Счастье есть - и отвечает за него квартет нейромедиаторов мозга: дофамин, серотонин, окситоцин и эндорфины. Их открытие имело место в 1960-х годах, когда ученые обнаружили, что в передаче нервных импульсов через синапсы задействованы химические вещества, а вышеприведенная четверка нейромедиаторов дарит человеку ощущение счастья. сайт расскажет, за что отвечает каждый из них, а также подскажет, что можно сделать, чтобы становиться чуточку счастливее каждый день.
Нейромедиатор мозга дофамин: Ваш главный мотиватор
Дофамин можно называть нейромедиатором мотивации: благодаря ему мы стремимся к достижению целей, выполнению желаний и удовлетворению потребностей, а также чувствуем огромное наслаждение, выполняя задуманное. Прокрастинация, сомнения в себе и нехватка энтузиазма напрямую связаны с низкими уровнями дофамина. Чем меньше этого нейромедиатора мозга вырабатывается, тем более легких путей мы ищем, и тем меньше достигаем.
Вот почему рекомендуется разбивать большое задание на несколько небольших, легко достижимых - так Вы даете мозгу шанс «отпраздновать» маленькие приятности выбросом дофамина. А если подкреплять каждое достижение небольшим вознаграждением себя любимого, достигать новых высот станет проще.
Чтобы не страдать от дофаминового похмелья, постоянно создавайте новые задачи на пути к Вашей основной цели, чтобы этот нейромедиатор мозга постоянно Вас мотивировал и делал более продуктивным.
Нейромедиатор мозга серотонин позволяет почувствовать себя важным
Приток серотонина наблюдается, когда человек чувствует себя важным и нужным. В отсутствии серотонина человека начинает одолевать чувство одиночества и депрессия. Кстати, согласно одной из теорий, нехватка этого нейромедиатора мозга может вывести человека на тропу криминала. Потому все антидепрессанты направлены на синтез серотонина.
Когда человек вспоминает достижения прошлых лет, мозг переживает эти события повторно: он не способен отличить реальное от воображаемого, когда речь заходит о выработке серотонина, поэтому на приятное воспоминание он реагирует, как на реальное.
Для выработки серотонина очень важно практиковать благодарность. Когда Вы благодарите человека, он чувствует себя нужным. Поэтому, если посреди рабочего дня Вы начали приунывать, вспомните парочку своих прошлых побед и достижений. Также хорошим способом подхлестнуть этот нейромедиатор мозга станет 20-минутная прогулка на солнышке (стимулирует выработку серотонина).
Нейромедиатор мозга окситоцин: помогает строить отношения
Окситоцин принимает активное участие в построении доверия и здоровых отношений в целом. Оргазм у мужчин и женщин сопровождается выбросом данного нейромедиатора мозга, у женщин повышенный уровень окситоцина наблюдается при родах и кормлении грудью.
Интересно, что у животных, отказывающихся от своего потомства, выработка окситоцина заблокирована. Окситоцин повышает преданность: мужчины с повышенным уровнем окситоцина вены своим женам (подтверждено экспериментально). Помимо этого, окситоцин необходим для создания связей и социального взаимодействия.
«Гормон обнимашек» - так называют этот нейромедиатор мозга, потому что он вырабатывается во время объятий. В результате улучшается функция иммунной и сердечно-сосудистой системы. Восемь объятий в день, как и получение любого подарка, - залог здорового уровня окситоцина в организме.
Передвижение белка кинезина по тубулиновым микротрубочкам с мембранным пузырьком (где происходит синтез мембранных белков, а также белков, которые будут впоследствии заключены в везикулы, в частности, предшественники эндорфинов).
Нейромедиаторы мозга эндорфины: естественные болеутоляющие
Эндорфины вырабатываются в мозге в ответ на боль и стресс, они помогают снять тревожность и депрессию. Именно эти нейромедиаторы мозга позволяют почувствовать кайф после пробежки или иной физической деятельности. Как и морфин, они действуют как анальгетики и седативные средства, уменьшая восприятие боли.
Помимо регулярных физических упражнений, отличным способом стимулировать выработку эндорфинов является смех. Доказано, что даже само ожидание смеха, например, предвкушение комедийного шоу или смешного события, увеличивает уровень эндорфинов. Поэтому, выходя из дома, не забывайте чувство юмора. Также выработке эндорфинов способствует запах ванили и лаванды, а их продуктов питания, которые обладают похожими свойствами, можно выделить темный шоколад и острую пищу.
Редакция сайт убеждена: правильное питание, позитивный опыт и настрой, ежедневная практика благодарности и забота об окружающих, задорный смех и достижение поставленных целей помогут нейромедиаторам мозга выполнять свою работу и делать Вас счастливее день ото дня.
Известно, что при работе за компьютером мозг программиста затрачивает больше энергии, чем мозг других людей. Программист, как работник умственного труда, должен следить за своим питанием и здоровьем, чтобы поддерживать свой мозг в состоянии высокой работоспособности. К тому же, программист должен быть в отличной интеллектуальной форме, развивать в себе высокую творческую активность и задумываться о предотвращении возрастных ухудшений памяти.
В данной публикации мы рассмотрим, как правильно питаться для жизнеобеспечения мозга и как его разогнать ноотропами (в случае аврала необходимости).
Итак, на поддержание мышечного тонуса тратится 26% энергии основного обмена, на функционирование печени 25%, на деятельность головного мозга около 18%.
Улучшить деятельность мозга можно несколькими путями:
- улучшение проведения нервных импульсов (синаптических передач) обеспечением достаточного количества нейромедиаторов (веществ, осуществляющих передачу импульса от нервной клетки);
- улучшение кровоснабжения мозга, нормализация артериального давления;
- поддержка питания мозга (обеспечение энергией, особенно глюкозой);
- контроль за гормональным фоном (особенно за гормонами «счастья»).
Рассмотрим некоторые из путей, чтобы добиться всего этого.
Корректирующее питание
Ученые утверждают, что для нормальной работы мозга необходимо регулярно употреблять пищу с высоким содержанием антиоксидантов, жирными кислотами омега-3 и витаминами группы B.
В данной таблице, в порядке убывания по воздействию на мозг, перечислены наиболее значимые продукты.
| Морская рыба (особенно лосось, тунец, сельдь) | Содержит наибольшее количество жирных кислот Омега-3. Фосфор также важен для мозга. |
| Шпинат, брокколи и бобовые | Источники фолиевой кислоты и бета-каротинов, что способствует улучшению познавательных способностей |
| Грецкий орех | Омега-3 кислоты, витамины B2, B12,E |
| Молоко и молочные продукты | Витамины B, кальций, фосфор |
| Куриные яйца | Ценный источник железа, йода, омега-3 жирных кислот и витамина В12. Также содержит холин (нейромедиатор, повышающий работоспособность мозга) |
| Сыр | |
| Черный шоколад | Набор биофлавоноидов-антиоксидантов, гормон фенилэтиламин, поднимающий настроение и усиливающий ясность ума. Отличная стимуляция работы мозга и усиление когнитивных способностей человека. Избегайте переслащённого тёмного шоколада! Норма шоколада 50 – 200 гр. в течении дня. |
| Морковь | Содержит лютеолин. Способствует уменьшению дефицита памяти, связанного с возрастом и воспалений в мозге |
| Овсянка | Цинк и витамины Е и группы B |
| Черника и земляника | Флавоноиды- антоцианидины и полифенолы защищают клетки мозга от старения |
| Зеленый чай | Поддерживает водно-солевой баланс в организме, в том числе и в клетках мозга, повышая обмен веществ и улучшая память. |
| Семена тыквы | Содержит много триптофана (производит серотонин) |
| Томаты | Источник ликопена - защита клеток мозга от разрушающих воздействий. |
| Свекла | Витамины группы B |
| Яблоки | Содержат катехины – вещества, защищающие мозговые клетки от вредных химикатов. |
Поливитамины
Для тех, кто не способен восполнить нужный набор микроэлементов пищевым рационом, существуют комбинированные поливитаминные препараты, такие как Балансин, Готу Кола, Доппельгерц Актив, Интеламин, Мемори райс, Мемостронг, НейроБрайт, Секретагог. Напомню, что все эти препараты не являются лекарствами и зарегистрированы как БАДы. Также почти все они западного производства и имеют высокую цену.
Добавки
ДМАЭ (Диметиламиноэтанол)
Он стимулирует мозговую функцию, усиливает память, концентрацию внимания, креативные способности и улучшает настроение. Заметно повышает энергетический статус организма, в связи с чем повсеместно используется спортсменами. Значительно улучшает свойства крови. DMAE помогает выводить клеточный мусор (липофусцин). Из минусов – высокая цена.
Креатин
Это кислота, участвующая в энергетическом обмене нервных клеток. Креатин - весьма эффективное средство для улучшения памяти и устойчивости внимания. Норма - от 5000 мг в день.
Кофеин + L-Теанин
Сам по себе кофеин не способен существенно улучшить умственные способности. Однако комбинация кофеина и L-Теанина - аминокислоты, содержащейся в листьях зелёного чая, действительно способна создать долговременный положительный эффект, включая улучшение рабочей памяти, ускорение обработки визуальной информации и особенно переключения внимания. Оптимально принимать по 50 мг кофеина (примерно чашка кофе) и 100 мг L-Теанина (в чашке зелёного чая содержится только около 5–8 мг этого вещества.
