WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 |
БИОЛОГ ИЯ БИОЛОГ ИЯ НЕЙРОТРАНСМИТТЕРЫ И ГОЛОВНОЙ МОЗГ В. И. КУЛИНСКИЙ Иркутский государственный медицинский университет ВВЕДЕНИЕ Нейротрансмиттеры (НТ) – это химические передатNEUROTRANSMITTERS чики сигналов между нейронами и от нейронов на эфAND THE BRAIN фекторные (исполнительные) клетки. Именно НТ создают возможность объединения отдельных нейронов V. I. KULINSKY в целостный головной мозг и позволяют ему успешно выполнять все его многообразные и жизненно необхоNeurotransmitters (NTs) are chemical transmitдимые функции.

ters of neuron signals. The plurality of NTs and Нейротрансмиттеры делят на нейромедиаторы – multiformity of their activity enable both an прямые передатчики нервного импульса, дающие integration of separate neurons into entire пусковые эффекты (изменение активности нейрона, brain and the successful realization of all its сокращение мышцы, секрецию железы), и нейромодуvital functions. ляторы – вещества, модифицирующие эффект нейромедиаторов. Соотношение концентраций и активности нейромедиаторов определяет функциональное состояНейротрансмиттеры – химические перение большинства постсинаптических клеток. Нейродатчики сигналов нейронов. Множественмодуляторы обычно действуют более локально – в опность нейротрансмиттеров и многообраределенных зонах мозга.

зие их действия обеспечивают как объединение отдельных нейронов в целостный го- ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НЕЙРОТРАНСМИТТЕРОВ ловной мозг, так и успешное выполнение всех его жизненно необходимых функций.

Большинство НТ синтезируются в нейронах. Затем они транспортируются в особые везикулы (пузырьки) в обмен на накопленные там ионы Н+ (аккумуляция протонов в везикулах осуществляется особой Н+-АТФазой за счет энергии АТФ). Эти везикулы расположены в нервном окончании (рис. 1, А), НТ хранятся в них в очень высоких концентрациях (до 100–500 мМ). Когда распространяющийся по нерву потенциал действия приходит в зону везикул, он открывает потенциалзависимые Са2+-каналы, ионы Са2+ входят в нервные клетки (Б), что приводит к выбросу из них НТ в синапс (В).

Синапс – это щель шириной 10–50 нм между двумя нейронами или нейроном и другой клеткой. Встречаются, но гораздо реже (не у млекопитающих) электрические синапсы шириной всего 2 нм. В головном и спинном мозге нейроны образуют синапсы с большим количеством других нейронов, а в периферической нервной системе – с эффекторными клетками. Первая www.issep.rssi.ru клетка (это всегда нейрон) называется пресинаптической, вторая – постсинаптической. Очевидно, что КУЛИНСКИЙ В.И. НЕЙРОТРАНСМИТТЕРЫ И ГОЛОВНОЙ МОЗГ Кулинский В.И., © БИОЛОГ ИЯ эффекты первых преобладают в состоянии бодрствоваA б ния животных и высокой функциональной активности мозга, вторых – в покое и особенно во время спокойного сна без сновидений. По химической структуре НТ можно разделить на пять классов: 1) аминокислоты, 2) амины и их производные, 3) нейропептиды, 4) нуклеозиды и нуклеотиды, 5) стероиды. Последние два класса пока представлены единичными веществами.

Все НТ диффундируют через синапс и на наружной стороне плазматической мембраны постсинаптичеса кой клетки связываются со своими специфическими рецепторами. Образование НТ-рецепторного комплекса изменяет функциональное состояние клетки. СлеCa2+ Б довательно, эффект НТ не требует его проникновения через мембрану – внутрь клетки поступает не сам НТ, а сигнал, возникающий при связывании НТ с рецептором. Восприятие, преобразование, усиление и передачу сигнала внутрь клетки и затем внутрь ее органелл осуществляют сигнал-трансдукторные системы (СТС).

