нейротрансмітери і головний мозок

Доктор медичних наук В. І. Кулінський

Вступ

нейротрансмітери (НТ) - це хімічні передавачі сигналів між нейронами і від нейронів на ефекторні (виконавчі) клітини. Саме НТ створюють можливість об'єднання окремих нейронів у цілісний головний мозок і дозволяють йому успішно виконувати всі його різноманітні і життєво необхідні функції.

нейротрансмітери ділять на нейромедіатори - прямі передавачі нервового імпульсу, що дають пускові ефекти (зміна активності нейрона, скорочення м'язи, секрецію залози), і нейромодулятора - Речовини, що модифікують ефект нейромедіаторів. Співвідношення концентрацій і активності нейромедіаторів визначає функціональний стан більшості постсинаптичних клітин. Нейромодулятора зазвичай діють більш локально - в певних зонах мозку.

Загальна характеристика нейротрансміттеров        

  

Рис. 1. Звільнення нейротрансмітера (НТ) з везикул і його   вихід у синапс (за [7]): А - стан спокою, а - везикули нейротрансмітера,   б - його рецептори; Б - прихід в нервове закінчення потенціалу дії і викликаний   їм транспорт у нерв іонів Са 2 +; В - звільнення НТ з везикул в синапс з подальшим   взаємодією з рецепторами постсинаптичні клітини.     

Більшість НТ синтезуються в нейронах. Потім вони транспортуються в особливі везикули (бульбашки) в обмін на накопичені там іони Н + (акумуляція протонів в везикул здійснюється особливою Н +-АТФази за рахунок енергії АТФ). Ці везикули розташовані в нервовому закінченні (рис. 1, А), НТ зберігаються в них в дуже високих концентраціях (до 100-500 мМ). Коли що поширюється по нерву потенціал дії приходить в зону везикул, він відкриває потенціалзалежні Са 2 +-канали, іони Са 2 + входять в нервові клітини (Б), що призводить до викиду з них НТ в синапс (В). Синапс - це щілина шириною 10-50 нм між двома нейронами або нейроном та іншої клітиною. Трапляються, але набагато рідше (не у ссавців) електричні синапси шириною всього 2 нм. У головному і спинному мозку нейрони утворюють синапси з великою кількістю інших нейронів, а в периферичній нервовій системі - з ефекторними клітинами. Перша клітина (це завжди нейрон) називається пресинаптический, другий - постсинаптичні. Очевидно, що нейромедіатор утворюється і виділяється в синапс пресинаптичних нейроном; нейромодулятора, ймовірно, може утворюватися і гліей - іншим типом клітин нервової системи, виконують захисні, що підтримують і трофічні функції; глія може також брати участь у інактивування НТ. Розрізняють збуджують і інгібуючі, або гальмують, НТ (табл. 1), ефекти перших переважають у стані пильнування тварин і високої функціональної активності мозку, друга - у спокої і особливо під час спокійного сну без сновидінь. По хімічній структурі НТ можна розділити на п'ять класів: 1) амінокислоти, 2) аміни та їх похідні, 3) нейропептиди, 4) нуклеозиди та нуклеотиди, 5) стероїди. Останні два класи поки що представлені одиничними речовинами.

Всі НТ дифундують через синапс і на зовнішній стороні плазматичної мембрани постсинаптичні клітини спілкуються зі своїми специфічними рецепторами. Освіта НТ-рецепторного комплексу змінює функціональний стан клітини. Отже, ефект НТ не вимагає його проникнення через мембрану - всередину клітини надходить не сам НТ, а сигнал, що виникає при зв'язуванні НТ з рецептором. Сприйняття, перетворення, посилення та передачу сигналу всередину клітини і потім всередину її органел здійснюють сигнал-трансдукторние системи (СТС). Рецепторами нейромедіаторів є регуляторні субодиниці швидких іонних (Na + - або Сl -) каналів - це іонотропние рецептори. Ефекти нейромодулятора реалізуються набагато складнішими, СТС, що включають рецептори, ГТФ-залежні G-білки, мембранні ферменти, Са 2 + - або К +-канали, другий посередники і їх білкові рецептори (найчастіше протеїнкінази) - це метаботропние рецептори. Різні механізми реалізації сигналів визначають тимчасові відмінності: нейромедіатори діють за час нервового імпульсу - мілісекунди (швидкі відповіді клітин), модулятори - за секунди або хвилини, такі ефекти називають повільними. Дія НТ в синапсі найчастіше припиняється його швидкої інактивацією шляхом Na +-залежного зворотного захоплення пресинаптичних нейроном або гліей (амінокислоти, моноамінів) з наступним входом в пресинаптичні везикули в обмін на накопичені там іони Н +. Відома також інактивація шляхом ферментного метаболізму прямо в синапсі (ацетилхолін руйнується ацетилхолінестеразою постсинаптичні мембрани) або дифузії за межі синапсу (катехоламіни).        

Таблиця 1. Структура низькомолекулярних нейтротрансміттеров                

Характер дії         

Основна функція                

збудження         

інгібування                

Нейромедіатори         

        

               

нейромодулятора         

        

       

Нейромедіатори

Головні медіатори головного мозку - амінокислоти. До збудливим відносяться глутамат і аспартат. При звільненні у синапс (див. рис. 1, В) вони через іонотропние рецептори (регуляторні субодиниці каналів) відкривають швидкі натрієві канали (рис. 2, А). Це призводить до швидкого входу в постсинаптичні нейрон іонів Na + (в міжклітинної рідини концентрація Na + набагато більше, ніж усередині клітини).        

