Медиаторы нервной системы. Медиаторы и рецепторы центральной нервной системы Тормозными медиаторами нервной системы являются

Классификация синапсов ЦНС проводится по нескольким признакам. По типу соединяемых клеток выделяют следующие синапсы: межнейронные , локализующиеся в ЦНС и вегетативных ганглиях; нейроэффекторные (нейромышечные и нейросекреторные), соединяющие эфферентные нейроны соматической и вегетативной нервной системы с исполнительными клетками (поперечнополосатыми, и гладкими мышечными волокнами, секреторными клетками); нейрорецепторные (контакты во вторичных рецепторах между рецепторной клеткой и дендритом афферентного нейрона0.

По морфологической организации различают: аксосомаические, аксодендритные, аксоаксонные, дендросоматические, дендродендритные.

По способу передачи сигналов - химические синапсы, в которых посредником (медиатором) передачи является химическое вещество; электрические , в которых сигналы передаются электрическим током; смешанные синапсы - электрохимические.

По функциональному эффекту - возбуждающиие и тормозящие .

2.2.1 Химические синапсы и медиаторы .

Химические синапсы по природе медиатора делят на холинергические (медиатор – ацетилхолин), адренергические (нарадреналин), дофаминергические (дофамин), ГАМК – ергические (гамма – аминомасляная кислота) и т. д.

К структурным элементам химического синапса относятся: пресинаптическая и постсинаптическая мембраны, синаптическая щель (Рис. 24).

В пресинаптическом окончании находятся синаптические пузырьки (везикулы) диаметром до 200 нм. Они образуются в теле нейрона и с помощью быстрого аксонного транспорта доставляются в пресинаптическое окончание, где заполняются нейротрансмиттером, или медиатором (передатчиком). В пресинаптическом окончании содержатся митохондрии, обеспечивающие энергией процессы синаптической передачи. Эндоплазматическая сеть содержит депонированый Са++. Микротрубочки и микрофиламентыы участвуют в передвижении везикул. Связывание Са++ с белками оболочки везикул приводит к экзоцитозу медиатора в синаптическую щель.

Синаптическая щель имеет ширину от 20 до 50 нм, содержит межклеточную жидкость и мукаполисахаридное плотное вещество для обеспечения связей между пре- и постсинаптической мембранами, а также ферменты.

На постсинаптической мембране синапса содержатся хеморецепторы, способные связывать молекулы медиатора. Известны два типа рецепторов на постсинаптической мембране – ионные рецепторы , которые содержат ионный канал, открывающийся при связывании молекул медиатора с определенным местом (узнающий центр) на молекуле рецептора; метаботропные рецепторы , открывающие ионный канал опосредованно через цепочку биохимических реакций, в частности посредством активации синтеза специальных молекул, так называемых вторичных посредников (месенджеров) Роль вторичных посредников могут выполнять такие вещества, как ц.ГТФ, ц.АМФ, ионы кальция. Они запускают в клетке многие биохимические реакции, связанные с синтезом белка, активацией ферментов и т. д.

Рис. 24. Цетральные синапсы

В центральной нервной системе медиаторную функцию выполняет не одно вещество, а разнородная группа веществ.

Существует несколько критериев, согласно которым то или иное вещество может быть отнесено к медиаторам для данного вида синапсов.

1. Это вещество должно присутствовать в достаточном количестве в пресинаптических нервных окончаниях, где должна существовать и энзиматическая система для его синтеза. Синтезирующая система может быть локализована и в другом месте, но вещество должно подаваться к месту действия.

2. При стимуляции пресинаптических нейронов или нервов это вещество должно выделяться из окончаний в достаточном количестве.

3. При искусственном введении активирующее или угнетающее действие этого вещества на постсинаптическую клетку должно быть тождественным с эффектом стимуляции пресинаптического нерва

4. В области синаптической щели должна существовать энзиматическая система, которая инактивирует данное вещество после осуществления его действия и, таким образом, делает возможным быстрое возвращение постсинаптической мембраны в состояние готовности.

5. На постсинаптической мембране должны находиться рецепторы, обладающие высоким сродством к данному веществу.

