Анатомия ЦНС > Медиаторы нервной системы

Медиаторы - довольно разнородная группа веществ. В настоящее время идентифицировано около 100 веществ, которые выполняют роль медиатора: моноамины, аминокислоты, нейропептиды (вещество Р, метэнкефалин, лейэнкефалин, эндорфин, нейротензин, АКТГ, ангиотензин, окситоцин, вазопрессин, вазоактивный кишеч¬ный пептид, соматостатин, тиролиберин, бомбезин, холецистокининоподобный пептид, карнозин).
Низкомолекулярные медиаторы синтезируются в пресинаптических нейронах и накапливаются в их везикулах.  Синтез медиаторов происходит из соответствующих предшественников и требует энергии. Он протекает в соме нейрона, откуда везикулы перемещаются к нервным окончаниям.
Благодаря исследованиям последних десятилетий довольно простая схема химической синаптической передачи значительно усложнилась. Появление иммунохимических методов позволило показать, что в одном синапсе могут сосуществовать несколько групп медиато¬ров, а не один, как это предполагали раньше. Например, в одном синаптическом окончании одновременно могут находиться синаптические пузырьки, содержащие ацетилхолин и норадреналин, которые довольно легко идентифицируются на электронных фотографиях (ацетилхолин содержится в прозрачных пузырьках диаметром около 50 нм, а норадреналин — в электронно-плотных пузырьках диаметром до 200 нм). Кроме классических медиаторов, в синаптическом окончании могут находиться один или несколько нейропептидов. Количество веществ, содержащихся в синапсе, может доходить до 5-6 (своеобразный коктейль). Более того, медиаторная специфичность синапса может меняться в онтогенезе. Например, нейроны симпатических ганглиев, иннервирующие потовые железы у млекопитающих, исходно норадренергичны, но у взрослых животных становятся холинергичными.
В настоящее время при классификации медиаторных веществ принято выделять: первичные медиаторы, сопутствующие медиаторы, медиаторы-модуляторы и аллостерические медиаторы. Первичными медиаторами считают те, которые действуют непосредственно на рецепторы постсинаптической мембраны. Сопутствующие медиаторы и медиаторы-модуляторы могут запускать каскад ферментативных реакций, которые, например, изменяют чувствительность рецептора к первичному медиатору. Аллостерические медиаторы могут участвовать в кооперативных процессах взаимодействия с рецепторами первичного медиатора.
Долгое время за образец принимали синаптическую передачу по анатомическому адресу (принцип «точка — в точку»). Открытия последних десятилетий, особенно медиаторной функции нейропептидов, показали, что в нервной системе возможен принцип передачи и по химическому адресу. Другими словами, медиатор, выделяющийся из данного окончания, может действовать не только на «свою» постсинаптическую мембрану, но и за пределами данного синапса — на мембраны других нейронов, имеющих соответствующие рецепторы. Таким образом, физиологическая реакция обеспечивается не точным анатомическим контактом, а наличием соответствующего рецептора на клетке-мишени. Собственно этот принцип был давно известен в эндокринологии, а исследования последних лет нашли ему более широкое применение.
Все известные типы хеморецепторов на постсинаптической мембране разделяют на две группы. В одну группу входят рецепто¬ры, в состав которых включен ионный канал, открывающийся при связывании молекул медиатора с «узнающим» центром. Рецепто¬ры второй группы (метаботропные рецепторы) открывают ионный канал опосредованно (через цепочку биохимических реак¬ций), в частности, посредством активации специальных внутриклеточных белков (G-белков).