Рецепторами нейромедиаторов являются регуляторные субъединицы быстрых ионных (Na+- или Сl- -) каналов – это ионотропные рецепторы. Эффекты нейромодуляторов реализуются намного более сложными СТС, включающими рецепторы, ГТФ-зависимые G-белки, мембранные ферменты, Са2+- или К+-каналы, вторые посредники и их белковые рецепторы (чаще всего протеинкиназы) – это метаботропные рецепторы. Разные В механизмы реализации сигналов определяют временные различия: нейромедиаторы действуют за вре мя нервного импульса – миллисекунды (быстрые ответы клеток), модуляторы – за секунды или минуты, такие эффекты называют медленными. Действие НТ в синапсе чаще всего прекращается его быстрой инактивацией путем Na+-зависимого обратного захвата пресинаптическим нейроном или глией (аминокислоты, моноамины) с последующим входом в пресинаптические везикулы в обмен на накопленные там ионы Н+.

Известна также инактивация путем ферментного метаболизма прямо в синапсе (ацетилхолин разрушается Рис. 1. Освобождение нейротрансмиттера (НТ) из везикул и его выход в синапс (по [7]): А – состояние ацетилхолинэстеразой постсинаптической мембраны) покоя, а – везикулы нейротрансмиттера, б – его реили диффузии за пределы синапса (катехоламины).

цепторы; Б – приход в нервное окончание потенциала действия и вызванный им транспорт в нерв ионов НЕЙРОМЕДИАТОРЫ Са2+; В – освобождение НТ из везикул в синапс с последующим взаимодействием с рецепторами постГлавные медиаторы головного мозга – аминокислоты.

синаптической клетки К возбуждающим относятся глутамат и аспартат. При освобождении в синапс (см. рис. 1, В) они через иононейромедиатор образуется и выделяется в синапс претропные рецепторы (регуляторные субъединицы канасинаптическим нейроном; нейромодулятор, вероятно, лов) открывают быстрые натриевые каналы (рис. 2, А).

может образовываться и глией – другим типом клеток Это приводит к быстрому входу в постсинаптический нервной системы, выполняющим защитные, поддернейрон ионов Na+ (в межклеточной жидкости конценживающие и трофические функции; глия может также трация Na+ намного больше, чем внутри клетки). Это участвовать в инактивировании НТ. Различают возбуж- деполяризует плазматическую мембрану (изменяет отдающие и ингибирующие, или тормозящие, НТ (табл. 1), рицательный заряд на ее внутренней поверхности на СОРОСОВСКИЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЖУРНАЛ, ТОМ 7, №6, БИОЛОГ ИЯ Таблица 1. Структура низкомолекулярных нейтротрансмиттеров Основная функция Характер действия возбуждение ингибирование HOOC CH CH2 CH2 COOH NH2 CH2 CH2 CH2 COOH NHГлутамат ГАМК Нейромедиаторы O CH3 C O CH2 CH2 N(CH3)3 H2N CH2 COOH Ацетилхолин Глицин NHN N N N HOH2C O OH OH Аденозин Нейромодуляторы HO CHOH CH2 NHHO CH2 CH2 NHHO HO Норадреналин Дофамин HO CH2CH2NHN H Серотонин положительный) и в результате вызывает возбуждение ных (подкорковых) ганглиев головного мозга, связаннейрона. Возбуждающие аминокислоты необходимы ных с регуляцией двигательной активности и мышечдля всех основных функций головного мозга, включая ного тонуса. Кроме того, в периферической нервной поддерживание его тонуса, бодрствования, психологи- системе ацетилхолин через N-холинорецепторы стической и физической активности, регуляцию поведе- мулирует вегетативные ганглии и вызывает сокращения, обучение, память, восприятие чувствительных и ние скелетных мышц.



болевых импульсов. Но все хорошо в меру. Существуют Главный ингибирующий нейромедиатор головного тяжелые болезни, вызванные слишком большим освомозга – гамма-аминомасляная кислота (ГАМК). Очень бождением глутамата в синапс. Это характерно для интересно, что она образуется из главного возбуждаюэпилепсии. Избыток глутамата в синапсе приводит к щего медиатора глутамата путем его декарбоксилироваперевозбуждению мозга вплоть до развития тяжелого ния. Связывание ГАМК с ионотропными ГАМКА-рецепсудорожного приступа. При ишемии (нарушении кроторами (субъединицами хлоридных каналов) приводит воснабжения) головного мозга в синапс выделяется так к их открытию и быстрому входу в постсинаптический много глутамата, что он вызывает чрезмерное накопленейрон ионов Cl- (рис. 2, б). Эти ионы вызывают гиние ионов Са2+ в постсинаптическом нейроне и его поперполяризацию (увеличение отрицательного заряда вреждение (нейротоксическое действие) – возникает на внутренней стороне плазматической мембраны) и в инсульт (“удар”). Человек может стать инвалидом из-за результате – торможение функций нейрона. Оно столь ухудшения интеллекта, нарушения речи или плохой же необходимо для всех функций головного мозга, как работы конечностей.