Ацетилхолин является достаточно широко распространенным возбуждающим медиатором в ЦНС. Он был открыт в 30 – х годах австрийским ученым О. Леви. По химической природе ацетилхолин является уксуснокислым эфиром холина и образуется при ацетилировании холина с участием фермента ацетилхолинтрансферазы. После высвобождения из пресинаптических окончаний ацетилхолин быстро разрушается с помощью фермента ацетилхолинэстеразы.

К холинергичеким нейронам относятся альфа – мотонейроны спинного мозга. С помощью ацетилхолина альфа – мотонейроны по коллатералям своих аксонов передают возбуждающее влияние на тормозные клетки Реншоу.

Обнаружены два типа рецепторов, чувствительных к ацетилхолину: мускариновые (М – рецепторы) и никотиновые рецепторы (Н – рецепторы). На мышцах нашего тела находятся рецепторы никотинового типа к ацетилхолину. Блокатором никотиновых рецепторов является яд кураре, д – тубокурарин, диплацин, флакседил (антагонисты ацетилхолина). Яд кураре использовали индейцы при охоте на животных. В настоящее время широко применяют синтетические аналоги кураре для обездвижеивания больных во время полостных операций в условиях искусственного дыхания. Рецепторы к ацетилхолину в сердечной мышце – мускаринового типа и кураре не останавливает сердце.

Никотиновые рецепторы обнаружены также и в некоторых структурах головного мозга (ретикулярная формация ствола мозга, гипоталамус).

Эффект действия ацетилхолина может быть как активирующим, так и инактивирующеим через возбуждение тормозных интернейронов. Тормозное влияние ацетилхолин оказывает с помощью М – холинорецепторов в глубоких слоях коры большого мозга, стволе мозга, хвостатом ядре.

Нейроны головного мозга, возбуждаемые через мускариновые ацетилхолиновые рецепторы, играют большую роль в проявлении некоторых психических функций. Известно, что гибель таких нейронов приводит к старческому слабоумию (болезнь Альцгеймера).

Биогенные амины включают две группы медиаторов: катехоламины (норадреналин, адреналин, дофамин) и индоламин (серотонин).

Катехоламины являются производными тирозина и выполняют медиаторную функцию в периферических и центральных синапсах. Действие катехоламинов, как регуляторов метаболизма, опосредуется через альфа – и бета – рецепторы и систему вторичных месенджеров.

Норадренергические нейроны сконцентрированы в основном в среднем мозге (в области голубого пятна). Аксоны этих нейронов широко распространяются в мозговом стволе, мозжечке, в больших полушариях. В продолговатом мозге крупное скопление норадренергических нейронов находится в вентролатеральном ядре ретикулярной формации.

Норадреналин является тормозным медиатором клеток Пуркинье мозжечка, возбуждающим – в гипоталамусе, ядрах эпиталамуса.

Норадренергические нейроны в большом количестве содержатся в периферической нервной системе.

Норадреналин регулирует настроение, эмоциональные реакции, обеспечивает поддержание бодрствования, участвует в механизмах формирования некоторых фаз сна, сновидений

Дофаминергические нейроны находятся преимущественно в среднем мозге, а также в гипоталамичесой области. Хорошо изучена дофаминовая система чернгой субстанции среднего мозга. Эта система содержит 2/3 дофамина головного мозга. Отростки нейронов черной субстанции проецируются в полосатые тела, играющих важную роль в регуляции тонических движений. Перерождение нейронв черной субстанции приводит к болезни Паркинсона.

Дофамин участвует в формировании чувства удовольствия, регуляции эмоциональных реакций, поддержании бодрствования.

В настоящее время выделены два подтипа дофаминовых рецепторов (Д 1 – и Д2- подтипы). Д1 и Д2 рецепторы обнаружен на нейронах полосатого тела. В гипофизе найдены Д2 рецепторы, при действии на них дофамина угнетается синтез и секреция пролактина, окситоцина, меланостимулирующего гормона, эндорфина.