Растительные препараты
Бакопа мелколистная
Обладает свойствами улучшать память и когнитивные способности. Оптимальным считается ежедневный приём 150 мг добавки.
Гинкго билоба
Эту добавку получают из листьев редчайшего дерева гинко билоба. Вызывает улучшение памяти и концентрации внимания. Дозировка по 240–360 мг в день.
Женьшень
Помогает улучшить рабочую память, концентрацию внимания, благотворно влияет на настроение. Принимать по 500 мг дважды в день.
Родиола розовая
Способствует выработке допамина и серотонина, что естественным образом сказывается на настроении. Рекомендуется принимать 100–1000 мг, которые следует разделить на две равные части.
Шалфей испанский
Содержит ацетилхолин, отвечающий за скорость мыслительных процессов. Дозировка - 300 мг в сухих листьев один раз в день.
Давайте еще раз пробежимся по питанию.
Каждый день мы должны есть:
- «медленные» углеводы, которые постепенно усваиваются, не вызывая резкого подъема уровня глюкозы в крови. Их лучше есть на завтрак. Тогда на длительное время создается чувство сытости, хорошее настроение, мозг снабжается глюкозой, которая используется для выработки энергии;
- достаточное количество витаминов группы В (В1, В2, В3, В5, В6, B12);
- витамин С (главный водорастворимый антиоксидант и катализатор множества процессов);
- магний - главный антистрессовый минерал, защищающий от бессонницы, усталости, нервозности, перепадов настроения, необходимый для активной умственной и физической деятельности;
- омега-3 полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК), которые включаются в состав мембран нейронов и улучшают проведение нервных импульсов, поскольку стимулируют синтез, секрецию и активность нейромедиаторов;
- диметиламиноэтанол (ДМАЭ), который усиливает синтез нейромедиатора ацетилхолина и проявляет выраженные антиоксидантные свойства;
- высокоусвояемое железо. Именно с нехваткой железа часто связаны потеря физической силы и выносливости, ухудшение способности к обучению, повышенная утомляемость;
- органический йод. При его нехватке подавляется выработка гормонов щитовидной железы и резко уменьшается способность мозга вырабатывать энергию;
- белки, богатые аминокислотами. Так, аминокислота тирозин является предшественником норадреналина, адреналина и дофамина (ответственных за выработку энергии); триптофан-серотонина (гормона счастья) и мелатонина (гормона сна).
Гормоны – основные нейромедиаторы
Серотонин - один из важнейших нейромедиаторов, который, как известно, настолько сильно влияет на настроение, что иногда его даже называют «гормоном удовольствия». Сам серотонин производится организмом из аминокислоты триптофан. Таким образом, потребляя больше продуктов с триптофаном, мы добавим себе гормона удовольствия. По убыванию триптофана, надо потреблять сыр, мясо, рыба и горох.
Окситоцин – сложный гормон, связанный с удовлетворением и сексом. Он выделяется в кровь, когда человек получает удовольствие от общения. Окситоцин вызывает чувство удовлетворения, снижение тревоги и чувство спокойствия. Интим, ласки, приятное общение – все это способствует его выработке. Недостаток окситоцина приводит к социопатии.
Дофамин (допамин) – гормон радости. Он придает уверенности, целеустремленности и доброжелательности, а также помогает адаптации. Нерешительность и застенчивость, как правило, проявление недостатка дофамина. Дофамин вызывает чувство удовлетворения, влияет на мотивацию и процесс обучения. Вырабатывается во время секса, приема вкусной пищи, приятных телесных ощущений, воспоминаний о чем-то приятном. На выработку допамина влияют наркотики, никотин и алкоголь.
Эндорфин («гормон радости») . По химической структуре близки к опиатам. Вырабатываются организмом в нейронах головного мозга и влияют на эмоциональное состояние. Самый безопасный и эффективный способ выработать эндорфины - занятия спортом.
Тироксин («гормон энергии») - вырабатывается щитовидной железой. Влияет на метаболизм, стройность, аппетит, энергичность, активность, работоспособность, жизнерадостность.Для здоровья щитовидной железы и выработки тироксина следует употреблять йодосодержащие продукты: грецкие орехи, водоросли, морская капуста.
Лекарственные методы раскрутки мозга
Пожалуй, тут стоит поговорить только о ноотропах. Ноотропы используются при расстройствах мозгового кровообращения, депривации сна, утомлении, астенических и депрессивных состояниях после черепно-мозговых травм и нейроинфекций. Ноотропы хороши и тем, что подходят как для лечения, так и для профилактики с целью улучшения умственной работоспособности. В целом ноотропные препараты характеризуются относительно низкой токсичностью и минимумом побочных явлений.
Ноотропизация является самым эффективным современным методом «раскачки» головного мозга и рекомендуются к использованию исключительно в особые периоды – экзамен, deadline, собеседование.
Ноотропы усиливают снабжение мозга кровью, а значит глюкозой и кислородом, улучшают «общение» между собой как отдельных клеток мозга, так отдельных его частей и полушарий. Как следствие, улучшаются память, концентрация внимания, сообразительность и т.п.
Важной особенностью ноотропов является их способность улучшать деятельность гипоталамуса, который называют дирижёром всей гормональной системы.
Классификация препаратов с ноотропным действием (Воронина и Середенин)
| Производные пирролидона (рацетамы) | Пирацетам, анирацетам, прамирацетам, оксирацетам, этирацетам, нефирацетам, фенотропил. |
| Препараты, усиливающие холинергические процессы | Ипидакрин, Амиридин, такрин, глиатилин |
| ГАМК-ергические препараты | Гамма-аминомасляная кислота, пантогам, пикамилон, фенибут, натрия оксибутират |
| Глутаматергические препараты | Глицин, мемантин |
| Нейропептиды и их аналоги | Семакс, церебролизин |
| Антиоксиданты и мембранопротекторы | Меклофеноксат, мексидол, пиритинол |
| Препараты гинкго билоба | Билобил, танакан, мемоплант |
| Блокаторы кальциевых каналов | Нимодипин, циннаризин |
| Церебральные вазодилататоры | Винпоцетин, ницерголин, инстенон |
Рацетамы
Один из самых известных препаратов этой группы ноотропов – пирацетам.
Является одним из самых первых ноотропных препаратов. Показан, в первую очередь, при любых нарушениях в работе мозга.
Препараты пирацетама - ноотропил, фенотропил, желательно принимать в курсе с цинаризином (улучшает кровоснабжение мозга, тем самым усиливая эффект ноотропов).
Фенотропил
На данный момент, считается самым мощным разрешенным ноотропом в России. Фенотропил - мощный нейрометаболик с психостимулирующей активностью. Сам лично применяю его в командировках, когда требуются активные беседы на английском. Разницу ощущаю большую. В частности, ощущается повышение умственной и физической работоспособности, а также заметного снижения усталости и сонливости. Естественно, для лучшего эффекта с фенотропилом вместе надо применять витамины группы B и что-нибудь из сосудорасширяющих. Из побочных действий может быть повышение порога алкогольного опьянения.
Самый неприятный фактор применения Фенотропила – его высокая цена около 900 руб за 30 таблеток.
Усилители холинергических процессов
Препараты данной группы стимулируют непосредственно проведение возбуждения в нервных волокнах и синаптическую передачу в нервно-мышечных окончаниях.
ГАМК-ергические препараты
Все препараты являются производными гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК). Это кислота – один из важнейших нейромедиаторов в ЦНС. Препараты ГАМК вызывают усиление энергетических процессов в головном мозге. Также являются одними из самых популярных и дешевых из ноотропов. ГАМК очень хорошо переносятся и имеют минимум побочных воздействий.
Самые известные лекарства на базе ГАМК - аминалон, гаммалон, пикамилон, пантогам (гопантеновая кислота), пантокальцин.
Отдельно стоит упомянуть весьма эффективный препарат – фенибут, разработанный в СССР, который был даже включен в аптечку космонавта.
Глутаматергические препараты
Глутаматергическая система - это та часть мозга, которая отвечает за процессы обучения и функции памяти. В этой группе находится культовый глицин. Он хорошо переносится и практически лишен побочных эффектов.
Нейропептиды
В этой группе популярен Семакс. Это серьезный препарат, оказывающий многофакторное нейропротективное действие. Не имеет побочных действий.
Церебролизин представляет собой комплекс нейропептидов и микроэлементов, полученных из головного мозга молодых свиней. Более 20 лет он применяется как нейропротектор и ноотроп. Препарат повышает интенсивность энергетического обмена, синтез белков в головном мозге, улучшает мозговой кровоток. Вызывает ощутимое воздействие на мозг в течение дня. Работоспособность резко повышается. Колется курсами по 10 дней. Недостаток - очень мощное средство, чаще чем раз в полгода нельзя.
Антиоксиданты и мембранопротекторы
Мексидол обладает выраженной ноотропной и нейропротекторной активностью. Повышает интенсивность мозгового кровотока.
Пиритинол (пиридитол, энцефабол) проявляет выраженные ноотропные свойства в сочетании с антидепрессивным и седативным действием, являясь малотоксичным препаратом.