и возбуждение. По сути самое главное для мозга – это не концентрация и действие одного медиатора, а баЕще один возбуждающий медиатор – ацетилхолин, ланс возбуждающих и тормозящих регуляторов.

активирующий ионотропные N-холинорецепторы с открытием тех же быстрых натриевых каналов. Через эти Есть лекарства, активирующие ГАМКА-рецепторецепторы ацетилхолин участвует в функциях базаль- ры: барбитураты (фенобарбитал) и бензодиазепины КУЛИНСКИЙ В.И. НЕЙРОТРАНСМИТТЕРЫ И ГОЛОВНОЙ МОЗГ БИОЛОГ ИЯ торов становятся преобладающими, что приводит к суА дорогам.

НЕЙРОМОДУЛЯТОРЫ Na+ Прежде всего к ним относятся все рассмотренные нами нейромедиаторы, но их модулирующие эффекты реалиNa+ зуются не через ионо-, а через метаботропные рецепторы. Ацетилхолин через М-холинорецепторы включает Na+ три разные СТС, что снижает уровень цАМФ (циклического аденозинмонофосфата), открывает К+-каналы и вызывает накопление липидных вторых посредников и затем ионов Са2+. Через М-рецепторы (их в мозге больше, чем N-рецепторов) ацетилхолин стимулирует Б образование условных рефлексов и память. Неудивиб тельно, что при болезни Альцгеймера (основной формы старческого слабоумия) ранняя гибель холинергических нейронов сочетается с ухудшением памяти.

ClЧерез эти же рецепторы ацетилхолин реализует активClCl- ность мотонейронов спинного мозга и регуляцию внуClтренних органов парасимпатическими нервами.

ClГАМК и ее синтетические агонисты через оба типа а своих рецепторов (ГАМКА и ГАМКВ) вызывают один и тот же основной эффект – снижают активность головного мозга. В случае метаботропных ГАМКВ-рецепторов это опосредовано тремя разными G-белокзависиРис. 2. Последствия взаимодействия нейромедимыми СТС: происходит снижение концентрации ионов атора с рецепторами постсинаптической клетки Са2+ (а также цАМФ), что ингибирует освобождение (по [7]): А – открытие возбуждающим медиатором многих НТ; открытие К+-каналов с выходом ионов К+ Na+-каналов постсинаптического нейрона с его деполяризацией и генерацией в нем потенциала дей- из нейрона (концентрация К+ в клетке намного больствия; Б – открытие ингибируюшим медиатором Сl- ше, чем в межклеточной жидкости) приводит к гиперканалов постсинаптического нейрона с его гиперпополяризации нейрона и его торможению.

ляризацией, а – везикулы ГАМК или глицина, б – рецепторы Существует большое количество специализированных нейромодуляторов. В головном мозге из прогесте(диазепам), они обладают успокаивающим (транкви- рона (стероидного гормона желтого тела яичников и лизаторы), снотворным и даже наркотическим дейст- плаценты) образуются активирующие мозг модулявием. Любые нарушения баланса нейромедиаторов мо- торы – нейростероиды. В отличие от большинства гут помешать нормальной работе мозга – вспомним стероидных гормонов они действуют не путем провредное действие избытка глутамата при эпилепсии и никновения в ядро клетки и соединения с ядерными инсульте. Большинство противоэпилептических ле- рецепторами, а в результате активации ГАМКА-рецепкарств так или иначе стимулирует ГАМКергическую торов нейронов. Снижение нейростероидов за две несистему, что восстанавливает баланс возбуждающих и дели до месячных вызывает предменструальный синдтормозящих медиаторов. При попадании в рану возбу- ром с характерной для него раздражительностью, а дителя столбняка он образует токсин, который выклю- большой избыток при беременности прогестерона мочает систему ГАМК. Она не может работать – и тогда жет способствовать уменьшению возбудимости голоактивирующие аминокислоты, не встречая противо- вного мозга.





действия, вызывают перевозбуждение, что приводит к Описанные выше три типа СТС опосредуют дейстпоявлению судорог и смерти.

