефрин (NE); также известен как норадреналин (НАД)
- Адреналин (Эпи); также известен как адреналин (Ad)
Тормозящие нейротрансмиттеры
- Гамма-аминомасляная кислота (ГАМК)
- Серотонин (5-HT)
- Дофамин (DA)
Нейромодуляторы
- Дофамин (ДА)
- Серотонин (5-HT)
- Ацетилхолин (АХ)
- Гистамин
- Норэпинефрин (NE)
Нейромедиатроры гормоны
- Рилизинг-гормоны из гипоталамуса
- Окситоцин (Oxt)
- Вазопрессин; также известен как антидиуретический гормон (АДГ)
Типы нейромедиаторов
Были идентифицированы различные типы нейромедиаторов. Основываясь на химических и молекулярных свойствах, основные классы нейромедиаторов включают:
аминокислоты, такие как глутамат и глицин;
моноамины, такие как дофамин и норэпинефрин;
пептиды, такие как соматостатин и опиоиды;
пурины, такие как аденозинтрифосфат (АТФ).
Некоторые газообразные вещества, такие как оксид азота, также могут действовать как нейротрансмиттеры, как и эндогенные вещества, известные как следовые амины, которые химически связаны с моноаминами; примеры включают триптамин и фенэтиламины.
Ацетилхолин, вещество, синтезируемое нейронами, является основным нейротрансмиттером парасимпатической нервной системы, который контролирует сокращение гладких мышц и расширение кровеносных сосудов, а также замедляет частоту сердечных сокращений. Кроме того, он участвует в реализации когнитивных функций, помогает в осуществлении двигательных актов.
Основным тормозным нейромедиатором нервной системы является ГАМК (гамма-аминомасляная кислота), которая снижает активность нейронов.
Нейропептиды – это гормоны и нейромедиаторы. Каждый нейропептид состоит из трех или более аминокислот и крупнее, чем передатчики из небольших молекул. Есть очень много разных нейропептидов. Некоторые из них включают эндорфины и энкефалины, подавляющие боль; субстанцию Р, несущие болевые сигналы; и нейропептид Y, который стимулирует прием пищи и может предотвращать судороги.
Что делают нейромедиаторы в организме
Нейротрансмиттеры участвуют в процессах раннего развития человека, включая формирование, рост нейронов и развитие нейронных цепей. Определенные нейротрансмиттеры могут появляться на разных этапах развития. Например, моноамины присутствуют до того, как нейроны плода дифференцируются. Уровни норэпинефрина высоки даже на самых ранних стадиях эмбриона. Серотонин как нейромедиатор играет роль в развитии органов тканей. Возбуждающие аминокислоты, как правило, появляются позже. Уровни нейротрансмиттеров и нейромодуляторов имеют тенденцию увеличиваться по мере образования новых синапсов. Другие вещества появляются в перинатальном периоде, например, глутамат. Гипоксия и воздействие лекарств могут нарушить формирование нейронных цепей, что приведет к долгосрочным пагубным последствиям в организме.
Глутамат является основным возбуждающим нейротрансмиттером, используемым в головном мозге. Он также является основным медиатором пластичности нервной системы. Глутамат участвует в модифицируемых синапсах, которые, как подозревают исследователи, являются элементами памяти мозга.
Гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) и глицин, наоборот, служат основными тормозными нейротрансмиттерами. ГАМК, например, может составлять примерно 40% тормозной обработки в головном мозге. Глицин находится в основном в спинном мозге.
Дофамин, еще один важный нейромедиатор, играет важную роль в нескольких функциях мозга, включая обучение, моторный контроль, вознаграждение, эмоции и исполнительные функции. Дофамин также может вызывать психические и неврологические расстройства.
Серотонин — это нейромедиатор, который модулирует множество нейропсихологических процессов и нервную активность — многие лекарства, используемые в психиатрии и неврологии, нацелены на серотонин. Серотонин также влияет на желудочно-кишечные процессы, такие как перистальтика кишечника, контроль мочевого пузыря и сердечно-сосудистая система.
Норэпинефрин — это моноамин, который синтезируется в центральной нервной системе и симпатических нервах. Голубое пятно головного мозга играет жизненно важную роль в передаче сигналов норадреналина. Высвобождение норадреналина в головном мозге влияет на различные процессы, включая стресс, сон, внимание, концентрацию внимания и воспаление. Он также играет роль в модуляции ответов вегетативной нервной системы.
Гистамин — еще один нейромедиатор, который обеспечивает гомеостатические функции в организме, способствует бодрствованию, модулирует пищевое поведение и контролирует мотивационное поведение.
Нарушения высвобождения и активности (дисбаланс) нейротрансмиттеров связаны с различными заболеваниями и расстройствами, в частности нервно-психическими и нейродегенеративными расстройствами. Например, сообщалось о дисфункции нейромедиаторов дофамина, глутамата и ГАМК при шизофрении, в то время как снижение уровней и активности норадреналина и нейромедиатора серотонина сообщалось у лиц с депрессией. Снижение уровня дофамина, связанное с потерей так называемых дофаминергических нейронов, является центральным признаком болезни Паркинсона.
Для когнитивных функции, хорошей памяти и многих других мозговых функций важна бесперебойная работа ацетилхолиновых рецепторов. С возрастом возникает дефицит холина в головном мозге, страдает синтез возбуждающего нейромедиатора ацетилхолина, который помогает в осуществлении когнитивных функций, улучшении памяти, восстановлении после стрессов и ишемии. Помочь в восполнении холина и поддержать работу мозга может Глиатилин. Это источник холина альфосцерата, который метаболизируется и включается в работу мозговой ткани, стимулируя работу нейронов.