Препараты гинкго билоба
Стандартизированные экстракты реликтового растения гинкго билоба (билобил, мемоплант, танакан и др.) содержат композицию флавоноидов. Эти препараты обладают комплексом ценных фармакологических свойств, оказывая антиоксидантное действие, усиливая энергетический обмен в головном мозге, улучшая реологические свойства крови и микроциркуляцию.
Блокаторы кальциевых каналов
Путем воздействия на внутриклеточную концентрацию кальция, можно существенно улучшить мозговой кровоток. Одними из лучших являются нимодипин и циннаризин.
Циннаризин (стугерон) является популярным препаратом, улучшающим мозговое кровообращение и обладающим ноотропными свойствами.
Церебральные вазодилататоры
Препараты этой группы расширяют капилляры головного мозга.
Самый известный – это Кавинтон (Винпоцетин).
Кавинтон и его аналоги показали себя достаточно эффективными в лечении нарушений мышления, связанных с дефектами кровообращения мозга у престарелых, например, вследствие атеросклероза. Рекомендуется принимать в комбинации с ноотропами. Винпоцетин (кавинтон), получаемый из малого барвинка, применяется уже около 30 лет. Он почти не вызывает побочных эффектов.
Инстенон, являющийся комбинацией трех компонентов - гексобендина, этамивана и этофиллина, в последнее время привлекает внимание не только как корректор мозгового кровообращения, но и как препарат с собственно ноотропными свойствами.
Запрещенные в России препараты
Модафинил – это аналептик. Запрещен в России. Больше используется как психостимулятор для подавления сонливости. Действие основано на уменьшении одного из механизмов обратного захвата допамина. Не имеет побочных действий и не вызывает привыкания. Является, наряду с риталином, одним из самых сильных смарт-драгов.
Риталин - это психостимулятор, но обладает мощным ноотропным действием. В США детей пичкают этим препаратом с 12 лет. По окончании действия, как и любой психостимулятор, вызывает сильную усталость, депрессию и раздражение. Вызывает психологическую зависимость.
Энергетики для нейронов
Ещё одним полезным добавлением к истинным ноотропам являются соединения, повышающие «энергетику» нейронов.
Человеческий мозг очень требователен к поступлению энергии и поглощает до 50 % всего затрачиваемого организмом кислорода, используя для своих нужд примерно 20 % тотального энергопроизводства тела.
В физиологических условиях, без голодания, мозг использует один единственный вид «топлива» - глюкозу. Таким образом, сахар - это не просто источник энергии для функционирования нейронов, но и своеобразный слабый «полу-ноотроп».
Также повышает энергетику нейронов L-ацетилкарнитин и никотинамид (витамин PP).
Несколько простых советов для улучшения работы мозга
1. Решайте загадки и головоломки.
2. Обращайте внимание на неопределенность и двусмысленность. Научитесь любить парадоксы и оптические иллюзии.
3. Развивайте творческое мышление.
4. Транспонируйте реальность. Всегда спрашивайте себя: «А что если?..»
5. Учитесь логике. Решайте логические задачи.
6. Занимайтесь спортом.
7. Соблюдайте осанку.
8. Слушайте классическую музыку.
9. Избавьтесь от прокрастинации (вечное откладывание дел на потом).
10. Играйте в шахматы, шашки, нарды…
11. Развивайте чувство юмора. Придумывайте свои шутки.
12. Развивайте наблюдательность.
13. Учите иностранный язык.
14. Произносите длинные слова наоборот.
15. Учитесь играть на музыкальном инструменте.
16. Пробуйте мысленно оценивать течение времени.
17. Выполняйте арифметические расчеты в уме.
18. Не смотрите телевизор. Он тормозит ум.
19. Поставьте себя на чужое место. Представьте, как другие люди решали бы ваши проблемы.
20. Найдите время для уединения и отдыха.
21. Примите обязательство постоянно учиться чему-то новому.
22. Совершите путешествие за границу. Узнайте о различных стилях жизни.
23. Общайтесь с теми, кто вам близок по интересам.
24. Читайте классику.
25. Развивайте самосознание.
26. Занимайтесь интроспекцией (анализом своих действий и поступков)
26. Не нервничайте
Напоследок, немного физиологии
Сон . Для полного восстановления функций головного мозга достаточно спать не менее 7 часов. Не думайте, что хронический недостаток сна можно компенсировать увеличенным временем сна в выходные дни. Исследования с участием людей показали, что концентрация внимания и другие когнитивные функции не могут полностью восстановиться даже спустя три дня полноценного ночного сна, что поднимает вопрос о серьезности нарушений в головном мозге.
Спорт . Минимум 30 минут каждый день или заменить прогулкой - от 1 часа и больше. Спорт способствует выработке эндорфина. Эндорфины - важнейший компонент счастья.
Алкоголь . Выдающийся советский физик-теоретик Лев Ландау говорил так: «… выпитый новогодний бокал шампанского на целый месяц лишает меня творческой активности». Доказано, что даже незначительное употребление алкоголя заметно снижает навыки и мозговую активность. По данным испанских ученых, три кружки пива в неделю могут притупить мозговую активность на 20%. Тем не менее, выявлено небольшие дозы алкоголя стимулируют творческую активность (но не умственную!!!).
Последнее обновление: 24/11/2014
Для передачи информации от к нейрону существуют особые биологически активные химические вещества – нейромедиаторы .
Нейромедиатор (или нейротрансмиттер) – своего рода «посредник» химического происхождения, который участвует в передаче, усилении и модуляции сигналов между нейронами и другими клетками (например, мышечной ткани) в организме. В большинстве случаев нейромедиатор высвобождается из терминальных ветвей аксонов после того, как потенциал действия достигает синапса. Затем нейромедиатор пересекает синаптическую щель и достигает рецептора других клеток или нейронов. А потом в процессе, который называется обратным захватом, он связывается с рецептором и поглощается нейроном.
Нейромедиаторы играют важную роль в нашей повседневной жизни. Ученые пока не смогли узнать точное количество нейромедиаторов, но им удалось идентифицировать уже более 100 химических веществ. Воздействие болезни или, например, наркотиков на нейротрансмиттеры приводит к разного рода неблагоприятным последствиям для организма. Такие заболевания, как болезнь Альцгеймера и Паркинсона, обусловлены дефицитом некоторых нейротрансмиттеров.
Классификация нейромедиаторов
В зависимости от их функции нейромедиаторы можно разделить на два типа:
- возбуждающие: этот тип нейромедиаторов оказывает возбуждающее воздействие на нейрон. Они увеличивают вероятность того, что нейрон будет генерировать потенциал действия. К основным возбуждающим нейротрансмиттерам причисляют адреналин и норадреналин.
- ингибирующие: эти нейротрансмиттеры оказывают ингибирующее действие на нейрон; они уменьшают вероятность того, что будет выработан потенциал действия. Основными нейромедиаторами ингибирующего типа считаются серотонин и гамма-аминомасляная кислота (или ГАМК).
Некоторые нейротрансмиттеры, такие как ацетилхолин и дофамин, могут оказывать возбуждающий и подавляющий эффект в зависимости от типа рецепторов, которыми обладает постсинаптический нейрон.
Также любой из нейромедиаторов можно отнести к одному из шести типов:
1. Ацетилхолин
2. Аминокислоты: ГАМК, глицин, глутамат, аспартат.
3. Нейропептиды: окситоцин, эндорфины, вазопрессин и др.
4. Моноамины: адреналин, норадреналин, гистамин, дофамин и серотонина.
5. Пурины: аденозин, аденозинтрифосфат (АТФ).
6. Липиды и газы: оксид азота, каннабиноиды.
Выявляя нейромедиаторы
Выявить нейротрансмиттеры может быть довольно сложно. Хотя ученые и обнаружили, что нейромедиаторы содержатся в везикулах (мембранных пузырьках), на самом деле выяснить, что за химические вещества хранятся в этих пузырьках, не так-то просто. Поэтому нейробиологи сформулировали целый ряд характеристик, по которым можно определить, является ли вещество в везикуле нейромедиатором:
- оно должно быть произведено внутри нейрона;
- в нейроне должны присутствовать проферменты;
- также в нём должно быть достаточное количество этого вещества для того, чтобы оказать воздействие на постсинаптический нейрон (тот, которому передаётся импульс);
- это вещество должно быть выработано пресинаптическим нейроном, а постсинаптический должен обладать рецепторами, с которыми оно могло бы связаться;
- должен существовать механизм обратного захвата или фермент, который прекращает действие вещества.
Выделение нейромедиаторов пресинаптическими окончаниями нейронов напоминает секрецию эндокринных желёз, выделяющих в кровь свои гормоны. Но гормоны обычно действуют на клетки, находящиеся на удалении от самой железы, тогда как мишенями для нейротрансмиттеров являются лишь постсинаптические нейроны. Поэтому у любого медиатора очень короткий путь до цели, а его действие оказывается быстрым и точным. Точности способствует наличие активных зон – специализированных областей пресинаптической мембраны, где обычно происходит выделение нейротрансмиттера. Если же медиатор выделяется через неспецифические участки мембраны, то точность его действия уменьшается, а само действие замедляется. Такая картина наблюдается, например, в синапсах, образованных между нейронами вегетативной нервной системы и гладкими мышцами.