вие и некоторых других ингибиторных модуляторов, в Аминокислота глицин – основной ингибирующий том числе пока единственного нуклеозидного НТ – нейромедиатор спинного мозга. Он действует по ана- аденозина. Через свои А1-рецепторы он снижает конлогичному механизму, а антагонистом его рецепторов центрацию ионов Са2+ в нейронах, что ингибирует осявляется стрихнин. Отравление последним прекраща- вобождение многих НТ, снижает тонус головного мозга, ет действие глицина, эффекты возбуждающих медиа- способствует утренней вялости, нежеланию вставать и СОРОСОВСКИЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЖУРНАЛ, ТОМ 7, №6, БИОЛОГ ИЯ работать. Когда мы пьем кофе или чай, содержащийся тем в кровь при гневе, ярости, психологической мобив них кофеин блокирует рецепторы аденозина и в ре- лизации; он снижает депрессию (подавленность, тоску, зультате мешает его тормозному действию. Человек мрачную настроенность). Третий КА – адреналин освзбадривается, чувствует прилив сил и энергии. вобождается из мозгового вещества надпочечников при страхе и депрессии. Люди с преимущественным Очень важный класс нейромодуляторов – моноосвобождением норадреналина успешно работают летамины: катехоламины (КА) и индолилалкиламины. КА чиками, разведчиками, монтажниками-высотниками, синтезируются из аминокислоты тирозина, активность хирургами. У людей с преобладанием адреналиновой ключевого фермента синтеза тирозингидроксилазы увереакции при малейшей трудности все валится из рук, личивается системой цАМФ – протеинкиназа А. КА выводит из равновесия. Им легче трудиться в спокойобеспечивают функционирование симпатико-адренаной обстановке – канцелярскими работниками, филоловой системы. Дофамин освобождается в основном в софами, терапевтами.

синапсах базальных ядер головного мозга, норадреналин – в стволе мозга и окончаниях симпатических нер- КА особенно важны при стрессе: они активируют вов, адреналин секретируется мозговым веществом процессы распада и выработки энергии, вызывают надпочечников. Дофамин – тормозной модулятор, сни- освобождение других гормонов стресса, особенно глюжающий эффекты возбуждающего медиатора ацетил- кокортикостероидов, стимулируют основные физиолохолина. У пожилых людей нередко возникает паркин- гические системы и в результате увеличивают устойчисонизм – гибель нейронов, синтезирующих дофамин.

вость организма.

Это приводит к тому, что ацетилхолин проявляет изОднако те же КА через -адренорецепторы снижабыточную активность. Возникает скованная походка, ют концентрации ионов Са2+ и цАМФ, что приводит к дрожание пальцев, лицо становится маскообразным, уменьшению выделения норадреналина и других НТ.

не выражающим эмоций. Разработаны лекарства, позЭта отрицательная обратная связь предупреждает переволяющие лечить эту болезнь путем увеличения синтевозбуждение, снижает тонус головного мозга. В отлиза дофамина или введения проникающих в головной чие от ситуации с ГАМК один и тот же НТ - норадренамозг агонистов его рецепторов. Однако эффекты дофалин через разные СТС может давать противоположные мина намного сложнее. Он способствует как повышенэффекты. Конечный результат зависит от преобладаному настроению и эмоциональному удовлетворению, ния в данном отделе мозга той или иной СТС и/или ее так и нестандартной активности головного мозга (в том фунциональной активности.

числе, вероятно, и творческой). И снова заметим, что ГАМК, аденозин и селективные агонисты -адревсе хорошо в меру. Многие наркотические вещества норецепторов реализуют, в том числе и у млекопитаюингибируют обратный захват нейронами дофамина, щих, другую приспособительную стратегию – толечто приводит к его избыточному накоплению в синапрантную. Для нее характерно снижение потребления се. В патогенезе одной из двух основных форм главного О2, температуры тела и катаболизма с уменьшением психического заболевания – шизофрении важное знаактивности головного мозга и других физиологических чение придают увеличенному действию дофамина. Во систем. В результате значительно увеличивается устойвсяком случае большинство эффективных при шизочивость организма ко многим экстремальным фактофрении лекарств (нейролептики) блокируют рецепторам [2]. Обе стратегии связаны не только с НТ, но и с ры дофамина. Нобелевская премия по физиологии и дистантными и местными гормонами.

медицине 2000 года присуждена за исследования по доИндолилалкиламины образуются из аминокислофамину.

Pages:     || 2 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.