Одними из самых распространенных являются медиаторы, принадлежащие к группе биогенных аминов. Эта группа медиаторов достаточно надежно идентифицируется микрогистологическими методами. Известны две группы биогенных аминов: катехоламины (дофамин, норадреналин и адреналин) и индоламин (серотонин). Функции биогенных аминов в организме весьма многообразны: медиаторная, гормональная, регуляция эмбриогенеза.
Основным источником норадренергических аксонов являются нейроны голубого пятна и прилежащих участков среднего мозга. Аксоны этих нейронов широко распространяются в мозговом стволе, мозжечке, в больших полушариях. В продолговатом мозге крупное скопление норадренергических нейронов находится в вентролатеральном ядре ретикулярной формации. В промежуточном мозге (гипоталамусе) норадренергические нейроны наряду с дофаминергическими нейронами входят в состав гипоталамо-гипофизарной системы. Норадренергические нейроны в большом количестве содержатся в периферической нервной системе. Их тела лежат в симпатической цепочке и в некоторых интрамуральных ганглиях.
ДОФАМИН - присутствует в "центрах удовольствия" лимбической сис¬темы и некоторых ядрах ретикулярной формации, где он участвует в процессах избирательного внимания. Много дофаминергических нейронов у млекопитающих находится в среднем мозге (так называемая нигро-неостриарная система), а также в гипоталамической области. Дофаминовые цепи мозга млекопитающих хорошо изучены. Известны три главные цепи, все они состоят из однонейронной цепочки. Тела нейронов находятся в мозговом стволе и отсылают аксоны в другие области головного мозга.
Одна цепь очень проста. Тело нейрона находится в области гипоталамуса и отсылает короткий аксон в гипофиз. Этот путь входит в состав гипоталамо-гипофизарной системы и контролирует систему эндокринных желез.
Вторая дофаминовая система также хорошо изучена. Это черная субстанция, многие клетки которой содержат дофамин. Аксо¬ны этих нейронов проецируются в полосатые тела. Эта система содержит примерно 3/4 дофамина головного мозга. Она имеет решающее значение в регулировании тонических движений. Дефицит дофамина в этой системе приводит к болезни Паркинсона. Известно, что при этом заболевании происходит гибель нейронов черной субстанции. Введение L-DОРА (предшественника дофамина) облегчает у больных некоторые симптомы заболевания.
Третья дофаминергическая система участвует в проявлении шизофрении и некоторых других психических заболеваний. Функции этой системы пока изучены недостаточно, хотя сами пути хорошо известны. Тела нейронов лежат в среднем мозге рядом с черной субстанцией. Они проецируют аксоны в вышележащие структуры мозга, мозговую кору и лимбическую систему, особенно к фронтальной коре, к септальной области и энторинальной коре. Энторинальная кора, в свою очередь, является главным источником проекций к гиппокампу.
Согласно дофаминовой гипотезе шизофрении, третья дофаминергическая система при этом заболевании сверхактивна. Эти представления возникли после открытия веществ, снимающих некоторые симптомы заболевания. Например, хлорпромазин и галоперидол имеют разную химическую природу, но они одинаково подавляют активность дофаминергической системы мозга и проявление некоторые симптомов шизофрении. У больных шизофренией, в течение года получавших эти препараты, появляются двигательные нарушения, получившие название tardive dyskinesia (повторяющиеся причудливые движения лицевой мускулатуры, включая мускулатуру рта, которые больной не может контролировать).

СЕРОТОНИН - в стволе мозга регулирует сон и определяет объем информации в сенсорных путях, идущих к коре мозга (ограничивает ее). Оказывает контролирующее влияние на активность спинного мозга. В гипоталамусе контролирует температуру тела.
Серотонин почти одновременно открыли в качестве сыворо¬точного сосудосуживающего фактора (1948) и энтерамина, секретируемого клетками слизистой оболочки кишечника. В 1951 г. было расшифровано химическое строение серотонина и он получил новое название — 5-гидрокситриптамин. В организме млекопитающих он образуется гидроксилированием аминокислоты триптофана с последующим декарбоксилированием. 90% серотонина образуется в организме энтерохромаффиновыми клетками слизистой оболочки всего пищеварительного тракта. Внутриклеточный серотонин инактивируется моноаминоксидазой, содержащейся в митохондриях.
Серотонинергические нейроны широко распространены в центральной нервной системе . Они обнаруживаются в составе дорсального и медиального ядер шва продолговатого мозга, а также в среднем мозге и варолиевом мосту. Серотонинергические нейроны иннервируют обширные области мозга, включающие кору больших полушарий, гиппокамп, бледный шар, миндалину, область гипоталамуса. Интерес к серотонину был привлечен в связи с проблемой сна. При разрушении ядер шва животные страдали бессонницей. Сходный эффект оказывали вещества, истощающие хранилище серотонина в мозге.
Самая высокая концентрация серотонина обнаружена в эпифизе. Серотонин в эпифизе превращается в мелатонин, который участвует в пигментации кожи, а также влияет у многих животных на активность женских гонад. Содержание как серотонина, так и мелатонина в эпифизе контролируется циклом свет—темнота через симпатическую нервную систему.