Но иногда действие медиатора не ограничено только соседней клеткой, и в таких случаях он действует как модулятор с достаточно широким спектром деятельности. А отдельные нейроны выделяют свой продукт в кровь, и тогда он действует уже как нейрогормон. Несмотря на то, что по своей химической природе многие нейромедиаторы существенно отличаются, результат их влияния на постсинаптическую клетку (т.е. возбуждение или торможение) определяется не химической структурой, а типом ионных каналов, которыми медиатор управляет с помощью постсинаптических рецепторов.
Существует несколько критериев, по которым то или иное вещество можно определить как нейромедиатор:
1. Синтез этого вещества происходит в нервных клетках.
2. Синтезированные вещества накапливаются в пресинаптических окончаниях, а после выделения оттуда оказывают специфическое действие на постсинаптический нейрон или эффектор.
3. При искусственном введении этого вещества обнаруживается такой же эффект, как и после выделении его естественным способом.
4. Существует специфический механизм удаления медиатора с места его действия.
Некоторые исследователи считают, что ток кальция в пресинаптическое окончание, приводящий к выделению медиатора, тоже следует рассматривать в качестве одного из критериев, по которым определяют принадлежность вещества к нейромедиаторам. И ещё одним доказательством можно считать возможность блокировать эффект предполагаемого медиатора специально подобранными фармакологическими веществами. Далеко не всегда удаётся экспериментально подтвердить существование сразу всех этих критериев.
В зависимости от химической структуры различают низкомолекулярные и пептидные нейротрансмиттеры (Рис. 6.1).
К низкомолекулярным медиаторам относятся ацетилхолин, биогенные амины, гистамин, аминокислоты и их производные. В списке медиаторов белковой природы значится свыше 50 коротких пептидов. Нейроны, выделяющие определённый медиатор, а также синапсы, в которых он используется и постсинаптические рецепторы для него принято называть …-эргическими, где вместо многоточия ставится название конкретного медиатора: например, ГАМК-эргические нейроны, адренэргические синапсы, холинорецепторы, пептидэргические структуры и т.п.
Вещества, оказывающие на постсинаптические рецепторы такое же действие, как и сам медиатор, называют агонистами, а вещества, связывающиеся с постсинаптическими рецепторами и блокирующие их без присущего медиатору действия, – антагонистами. Эти термины обычно применяются для характеристики каких-либо фармакологических веществ: так, например, введение агонистов приводит к обычной для медиатора или даже усиленной деятельности синапса, а введение антагониста блокирует синапс так, что медиатор не может вызвать привычный для него эффект.
6.2. Синтез нейромедиаторов
Для каждого нейротрансмиттера существуют свои механизмы синтеза. Ацетилхолин, например, образуется с помощью фермента ацетилтрансферазы из ацетилкоэнзима А, встречающегося только в нервных клетках, и холина, захваченного нейроном из крови. Биогенные амины синтезируются из аминокислоты тирозина в следующем порядке: тирозин Þ L-ДОФА (диоксифенилаланин) Þ дофамин Þ норадреналин Þ адреналин, причём каждое преобразование обеспечивается специфическим ферментом. Серотонин получается при ферментативном окислении и декарбоксилировании аминокислоты триптофана.
ГАМК появляется при декарбоксилировании глутаминовой кислоты, а глицин и глутамат представляют собой две из двадцати имеющихся в организме аминокислот, однако, несмотря на их существование почти во всех клетках, в качестве медиаторов эти аминокислоты используются отнюдь не всеми нейронами. Следует различать встречающиеся в самых разных клетках чисто метаболические глицин или глутамат от сберегаемых в синаптических пузырьках – лишь в последнем случае аминокислоты применяются в качестве медиаторов.
Ферменты для синтеза низкомолекулярных нейротрансмиттеров находятся, как правило, в цитоплазме, а синтез происходит на свободных полисомах. Образовавшиеся молекулы медиатора упаковываются в синаптические пузырьки и медленным аксоплазматическим транспортом доставляются в окончание аксона. Но и в самом окончании может происходить синтез низкомолекулярных медиаторов.
Пептидные нейротрансмиттеры образуются только в клеточном теле из молекул белка-предшественника. Их синтез происходит в эндоплазматическом ретикулуме, дальнейшие преобразования – в аппарате Гольджи. Оттуда молекулы медиатора в секреторных пузырьках попадают в нервное окончание с помощью быстрого аксонального транспорта. В синтезе пептидных медиаторов участвуют ферменты – серинпротеазы. Пептиды могут выполнять роль как возбуждающих, так и тормозных медиаторов. Некоторые из них, как, например, гастрин, секретин, ангиотензин, вазопрессин и т.п. раньше были известны как гормоны, действующие вне мозга (в желудочно-кишечном тракте, почках). Однако, если они действуют непосредственно в месте своего выделения, их тоже рассматривают в качестве нейротрансмиттеров.
Для того, чтобы молекулы медиатора попали в синаптическую щель, синаптический пузырёк должен сначала слиться с пресинаптической мембраной в её активной зоне. После этого в пресинаптической мембране образуется увеличивающееся примерно до 50 нм в диаметре отверстие, через которое всё содержимое пузырька опорожняется в щель (Рис. 6.2). Этот процесс называется экзоцитозом. Когда необходимости в выделении медиатора нет, большая часть синаптических пузырьков бывает прикреплена к цитоскелету специальным белком (он называется синапсин), который по своим свойствам напоминает сократительный мышечный белок актин.
Когда нейрон возбуждается и потенциал действия достигает пресинаптического окончания, в нём открываются потенциалзависимые каналы для ионов кальция. Их плотность особенно высока в области активных зон – около 1500/ мкм2. В большинстве нейронов ток ионов кальция в нервное окончание наблюдается и при мембранном потенциале покоя, что обусловлено электрохимическим градиентом. Но во время деполяризации мембраны ток кальция увеличивается, а на вершине пика потенциала действия он становится максимальным и приблизительно через 0,2 мс после этого происходит выделение медиатора.
Роль ионов кальция состоит в том, чтобы преобразовать вызванную возбуждением нейрона деполяризацию в неэлектрическую активность – выделение медиатора. Без входящего тока ионов кальция нейрон фактически лишается своей выходной активности. Кальций нужен для взаимодействия белков мембраны синаптических пузырьков – синаптотагмина и синаптобревина с белками плазматической мембраны аксона – синтаксином и неурексином. В результате взаимодействия этих белков синаптические пузырьки перемещаются к активным зонам и прикрепляются к плазматической мембране. Только после этого начинается экзоцитоз (Рис. 6.3).
Некоторые нейротоксины, например ботулинический, повреждают синаптобревин, что препятствует выделению медиатора – о тяжелых последствиях ботулизма уже говорилось в предыдущей главе. Ещё один нейротоксин – яд пауков рода Latrodectus связывает другой белок -неурексин, что приводит к быстрому опустошению пузырьков с медиатором. После укуса каракурта, одного из представителей этого рода пауков, у человека немеют ноги, его мучает удушье, мышцы живота становятся твёрдыми, как доска, возникает нестерпимая боль в животе и груди, наступает сильное психическое возбуждение, страх смерти, а иногда и сама смерть. Американский родственник каракурта – чёрная вдова (black widow) пользуется тем же ядом, что и каракурт, уступая, впрочем, каракурту в убойной силе.
Небольшое количество медиатора выделяется и без возбуждения нейрона, происходит это малыми порциями – квантами, что было впервые обнаружено в нервно-мышечном синапсе. В результате выделения одного кванта на мембране концевой пластинки возникает миниатюрный подпороговый потенциал величиной около 0,5 – 1 мВ. Выяснено, что для такой деполяризации концевой пластинки в ней надо открыть минимум 2000 каналов, а чтобы открыть столько каналов, необходимо приблизительно 5000 молекул ацетилхолина, следовательно квант представляет собой порцию медиатора, содержащуюся всего лишь в одном синаптическом пузырьке. Для возникновения нормального потенциала концевой пластинки требуется освободить около 150 квантов медиатора, но за очень короткое время – не более 2 мс.
В большинстве синапсов центральной нервной системы после вхождения ионов кальция в пресинаптическое окончание выделяется от 1 до 10 квантов медиатора, поэтому одиночные потенциалы действия практически всегда оказываются подпороговыми. Количество выделяемого медиатора увеличивается, когда к пресинаптическому окончанию поступает серия высокочастотных потенциалов действия. В этом случае растёт и амплитуда постсинаптического потенциала, т.е. происходит временная суммация.
После высокочастотной стимуляции пресинаптического окончания наблюдается повышение эффективности синаптической передачи в течение нескольких минут, а у отдельных нейронов ещё дольше – до часа, когда в ответ на одиночный потенциал действия медитора выделяется больше, чем обычно. Это явление получило название посттетанической потенциации. Объясняется оно тем, что при высокочастотной или тетанической стимуляции растёт концентрация свободного кальция в нервном окончании и им насыщаются буферные системы, прежде всего эндоплазматический ретикулум и митохондрии. В связи с этим активируется специализированный фермент: кальций-кальмодулин-зависимая протеинкиназа. Этот фермент вызывает повышенное отхождение синаптических пузырьков от цитоскелета. Освободившиеся синаптические пузырьки направляются к пресинаптической мембране и сливаются с ней, после этого происходит экзоцитоз.
Повышение эффективности синаптической передачи является одним из механизмов образования памяти, а накопление ионов кальция в пресинаптическом окончании можно рассматривать как один из способов хранения информации о предшествующей высокой активности нейрона.