  

Рис. 2. Наслідки взаємодії нейромедіатора з рецепторами   постсинаптичні клітини (за [7]): А - відкриття збудливим медіатором Na   +-каналів постсинаптичного нейрона з його деполяризації і генерацією в ньому   потенціалу дії; Б - відкриття інгібіруюшім медіатором Сl --каналів   постсинаптичного нейрона з його гіперполяризацію, а - везикули ГАМК або гліцину,   б - рецептори.     

Це деполярізует плазматичну мембрану (змінює негативний заряд на її внутрішньому поверхні на позитивний) і в результаті викликає збудження нейрона. Возбуждающие амінокислоти необхідні для всіх основних функцій головного мозку, включаючи підтримання його тонусу, неспання, психологічної та фізичної активності, регуляцію поведінки, навчання, пам'ять, сприйняття чутливих і больових імпульсів. Але все добре в міру. Існують важкі хвороби, викликані занадто великим звільненням глутамата в синапс. Це характерно для епілепсії. Надлишок глутамата в синапсі призводить до надмірного збудження мозку аж до розвитку важкого судомного нападу. При ішемії (порушення кровопостачання) головного кстремальним факторів [2]. Обидві стратегії пов'язані не тільки з НТ, але і з дистантних та місцевими гормонами.

Індолілалкіламіни утворюються з амінокислоти триптофану: серотонін - у стовбурі головного мозку і ентерохромаффінних клітинах кишечника, мелатонін - в епіфізі (шишковидної залозі). Серотонін знижує агресивність, страх, депресію, стимулює харчова поведінка, сон і впадіння у зимову сплячку, збільшує харчові і знижує больові умовні рефлекси, сприяє навчанню та лідерства. Мелатонін переважно звільняється вночі і сприяє сну (тепер його застосовують як снодійне), гальмує виділення гонадотропних гормонів. Обидва індолілалкіламіна знижують статеве активність.

Обмін моноамінів порушений при синдромі, які розповсюджуються все ширше. Вони болісно і можуть призвести до самогубства. Депресії особливо часто вражають творчих людей. Блокатори зворотного захоплення моноамінів нейронами та інгібітори моноаміноксидази, метаболізуються катехоламіни і серотонін, знижують інактивування моноамінів, їх рівні в синапсах зростають. Це дає чіткий лікувальний ефект - знижує депресію. Дуже важливі та різноманітні функції виконує ще одна велика група НТ - нейропептиди.

Висновок

нейротрансмітери - Хімічні передавачі сигналів нейронів - поділяються на нейромедіатори і нейромодулятора. Перші прямо передають нервові імпульси, другий модифікують дію медіаторів. НТ виділяються в синапс, взаємодіють зі своїми специфічними рецепторами і через СТС змінюють функції постсинаптичні клітини. Головні медіатори головного мозку - збудливі (глутамат, аспартат) і інгібуючі (ГАМК, гліцин) амінокислоти, співвідношення їх концентрацій і активності в основному визначає функціональний стан більшості нейронів. Нейромодулятора зазвичай діють більш локально - в певних зонах мозку і створюють додаткові варіації, які збагачують спектр фізіологічного стану нейронів. Ці функції виконують як ті ж нейромедіатори (але через інші рецептори і СТС), так і спеціалізовані нейромодулятора (аденозин, катехоламіни, індолілалкіламіни, нейростероіди). У цілому множинність НТ і різноманіття їх дії, включаючи як збіг, так і протилежність ефектів, забезпечують функціонування найскладнішого органу нашого організму - Центральної нервової системи, об'єднання окремих нейронів у цілісний головний мозок і успішне виконання всіх його різноманітних і життєво необхідних функцій.

Список літератури

1. Кулінський В.І. Передача і трансдукція гормонального сигналу в різні частини клітини// Соросівський Освітній Журнал. 1997. № 8. С. 14-19.

2. Кулінський В.І. Дві стратегії виживання організму// Енциклопедія "Сучасний природознавство ": В 10 т. М.: Наука; Флінта, 1999. Т. 2: Загальна біологія. С. 252-254.

3. Нейрохімія/Под ред. І.П. Ашмаріна, П.В. Стукалова. М.: НДІ біомедхіміі РАМН, 1996. 469 с.

4. Раєвський К.С., Георгієв В.П. Медіаторних амінокислоти: Нейрофармакологіческіе і нейрохіміческіе аспекти. М.: Медицина, 1986. 239 с.

5. Сергєєв П.В., Шимановський Н.Л., Петров В.І. Рецептори фізіологічно активних речовин. 2-е изд. М.; Волгоград, 1999. 639 с.

6. Ткачук В.А. Молекулярні механізми регуляції нейроендокринної// Соросівський Освітній Журнал. 1998. № 6. С. 16-20.

7. Garrett R.H., Grisham Ch.M. Molecular Aspects of Cell Biology. Fort Worth. Philadelphia etc.: Saunders Coll.Publ., 1995. P. 1180-1243.

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://wsyachina.narod.ru/