Другую группу медиаторов ЦНС составляют аминокислоты. Уже давно известно, что нервная ткань с ее высоким уровнем метабо¬лизма содержит значительные концентрации целого набора аминокислот (перечислены в порядке убывания): глутаминовой кис¬лоты, глутамина, аспарагиновой кислоты, гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК).
Глутамат в нервной ткани образуется преимущественно из глюкозы. У млекопитающих больше всего глутамата содержится в ко¬нечном мозге и мозжечке, где его концентрация примерно в 2 раза выше, чем в стволе мозга и спинном мозге. В спинном мозге глутамат распределен неравномерно: в задних рогах он находится в большей концентрации, чем в передних. Глутамат является одним из самых распространенных медиаторов в ЦНС.
Из тормозных медиаторов ГАМК является самой распространенной в ЦНС. Она синтезируется из L-глутаминовой кислоты. Известно два типа ГАМК-рецепторов на постсинаптической мембране: ГАМК-А (открывает каналы для ионов хлора) и ГАМК-Б (открывает в зависи¬мости от типа клетки каналы для К или Са). Интересно, что в их состав входит бензодиазипиновый рецептор, наличием которого объясняют действие так называемых малых (дневных) транквилизаторов (седуксена, тазепама и др.). Прекращение действия медиатора в ГАМК-синапсах происходит по принципу обратного всасывания (молекулы медиатора специальным механизмом поглощаются из синаптической щели в цитоплазму нейрона). Из антагонистов ГАМК хорошо известен бикукулин. Он хорошо проходит через гематоэнцефалический барьер, оказывает сильное воздействие на организм даже в малых дозах, вызывая конвульсии и смерть. ГАМК обнаруживается в ряде нейронов мозжечка (в клетках Пуркинье, клетках Гольджи, корзинчатых клетках), нейронах гиппокампа (в корзинчатых клетках), в обонятельной луковице и черной субстанции.
Идентификация ГАМК-цепей мозга трудна, так как ГАМК — обычный участник метаболизма в ряде тканей организма. Метабо¬лическая ГАМК не используется как медиатор, хотя в химическом отношении их молекулы одинаковы. ГАМК определяется по фериенту декарбоксилазе. Метод основан на получении у животных антител к декарбоксилазе (антитела экстрагируют, метят и вводят в мозг, где они связываются с декарбоксилазой).
Другим известным тормозным медиатором является глицин. Глицинергические нейроны находятся главным образом в спин¬ном и продолговатом мозге. Считают, что эти клетки выполняют роль тормозных интернейронов.
Ацетилхолин — один из первых изученных медиаторов. Он чрез¬вычайно широко распространен в периферической нервной сис¬теме. Примером могут служить мотонейроны спинного мозга и нейроны ядер черепных нервов. Как правило, холинергические цепи в мозге определяют по присутствию фермента холинэстеразы. В го¬ловном мозге тела холинергических нейронов находятся в ядре перегородки, ядре диагонального пучка (Брока) и базальных ядрах. Нейроанатомы считают, что эти группы нейронов формируют фактически одну популяцию холинергических нейронов: ядро переднего мозга, базальное ядро (оно расположено в базальной части переднего мозга). Аксоны соответствующих нейронов проецируются к структурам переднего мозга, особенно в новую кору и гиппокамп. Здесь встречаются оба типа ацетилхолиновых рецепторов (мускариновые и никотиновые), хотя считается, что мускариновые рецепторы доминируют в более рострально расположенных мозговых структурах. По данным последних лет складывается впечатление, что ацетилхолиновая система играет большую роль в процессах, связанных с высшими интегративными функциями, которые требуют участия памяти. Например, показано, что в мозге больных, умерших от болезни Альцгеймера, наблюдается массивная утрата холинергических нейронов в базальных ядрах.