Представление о рецепторах сформулировал ещё в конце XIX века знаменитый германский учёный Пауль Эрлих (Erlich P.): " Химические субстанции влияют только на те элементы ткани, с которыми они могут связаться. Эта связь должна быть специфичной, т.е. химические группы должны соответствовать друг другу, как ключ и замок". Постсинаптические рецепторы представляют собой трансмембранные белки, у которых наружная часть узнаёт и связывает молекулы медиатора. Вместе с тем, их можно рассматривать ещё и как эффекторы, управляющие открытием и закрытием хемозависимых ионных каналов. Есть два принципиально отличающихся способа управления каналами: ионотропный и метаботропный.
При ионотропном управлении рецептор и канал представляют собой единую макромолекулу. Если к рецептору присоединяется медиатор, то конформация всей молекулы изменяется так, что в центре канала образуется пора и через неё проходят ионы. При метаботропном управлении рецепторы не связаны с каналом напрямую и поэтому присоединение медиатора и открытие канала разделены несколькими промежуточными этапами, в которых участвуют вторичные посредники. Первичным посредником является сам медиатор, который при метаботропном управлении присоединяется к рецептору, действующему на несколько молекул G-белка, который представляет собой длинную извитую аминокислотную цепь, пронизывающие клеточную мембрану семью своими петлями. Известно около дюжины разновидностей G-белков, все они связаны с нуклеотидом гуанозинтрифосфатом (ГТФ). Присоединение нейротрансмиттера к рецептору вызывает сразу в нескольких связанных с ним молекулах G-белка, превращение бедного энергией предшественника – гуанозиндифосфата (ГДФ) в ГТФ.
Такого рода преобразования, обусловленные присоединением остатка фосфорной кислоты, называются фосфорилированием. Вновь образующаяся связь богата энергией, поэтому молекулы G-белка, в которых произошло превращение ГДФ в ГТФ, становятся активированными (Рис. 6.4). Активация белковых молекул может проявляться в изменении их конформации, а у ферментов она обнаруживается в повышении сродства к субстрату, на который действует фермент.
Приобретённая активность у G-белков направлена на стимуляцию или подавление активности (в зависимости от типа G-белка) некоторых ферментов (аденилатциклазы, гуанилатциклазы, фосфолипаз А 2 и С), которые в случае активации вызывают образование вторичных посредников. Конкретный ход дальнейших событий зависит от типа преобразующего сигнал белка. В случае прямого управления ионными каналами активированная молекула G-белка перемещается по внутренней поверхности мембраны к ближайшему ионному каналу и присоединяется к нему, что приводит к открытию этого канала. При непрямом управлении активированный G-белок использует одну из систем вторичных посредников, которые либо управляют ионными каналами, либо изменяют характер метаболизма – обменных процессов в клетке, либо вызывают экспрессию определённых генов, за которой следует синтез новых белков, что, в конечном счёте, тоже приводит к изменению характера обменных процессов. Из вторичных посредников лучше всего изучен циклический аденозинмонофосфат (цАМФ), образование которого осуществляется в несколько этапов (Рис. 6.5).
Активированный G-белок действует на интегральный белок клеточной мембраны – аденилатциклазу, которая является ферментом. Активированная аденилатциклаза вызывает превращение молекул аденозинтрифосфата (АТФ) в циклический аденозинмонофосфат (цАМФ), причём одна молекула аденилатциклазы вызывает образование множества молекул цАМФ. Молекулы цАМФ могут свободно диффундировать в цитоплазме, становясь, таким образом, переносчиками полученного сигнала внутри клетки. Там они находят ферменты – цАМФ-зависимые протеинкиназы и активирует их. Протеинкиназы стимулируют определённые биохимические реакции – характер обменных процессов направленно изменяется.
Следует обратить внимание на усиление слабого синаптического сигнала при такой последовательности событий. Присоединение одной молекулы нейротрансмиттера к рецептору сопровождается активацией нескольких молекул G-белков. Каждая молекула G-белка может активировать несколько молекул аденилатциклазы. Каждая молекула аденилатциклазы вызывает образование множества молекул цАМФ. По такому же принципу, но с участием других типов G-белка активируются другие системы известных вторичных посредников (Рис. 6.6).
Некоторые вторичные посредники могут диффундировать через мембрану клетки и оказывать действие на соседние нейроны, в том числе и на пресинаптический (Рис. 6.7).
Таким, образом, ионотропное управление является непосредственным: лишь только медиатор присоединится к рецептору – открывается ионный канал, причём всё происходит очень быстро, в течение тысячных долей секунды. При метаботропном управлении ответ на присоединение медиатора непрямой, он требует участия преобразующих белков и включает активацию вторичных посредников, а поэтому и появляется значительно позже, чем ионотропный: спустя секунды, а иногда и минуты. Зато при метаботропном управлении обусловленные действием медиатора изменения сохраняются дольше, чем при ионотропном управлении. Ионотропным управлением чаще пользуются низкомолекулярные медиаторы, а нейропептиды чаще активируют системы вторичных посредников, однако эти различия не абсолютны. К ионотропным рецепторам относятся Н-холинорецепторы, один тип рецепторов для ГАМК, два типа рецепторов для глутамата, рецепторы глицина и серотонина. К метаботропным принадлежат рецепторы нейропептидов, М-холинорецепторы, альфа- и бета-адренорецепторы, по одному типу рецепторов для ГАМК, глутамата и серотонина, а также обонятельные рецепторы.
Ещё один вид рецепторов находится не на постсинаптической, а на пресинаптической мембране – это ауторецепторы. Они связаны с G-белком пресинаптической мембраны, их функция состоит в регуляции количества молекул медиатора в синаптической щели. Одни ауторецепторы связываются с медиатором, если его концентрация становится чрезмерной, другие – если недостаточной. После этого меняется интенсивность выделения медиатора из пресинаптического окончания: уменьшается в первом случае и увеличивается – во втором. Ауторецепторы являются важным звеном обратной связи, с помощью которой регулируется стабильность синаптической передачи.
6.5. Удаление медиаторов из синаптической щели
К судьбе выполнившего свою роль в передаче сигнала медиатора применима поговорка: мавр сделал своё дело – мавр должен уйти. Если медиатор останется на постсинаптической мембране, то он помешает передаче новых сигналов. Существует несколько механизмов для устранения использованных молекул медиатора: диффузия, ферментативное расщепление и повторное использование.
Путём диффузии из синаптической щели всегда уходит какая-то часть молекул медиатора, а в некоторых синапсах этот механизм является основным. Ферментативное расщепление представляет собой главный способ удаления ацетилхолина в нервно-мышечном синапсе: этим занимается холинэстераза, прикреплённая по краям складок концевой пластинки. Образующиеся при этом ацетат и холин специальным механизмом захвата возвращаются в пресинаптическое окончание.
Известны два фермента, расщепляющие биогенные амины: моноаминооксидаза (МАО) и катехол-о-метилтрансфераза (КОМТ). Расщепление нейротрансмиттеров белковой природы может происходить под действием внеклеточных пептидаз, хотя обычно такие медиаторы исчезают из синапса медленнее, чем низкомолекулярные, и нередко покидают синапс путём диффузии.
Повторное использование медиаторов основано на специфических для разных нейротрансмиттеров механизмах захвата их молекул как самими нейронами, так и клетками глии, в этом процессе участвуют особые транспортные молекулы. Специфические механизмы повторного использования известны для норадреналина, дофамина, серотонина, глутамата, ГАМК, глицина и холина (но не ацетилхолина). Некоторые психофармакологические вещества блокируют повторное использование медиатора (например, биогенных аминов или ГАМК) и, тем самым, продлевают их действие.
6.6. Отдельные медиаторные системы
Химическая структура важнейших нейромедиаторов представлена на рисунке 6.1.
6.6.1. Ацетилхолин
Образуется с помощью фермента ацетилтрансферазы из ацетилкоэнзима А и холина, который нейроны не синтезируют, а захватывают из синаптической щели или из крови. Это единственный медиатор всех мотонейронов спинного мозга и вегетативных ганглиев, в этих синапсах его действие опосредовано Н-холинорецепторами, а управление каналами прямое, ионотропное. Ацетилхолин выделяется также постганглионарными окончаниями парасимпатического отдела вегетативной нервной системы: здесь он связывается с М-холинорецепторами, т.е. действует метаботропно. В головном мозгу его используют в качестве нейротрансмиттера многочисленные пирамидные клетки коры, действующие на базальные ганглии, например, в хвостатом ядре выделяется примерно 40% от общего количества образующегося в мозгу ацетилхолина. С помощью ацетилхолина миндалины мозга возбуждают клетки коры больших полушарий.
М-холинорецепторы обнаружены во всех отделах мозга (кора, структуры лимбической системы, таламус, ствол), их особенно много в ретикулярной формации. С помощью холинэргических волокон средний мозг связан с другими нейронами верхних отделов ствола, зрительными буграми и корой. Возможно активация именно этих путей обязательна для перехода от сна к бодрствованию, во всяком случае характерные изменения электроэнцефалограммы после приёма ингибиторов холинэстеразы подтверждают такую версию.
При прогрессирующем слабоумии, известном как болезнь Альцгеймера, выявлено снижение активности ацетилтрансферазы в нейронах ядер Мейнерта, расположенных в базальном отделе переднего мозга, непосредственно под полосатым телом. В связи с этим нарушается холинэргическая передача, что рассматривается как важное звено в развитии болезни.
Антагонисты ацетилхолина, как показано в экспериментах на животных, затрудняют образование условных рефлексов и снижают эффективность умственной деятельности. Ингибиторы холинэстеразы приводят к накоплению ацетилхолина, что сопровождается улучшением кратковременной памяти, ускоренным образованием условных рефлексов и лучшим сохранением следов памяти.
Достаточно популярно представление о том, что холинэргические системы мозга крайне необходимы для осуществления его интеллектуальной деятельности и для обеспечения информационного компонента эмоций.
6.6.2. Биогенные амины
Как уже говорилось, биогенные амины синтезируются из тирозина, причём каждый этап синтеза контролирует специальный фермент. Если в клетке есть полный набор таких ферментов, то она будет выделять адреналин и в меньшем количестве его предшественники – норадреналин и дофамин. Например, т.н. хромаффинные клетки мозгового вещества надпочечников выделяют адреналин (80% секреции), норадреналин (18%) и дофамин (2%). Если нет фермента для образования адреналина, то клетка может выделять только норадреналин и дофамин, а если нет и фермента, требующегося для синтеза норадреналина, то единственным выделяемым медиатором будет дофамин, предшественник которого – L-ДОФА в качестве медиатора не используется.
Дофамин, норадреналин и адреналин часто объединяют термином катехоламины. Они управляют метаботропными адренорецепторами, которые есть не только в нервной, но и в других тканях организма. Адренорецепторы подразделяются на альфа -1 и альфа-2, бета-1 и бета-2: физиологические эффекты, вызванные присоединением катехоламинов к разным рецепторам, существенно отличаются. Соотношение разных рецепторов неодинаково у разных клеток-эффекторов. Наряду с адренорецепторами, общими для всех катехоламинов, существуют специфические рецепторы для дофамина, которые обнаружены в центральной нервной системе и в других тканях, например, в гладких мышцах кровеносных сосудов и в сердечной мышце.
Адреналин является главным гормоном мозгового вещества надпочечников, к нему особенно чувствительны бета-рецепторы. Есть сведения и об использовании адреналина некоторыми клетками мозга в качестве медиатора. Норадреналин выделяют постганглионарные нейроны симпатического отдела вегетативной нервной системы, а в центральной нервной системе – отдельные нейроны спинного мозга, мозжечка и коры больших полушарий. Самое большое скопление норадренэргических нейронов представляют собой голубые пятна – ядра мозгового ствола.
Считается, что с активностью этих норадренэргических нейронов связано наступление фазы парадоксального сна, однако только этим их функция не ограничивается. Ростральнее голубых пятен также есть норадренэргические нейроны, чрезмерная активность которых играет ведущую роль в развитии т.н. синдрома паники, сопровождающегося чувством непреодолимого ужаса.
Дофамин синтезируют нейроны среднего мозга и диэнцефальной области, которые образуют три дофаминэргические системы мозга. Это, во-первых, нигростриатная система: она представлена нейронами чёрной субстанции среднего мозга, аксоны которых заканчиваются в хвостатых ядрах и скорлупе. Во-вторых, это мезолимбическая система, сформированная нейронами вентральной покрышки моста, их аксоны иннервируют перегородку, миндалины, часть лобной коры, т.е. структуры лимбической системы мозга. И, в третьих, мезокортикальная система: её нейроны в среднем мозгу, а их аксоны оканчиваются в передней части поясной извилины, глубоких слоях фронтальной коры, энторинальной и пириформной (грушевидной) коре. Наивысшая концентрация дофамина обнаружена в лобной коре.
Дофаминэргические структуры играют видную роль в формировании мотиваций и эмоций, в механизмах удержания внимания и отборе наиболее значимых сигналов, поступающих в центральную нервную систему с периферии. Дегенерация нейронов чёрной субстанции приводит к комплексу двигательных расстройств, который известен как болезнь Паркинсона. Для лечения этой болезни используют предшественник дофамина – L-ДОФА, способный, в отличие от самого дофамина, преодолевать гематоэнцефалический барьер. В некоторых случаях предпринимаются попытки лечить болезнь Паркинсона введением ткани мозгового вещества надпочечников плода в желудочек мозга. Введённые клетки могут сохраняться до года и при этом вырабатывать значительное количество дофамина.
При шизофрении обнаруживается повышенная активность мезолимбической и мезокортикальной систем, что многими рассматривается как один из главных механизмов поражения мозга. В противоположность этому при т.н. большой депрессии приходится применять средства, повышающие концентрацию катехоламинов в синапсах центральной нервной системы. Антидепрессанты помогают многим больным, но, к сожалению, не способны сделать счастливыми здоровых людей, просто переживающих несчастливое время своей жизни.
6.6.3. Серотонин
Этот низкомолекулярный нейромедиатор образуется из аминокислоты триптофана с помощью двух, участвующих в синтезе ферментов. Значительные скопления серотонинэргических нейронов находятся в ядрах шва – тонкой полосе вдоль средней линии каудальной ретикулярной формации. Функция этих нейронов связана с регуляцией уровня внимания и регуляцией цикла сна и бодрствования. Серотонинэргические нейроны взаимодействуют с холинэргическими структурами покрышки моста и норадренэргическими нейронами голубого пятна. Одним из блокаторов серотонинэргических рецепторов является ЛСД, следствием приёма этого психотропного вещества становится беспрепятственный пропуск в сознание таких сенсорных сигналов, которые в норме задерживаются.
6.6.4. Гистамин
Это вещество из группы биогенных аминов синтезируется из аминокислоты гистидина и в самых больших количествах содержится в тучных клетках и базофильных гранулоцитах крови: там гистамин участвует в регуляции различных процессов, в том числе в формировании аллергических реакций немедленного типа. У беспозвоночных это достаточно распространённый медиатор, у человека он используется как нейротрансмиттер в гипоталамусе, где участвует в регуляции эндокринных функций.
6.6.5. Глутамат
Наиболее распространённый возбуждающий нейротрансмиттер головного мозга. Он выделяется аксонами большинства чувствительных нейронов, пирамидными клетками зрительной коры, нейронами ассоциативной коры, образующими проекции на полосатое тело.
Рецепторы для этого медиатора подразделяются на ионотропные и метаботропные. Ионотропные рецепторы глутамата разделяются на два типа, в зависимости от своих агонистов и антагонистов: НМДА (Н-метил-Д-аспартат) и не-НМДА. НМДА рецепторы связаны с катионными каналами, через которые возможен ток ионов натрия, калия и кальция, а каналы не-НМДА рецепторов не пропускают ионы кальция. Входящий через каналы НМДА рецепторов кальций активирует каскад реакций кальций-зависимых вторичных посредников. Считается, что этот механизм играет очень важную роль для формирования следов памяти. Связанные с рецепторами НМДА каналы открываются медленно и только при наличии глицина: они блокируются ионами магния и наркотическим галлюциногеном фенциклидином (который в англоязычной литературе называют "angel dust" – пыльный ангел).
С активацией НМДА рецепторов в гиппокампе связано возникновение очень интересного феномена – долговременной потенциации, особой формы активности нейронов, необходимой для формирования долговременной памяти (См. главу 17). Интересно отметить и тот факт, что чрезмерно высокая концентрация глутамата токсична для нейронов – с этим обстоятельством приходится считаться при некоторых поражениях мозга (кровоизлияния, эпилептические приступы, дегенеративные заболевания, например, хорея Гентингтона).
6.6.6. ГАМК и глицин
Два аминокислотных нейротранмиттера являются важнейшими тормозными медиаторами. Глицин тормозит деятельность интернейронов и мотонейронов спинного мозга. Высокая концентрация ГАМК обнаружена в сером веществе коры мозга, особенно в лобных долях, в подкорковых ядрах (хвостатое ядро и бледный шар), в таламусе, гиппокампе, гипоталамусе, ретикулярной формации. В качестве тормозного медиатора ГАМК используют некоторые нейроны спинного мозга, обонятельного тракта, сетчатки глаза, мозжечка.
Ряд производных от ГАМК соединений (пирацетам, аминолон, оксибутират натрия или ГОМК – гамма-оксимасляная кислота) стимулируют созревание структур мозга и образование стойких связей между популяциями нейронов. Это способствует формированию памяти, что послужило поводом к использованию названных соединений в клинической практике для ускорения восстановительных процессов после различных поражений мозга.
Предполагают, что психотропная активность ГАМК определяется её избирательным влиянием на интегративные функции мозга, которое состоит в оптимизации баланса активности взаимодействующих структур мозга. Так, например, при состояниях страха, фобиях больным помогают специальные антистраховые препараты – бензодиазепины, действие которых состоит в повышении чувствительности ГАМК-эргических рецепторов.
6.6.7. Нейропептиды
В настоящее время около 50 пептидов рассматриваются в качестве возможных нейротрансмиттеров, некоторые из них были известны прежде как нейрогормоны, выделяющиеся нейронами, но действующие вне мозга: вазопрессин, окситоцин. Другие нейропептиды были изучены впервые в качестве местных гормонов пищеварительного тракта, например, гастрин, холецистокинин и т.д., а также гормонов, образующихся в других тканях: ангиотензин, брадикинин и т.д.