ОПИАТНЫЕ РЕЦЕПТОРЫ И ОПИОИДЫ МОЗГА
Морфин и кодеин — два активных ингредиента морфия. Мор¬фин был очищен в XIX веке и стал широко применяться в медицине. Механизм действия морфина на мозг довольно хорошо изучен благодаря тому, что было синтезировано вещество налоксон, которое является специфическим антагонистом морфина. Сам по себе налоксон неактивен, но действие введенного на его фоне морфина не проявляется. То, что налоксон имеет химическую структуру, похожую на морфин, и является его специфическим антагонистом, предполагает наличие на мембране специфических для морфина рецепторов. Использование меченого налоксона показало его специфическое связывание на рецепторах нейронов областей мозга, имеющих отношение к боли. Из мозга голубей было выделено вещество, получившее название энкефалин (т. е. морфин мозга), обладающее свойством морфина. В дальнейшем были открыты другие опиоиды мозга. Эту группу веществ в целом называют эндорфинами.
В настоящее время установлено, что синтез нейропептидов состоит в образовании относительно больших пептидов-предшественников, из которых после завершения трансляции выщепляются протеазами соответствующие нейропептиды. В состав такого пептида-предшественника входят обычно несколько последовательностей нейропептидов, а также так называемая сигнальная пос¬ледовательность, способствующая миграции предшественника в цитоплазме клетки, после того как его синтез закончился на мембранах эндоплазматического ретикулума. В настоящее время известны следующие нейропептиды: 1) опиоидные пептиды — энкефалины, эндорфины, динорфины; 2) тахикинины — вещество Р, нейрокинин А, нейромедин К; 3) нейротензин; 4) вазоактивный интестинальный полипептид; 5) соматостатин; 6) холицистокинин; 7) нейропептид V; 8) гастрин; 9) вазопрессин; 10) окситоцин; 11) бомбезин; 12) тиротропин; 13) ангиотензин.
Изучение нейромедиаторов еще только начинается.


Принципы действия психотропных препаратов

Сложные формы синаптических связей, формирующихся по мере развития мозга, составляют основу всех функций нейрона – от сенсорной перцепции до обучения и памяти. С другой стороны, дефекты синаптической передачи лежат в основе многих заболеваний нервной системы.
Известно довольно много фармакологических соединений, способных модифицировать работу синапсов. Например, ботулиновый токсин блокирует секрецию ацетилхолина в нервно-мышечных синапсах, альфа-бунгаротоксин, содержащийся в яде змей, блокирует рецепторы ацетилхолина в тех же синапсах, стрихнин блокирует рецепторы глицина в синапсах ЦНС.
Многие психотропные препараты действуют на уровне синапсов и тех процессов, в которых участвуют нейромедиаторы и модуляторы. Молекулы этих препаратов схожи по своей химической структуре с молекулами меди¬аторов, что позволяет им вмешиваться в синаптические процессы и изменять их. Т.о. они могут нарушить действие истинных медиаторов. Они ли¬бо занимают место на рецепторных участках, либо мешают их разрушению, или препятствуя обратному всасыванию.
Установлено, например, что ЛСД, занимая серотониновые рецепторы, мешает серотонину затормаживать приток сенсорных импульсов. Т.о. ЛСД открывает доступ разнообразных, даже чрезвычайно слабых сенсорных импульсов к сознанию.
КОКАИН усиливает эффекты дофамина, занимая его место в рецепторных участках. Подобным образом действует МОРФИН и другие ОПИАТЫ, мгновенный эффект которых объясняется тем, что они быстро успевают занять рецепторы для эндорфинов. По схожему механизму действует антипсихотический препарат галоперидол.
Действие АМФЕТАМИНОВ обусловлено тем, что они подавляют обратное поглощение норадреналина пресинаптическими окончаниями. В результате избыточное накопление этого медиатора в синаптической щели приводит к чрезмерной степени бодрствования мозговой коры. Также действуют антидепрессанты (имипрамин).
Эффекты ТРАНКВИЛИЗАТОРОВ объясняются главным образом их облегчающим влиянием на ГАМК в лимбической системе, что приводит к усилению тормозных эффектов этого медиатора.
Наоборот, как антидепрессанты действуют главным образом соединения, инактивирующие ГАМК, или такие препараты как ингибиторы МАО.

Антидепрессанты
Инактивация ГАМК Ингибиторы МАО Обратный захват норадреналина
имипрамин

 
Смерть от некоторых отравляющих газов наступает вследствие удушья. Это связано с тем, что молекулы газов блокируют секрецию холинэстеразы. В результате ацетилхолина вызывает сокращение мышц и угнетение сердечной и дыхательной деятельности, вплоть до их полной блокады.

 

Ответственный за информацию: Богомаз С. А.

02.02.2011