Их существование в прежнем качестве по-прежнему не подвергается сомнению, но когда удаётся установить, что тот или иной пептид выделяется нервным окончанием и действует на соседний нейрон, его по справедливости относят и к нейротрансмиттерам. В мозгу значительное количество нейропептидов используется в гипоталамо-гипофизарной системе, хотя не менее хорошо известна, например, функция пептидов в передаче болевой чувствительности в задних рогах спинного мозга.
Все пептиды происходят из больших молекул-предшественниц, которые синтезируются в клеточном теле, изменяются в цитоплазматическом ретикулуме, преобразуются в аппарате Гольджи и доставляются в нервное окончание быстрым аксонным транспортом в секреторных пузырьках. Нейропептиды могут действовать как возбуждающие и как тормозные медиаторы. Часто они ведут себя как нейромодуляторы, т.е. не сами передают сигнал, а в зависимости от необходимости увеличивают или уменьшают чувствительность отдельных нейронов или их популяций к действию возбуждающих или тормозных нейротрансмиттеров.
По одинаковым участкам аминокислотной цепи можно обнаружить сходство между отдельными нейропептидами. Так, например, все эндогенные опиатные пептиды на одном конце цепи имеют одинаковую последовательность аминокислот: тирозин-глицин-глицин-фенилаланин. Именно этот участок является активным центром молекулы пептида. Нередко обнаружение подобного сходства между отдельными пептидами указывает на их генетическое родство. В соответствии с таким родством выделено несколько главных семейств нейроактивных пептидов:
1.Опиатные пептиды: лейцин-энкефалин, метионин-энкефалин, альфа-эндорфин, гамма-эндорфин, бета-эндорфин, дайнорфин, альфа-неоэндорфин.
2. Пептиды нейрогипофиза: вазопрессин, окситоцин, нейрофизин.
3. Тахикинины: вещество Р, бомбезин, физалемин, кассинин, уперолеин, эледоизин, вещество К.
4. Секретины: секретин, глюкагон, ВИП (вазоактивный интестинальный пептид), рилизинг-фактор соматотропина.
5. Инсулины: инсулин, инсулиноподобные ростковые факторы I и II.
6. Соматостатины: соматостатин, полипептид поджелудочной железы.
7. Гастрины: гастрин, холецистокинин.
Некоторые нейроны могут одновременно выделять пептидный и низкомолекулярный медиаторы, например, ацетилхолин и ВИП, причём оба действуют на одну и ту же мишень как синергисты. Но может быть и по-другому, как, например, в гипоталамусе, где выделяемые одним нейроном глутамат и дайнорфин действуют на одну постсинаптическую мишень, но глутамат возбуждает, а опиоидный пептид – ингибирует. Скорее всего пептиды в таких случаях действуют как нейромодуляторы. Иногда вместе с нейротрансмиттером выделяется ещё и АТФ, которая в некоторых синапсах тоже рассматривается в качестве медиатора, если, конечно, удаётся доказать наличие рецепторов для неё на постсинаптической мембране.
6.7. Опиатные пептиды
Семейство опиатных пептидов насчитывает свыше десятка веществ, молекулы которых включают от 5 до 31 аминокислот. У этих веществ есть общие биохимические особенности, хотя пути их синтеза могут отличаться. Например, синтез бета-эндорфина связан с образованием адренокортикотропного гормона (АКТГ) из общей крупной молекулы белка-предшественника – проопиомеланокортина, тогда как энкефалины образуются из другого предшественника, а дайнорфин – из третьего.
Поиск опиатных пептидов начался после обнаружения в мозгу опиатных рецепторов, связывающих алкалоиды опиума (морфин, героин и т.п.). Поскольку трудно представить появление таких рецепторов для связывания лишь посторонних веществ, их начали искать внутри организма. В 1975 году в журнале "Nature" появилось сообщение об открытии двух малых пептидов, которые состояли из пяти аминокислот, связывались с опиатными рецепторами и действовали сильнее, чем морфин. Авторы этого сообщения (Hughes J., Smith T.W., Kosterlitz H.W. и др.) назвали обнаруженные вещества энкефалинами (т.е. в голове). Через короткое время из гипоталамо-гипофизарного экстракта выделили ещё три пептида, которые назвали эндорфинами, т.е. эндогенными морфинами, затем был обнаружен дайнорфин и т.д.
Все опиатные пептиды иногда называют эндорфинами. Они связываются с опиатными рецепторами лучше, чем морфин, и действуют в 20-700 раз сильнее его. Описано пять функциональных типов опиатных рецепторов, вместе с самими пептидами они образуют весьма сложную систему. Присоединение пептида к рецептору приводит к образованию вторичных посредников, относящихся к системе цАМФ.
Самое высокое содержание опиоидных пептидов обнаружено в гипофизе, однако синтезируются они преимущественно в гипоталамусе. Значительное количество бета-эндорфина встречается в лимбической системе мозга, обнаруживается он и в крови. Концентрация энкефалинов особенно высока в задних рогах спинного мозга, где происходит передача сигналов от болевых окончаний: там энкефалины уменьшают выделение вещества Р – медиатора передачи информации о боли.
У экспериментальных животных можно вызвать обезболивание путём микроинъекции бета-эндорфина в желудочек мозга. Другой способ обезболивания состоит в электростимуляции нейронов, расположенных вокруг желудочка: при этом повышается концентрация эндорфинов и энкефалинов в ликворе. К такому же результату, т.е. к обезболиванию, приводило и введение b-эндорфинов, и стимуляция перивентрикулярной (околожелудочковой) области у онкологических больных. Интересно, что уровень опиатных пептидов повышается в ликворе и при обезболивании с помощью акупунктуры, и при эффекте плацебо (когда больной принимает лекарство, не зная, что в нём нет активного действующего начала).
Помимо аналгезирующего, т.е. обезболивающего действия опиоидные пептиды влияют на образование долговременной памяти, процесс научения, регулируют аппетит, половые функции и сексуальное поведение, они являются важным звеном стресс-реакции и процесса адаптации, они обеспечивают связь между нервной, эндокринной и иммунной системами (опиатные рецепторы обнаружены у лимфоцитов и моноцитов крови).
Резюме
В центральной нервной системе для передачи информации между клетками используются как низкомолекулярные, так и пептидные нейротрансмиттеры. Разные популяции нейронов используют различные медиаторы, этот выбор определён генетически и обеспечен определённым набором ферментов, необходимых для синтеза. Для одного и того же медиатора у разных клеток есть различные типы постсинаптических рецепторов, с ионотропным или метаботропным управлением. Метаботропное управление осуществляется при участии преобразующих белков и различных систем вторичных посредников. Некоторые нейроны выделяют одновременно с низкомолекулярным ещё и пептидный медиатор. Отличающиеся выделяемым медиатором нейроны в определённом порядке сосредоточены в разных структурах мозга.
Вопросы для самоконтроля
81. Что из перечисленного ниже не является критерием для отнесения вещества к нейромедиаторам?
А. Синтезируется в нейроне; Б. Накапливается в пресинаптическом окончании; В. Оказывает специфическое действие на эффектор; Г. Выделяется в кровь; Д. При искусственном введении наблюдается эффект, аналогичный тому, что бывает при естественном выделении.
А. Препятствует освобождению медиатора из пресинаптического окончания; Б. Действует подобно медиатору; В. Действует иначе, чем медиатор; Г. Блокирует постсинаптические рецепторы; Д. Не связывается с постсинаптическими рецепторами.
83. Что из перечисленного ниже характерно для пептидных нейротрансмиттеров?
А. Образуются при ферментативном окислении аминокислот; Б. Образуются в результате декарбоксилирования аминокислот; В. Могут синтезироваться в пресинаптическом окончании; Г. Доставляются в пресинаптическое окончание медленным аксоплазматическим транспортом; Д. Образуются в клеточном теле нейрона.
84. Что вызывает ток ионов кальция в пресинаптическое окончание во время передачи информации через синапс?
А. Потенциал действия; Б. Потенциал покоя; В. Экзоцитоз; Г. Связь синаптических пузырьков с цитоскелетом; Д. Возникновение постсинаптического потенциала.
85. Что преобразует возбуждение пресинаптического окончания в неэлектрическую активность (выделение нейромедиатора)?
А. Экзоцитоз; Б. Входящий ток ионов кальция; В. Вход ионов натрия при возбуждении окончания; Г. Выход ионов калия во время реполяризации; Д. Повышение активности ферментов, необходимых для синтеза медиатора.
86. Чем обусловлена посттетаническая потенциация?
А. Суммацией квантов медиатора; Б. Повышением скорости диффузии медиатора; В. Повышением концентрации ионов кальция в пресинаптическом окончании; Г. Повышением активности ферментов для синтеза медиатора; Д. Высокой плотностью каналов для кальция в области активных зон.
87. Какое из перечисленных ниже событий приводит к активации G-белков?
А. Превращение ГДФ в ГТФ; Б. Превращение АТФ в цАМФ; В. Активация аденилатциклазы; Г. Активация протеинкиназы; Д. Образование постсинаптического потенциала.
88. Какое из указанных событий должно произойти раньше других при метаботропном управлении?
А. Образование цАМФ; Б. Активация протеинкиназы; В. Активация аденилатциклазы; Г. Активация G-белка; Д. Открытие ионного канала.
89. Какую функцию выполняют ауторецепторы пресинаптической мембраны?
А. Осуществление обратного транспорта нейротрансмиттеров; Б. Регуляция количества медиатора в синаптической щели; В. Включение механизмов расщепления медиатора; Г. Ионотропное управление каналами пресинаптической мембраны; Д. Связывание медиатора, выделяющегося из постсинаптического нейрона.
90. Какой из указанных механизмов не используется для удаления медиаторов из синаптической щели?
А. Ферментативное расщепление; Б. Захват молекул медиатора клетками глии; В. Захват молекул медиатора постсинаптическим нейроном; Г. Транспорт молекул медиатора в окончание пресинаптического нейрона; Д. диффузия.
91. При прогрессирующем слабоумии (болезни Альцгеймера) нарушен синтез одного из нейромедиаторов. Это:
А. Ацетилхолин; Б. Глутамат; В. Дофамин; Г. Норадреналин; Д. ГАМК.
92. Какой медиатор выделяют нейроны голубого пятна?
А. Дофамин; Б. Глицин; В. Глутамат; Г. Норадреналин; Д. Адреналин.
93. Какой медиатор синтезируется в нейронах чёрной субстанции среднего мозга?
А. Дофамин; Б. Норадреналин; В. Ацетилхолин; Г. b-Эндорфин; Д. Глутамат.
94. В какой из перечисленных ниже структур мозга обнаружена самая высокая концентрация дофамина?
А. Ретикулярная формация; Б. Затылочная кора; В. Лобная кора; Г. Мозжечок; Д. Таламус.
95. Какой медиатор выделяют нейроны ядер шва?
А. Дофамин; Б. Норадреналин; В. Серотонин; Г. Гистамин; Д. Глицин.
96. Какой медиатор действует на НМДА-рецепторы?
А. Ацетилхолин; Б. Глутамат; В. Глицин; Г. Энкефалин; Д. Адреналин.
97. Для ускорения восстановительных процессов и улучшения памяти после повреждений мозга используют производные одного из нейротрансмиттеров. Укажите его.
А. ГАМК; Б. Глицин; В. Ацетилхолин; Г. Глутамат; Д. Дофамин.
98. Какое из перечисленных ниже веществ не является пептидным нейротрансмиттером?
А. Эндорфин; Б. Глицин; В. Вещество Р; Г. Соматостатин; Д. Энкефалин.
99. Какой медиатор синтезируется некоторыми нейронами головного мозга и оказывает влияние на передачу информации о болевых стимулах в спинном мозгу?
А. Эндорфин; Б. Энкефалин; В. Вещество Р. Г. Окситоцин; Д. Вазопрессин.
100. В какой области мозга в качестве медиаторов особенно часто используются пептидные нейротрансмиттеры?
А. Мозжечок; Б. Ретикулярная формация; В. Гипоталамус и гипофиз; Г. Лобная кора; Д. Подкорковые ядра.
Радость, грусть, страх, сомнения, удовольствие - все это мы можем чувствовать в определенные моменты жизни. Но откуда берутся эти эмоции? В древности все считали, что началом всему является сердце или живот.
Но когда люди стали чуть умнее, то поняли, что химические процессы, вызывающие различные чувства, происходят в нашем мозгу. И тело подчиняется не сердцу, а центральной и вегетативной нервной системе.
То, что в мозгу человека находится огромное количество нейронов, люди определили относительно давно. Однако только в 60-е годы нейробиологами было сделано очень важное открытые - нейромедиаторы.
Что такое нейромедиаторы и для чего они нужны?
Клетки мозга нейроны имеют множество отростков, через которые они взаимодействуют друг с другом путем передачи нервных импульсов. Данные синаптические связи крайне многочисленны (в среднем около 10 000 отростков на клетку).
Причем нейроны не соединены вплотную. Между отростками есть маленькая синаптическая щель, через которую проходят нервные импульсы в виде электрических разрядов. Однако позже выяснилось, что простых импульсов для сложных химических реакций недостаточно.
И тут вступают в ход нейромедиаторы. Они образуются в тех самых местах стыка нейронов - синаптических связях. Нейромедиаторы разносят импульсы от нейронов по всей мышечной системе. И каждый из них имеет свою особенность и функцию.
Когда вы чувствуете тоску или находитесь в бодром настроении, то это дело рук медиаторов. Именно они делают нервную клетку веселой или же спокойной.
На сегодняшний день идентифицировано огромное количество нейромедиаторов. Но многие из них все еще предстоит изучить. В нашей статье мы расскажем об основных нейромедиаторах, а также их влиянии на наш организм.
Главные нейромедиаторы: их функции и особенности.
Глутамат
Глутамат - это аминокислота и главный возбуждающий нейромедиатор нервной системы. Из-за него наш мозг работает в возбужденном режиме, как если бы мы выпили сразу несколько чашек кофе. Этот нейромедиатор способствует получению и усвоению новой информации.
Избыток глутамата может вызывать негативные последствия. После внезапных припадков остаточные явления возникают непосредственно из-за высокого скачка глутамата.
ГАМК
ГАМК - аминокислота, которая является главным успокаивающим нейромедиатором ЦНС. Гамма-аминомасляная кислота помогает успокоиться во время тревожных ситуаций, когда уровень глутамата повышен (к примеру, перед сложным собеседованием/экзаменом). Также регулирует метаболизм и улучшает качество сна. О симптомах дефицита ГАМК вы можете прочесть в статье 4 симптома дефицита ГАМК, которые вы можете идентифицировать сами
За открытием нейромедиаторов лежат исследования немца О. Леви, русского А. Ф. Самойлова, и англичанина Г. Дейла. Невероятно, но схема эксперимента, который помог доказать существование нейромедиаторов, О. Леви увидел во сне. В 1936 году за это открытие ученым была присуждена Нобелевская премия.
Адреналин
Адреналин - гормон, который учащает пульс, повышает артериальное давление, ускоряет дыхание и уменьшает сокращения кишечника. Высвобождается во время стрессовых ситуаций, увеличивает вашу силу и выносливость, но при этом временно притупляет интеллектуальные способности. Именно из-за адреналина многие начинающие альпинисты и парашютисты, вспоминая экстренные моменты, говорят, что все произошло очень быстро и «как в тумане».
Норадреналин
Норадреналин похож на адреналин, но оказывает более приятное воздействие. К примеру, после ДТП (когда произошел выброс адреналина) мы чувствуем себя плохо и больше не хотим попадать в такие ситуации.
Однако когда мы успешно спускаемся на лыжах с высокой горы, стоим над обрывом или танцуем на шумной дискотеке, мы также подвергаемся стрессу. При этом нам нравится, и мы хотим еще. Норадреналин - это некая комбинация удовольствия и тревоги.
Дофамин
Дофамин предшествует норадреналину и влияет на организм примерно также. Однако данный нейромедиатор возникает, когда у вас повышена мотивация. К примеру, когда вы долго думаете о том, что завтра купите машину, которую давно хотели, или что скоро день зарплаты, долгожданный отпуск и т.д. Из-за дофамина нас иногда преследуют навязчивые мысли перед сном, которые не дают нам спать.
Серотонин
Серотонин - чуть ли не самый любимый и знаменитый гормон. Он регулирует функции ЖКТ, поддерживает мышцы в тонусе, а также способствует двигательной активности. Но главное - из-за него у нас всегда хорошее настроение.
Пониженный уровень серотонина вводит нас в депрессию и делает эмоционально неустойчивыми. Организм синтезирует этот гормон из глюкозы и триптофана. Эти вещества можно легко получить из сладостей, фруктов и шоколада. Возможно, мы налегаем на данные продукты во время стресса именно из-за недостатка серотонина.
Мелатонин
Мелатонин - гормон, отвечающий за суточные ритмы. Когда мы подвергаемся световому воздействию, то синтез этого нейромедиатора уменьшается. Уровень синтеза мелатонина обычно начинает повышаться с 20:00 часов и доходит до пика в 3:00. Гормон помогает крепко и сладко спать всю ночь. Поэтому с 21:00 старайтесь уменьшить световое воздействие и до 23:00 отойти ко сну.
Мелатонин нормально синтезируется в возрасте 25-30 лет. Далее его выработка уменьшается, что приводит к старению. Также мелатонин влияет на гормональную систему, повышает сексуальную активность, замедляет старение, регулирует менструальный цикл, артериальное давление, пищеварение и работу клеток мозга.
Эндорфины
Эндорфины. Известное название целой совокупности гормонов удовольствия, которые являются естественным наркотиком для организма. Эндорфины участвуют в самых разных процессах: вызывают чувство наслаждения, эйфорию, помогают запоминать информацию и регулируют чувство голода.
Кроме того, эндорфины способствуют снижению боли. В американском исследовании был проведен эксперимент. Беременным женщинам давали слушать их любимую музыку непосредственно за 1-2 недели до родов. В итоге многие из них испытывали гораздо меньшую боль при родах, а некоторые вообще отказывались от обезболивающих препаратов.
Как видно, нейромедиаторы играют невероятную роль в нашей жизни. Они прямо влияют на наше восприятие реальности и регулируют кучу жизненно важных процессов в организме.
Если вы будете знать механизмы вегетативной нервной системы, то вы сможете управлять собственным настроением. Это поможет вам избегать депрессии, мотивировать себя на достижение новых вершин и всегда пребывать в хорошем расположении духа.