Серотонин (5 – гидрокситриптамин ) наряду с катехоламинами относится к аминергическим медиаторам. Он образуется путем гидроксилирования аминокислоты триптофана с последующим декарбоксилированием. Химическая структура серотонина была расшифрована в 1952 году. 90% серотонина образуется в организме энтерохромаффиновыми клетками слизистой оболочки всего пищеварительного тракта. Большая часть серотонина связывается с кровяными пластинками и по кровеносному руслу разносится по организму. Внутриклеточный серотонин инактивируется моноаминооксидазай (МАО), содержащийся в митохондриях. Часть серотонина действует в качестве местного гормона, способствуя авторегулированию кишечной перистальтике, а также модулируя эпителиальную секрецию и всасывание в кишечном тракте.

Серотонинергические нейроны широко распространены в центральной нервной системе, главным образом, в структурах вегетативных функций. У человека он найден в различных отделах головного мозга (мозговом стволе, варолиевом мосту, ядрах шва). С помощью серотонина в нейронах ствола мозга передаются возбуждающие и тормозящие влияния. Самая высокая концентрация серотонина обнаружена в эпифизе. Здесь серотонин превращается в мелатонин, который участвует в пигментации кожи и влияет на активность женских гонад.

Серотонин реализует свое влияние с помощью ионотропных и метаботропных рецепторов. Имеется несколько типов серотонинорецепторов, локализованных как на пресинаптической, так и постсинаптической мембране. Антагонистом серотонинорецепторов является диэтиламид лизергиновой кислоты (LSD), который является сильным галлюциногеном

Физиологические эффекты серотонина связаны с участием его в процессе обучения, формировании болевых ощущений, регуляции сна. Серотонин играет важную роль в нисходящем контроле активности спинноготмозга и гипоталамическом контроле температуры тела. Нарушения функциисеротонинергических синапсов наблюдаются при шизофрении и других психических расстройствах.

Нервные клетки управляют функциями организма с помощью химических сигнальных веществ, нейромедиаторов и нейрогормонов. Нейромедиаторы - короткоживущие вещества локального действия; они выделяются в синаптическую щель и передают сигнал соседним клеткам (продуцируются нейронами и хранятся в синапсах; при поступлении нервного импульса они выделяются в синаптическую щель, избирательно связываются со специфическимрецептором на постсинаптической мембране другого нейрона или мышечной клетки, стимулируя эти клетки к выполнению ими своих специфических функций). Вещество, из которого синтезируется медиатор (предшественник медиатора), попадает в нейрон или его окончание из крови или ликвора (жидкость, циркулирующая в головном и спинном мозге) и в результате биохимических реакций под воздействием ферментов превращается в соответствующий медиатор, а затем транспортируется в синаптическую щель в виде пузырьков (везикул). Медиаторы синтезируются так же в пресинаптических окончаниях.

Механизм действия. Медиаторы и модуляторы связываются с рецепторами постсинаптической мембраны соседних клеток. Большинство нейромедиаторов стимулируют открывание ионных каналов, и лишь только немногие - закрывание. Характер изменения мембранного потенциала постсинаптической клетки зависит от типа канала. Изменение мембранного потенциала от -60 до +30 мВ за счет открывания Nа + -каналов приводит к возникновению постсинаптического потенциала действия. Изменение мембранного потенциала с -60 мВ до -90 мВ за счет открывания Cl - -каналов ингибирует потенциал действия (гиперполяризация), в результате чего возбуждение не передается (тормозной синапс). По химическому строению медиаторы можно разделить на несколько групп, главными из которых являются амины, аминокислоыт, полипептиды. Достаточно широко распространенным медиатором в синапсах ЦНС является ацетилхолин.

Ацетилхолин встречается в различных отделах ЦНС (кора большого мозга, спинной мозг). Известен в основном как возбуждающий медиатор. В частности, является медиатором альфа-мотонейронов спинного мозга, иннервирующих скелетную мускулатуру. Этими нейронами передаётся возбуждающее влияние на тормозные клетки Реншоу. В ретикулярной формации ствола мозга, в гипоталамусе обнаружены М- и Н-холинорецепторы. Ацетилхолин активирует и тормозные нейроны, что и определяет его эффект.

Амины (гистамин,дофамин, норадреналин, серотонин)в большинстве своем в значительных количествах содержаться в нейронах ствола мозга, в меньших количествах выявляются в других отделах ЦНС. Амины обеспечивают возникновение процессов возбуждения и торможения, например, в промежуточном мозге, черной субстанции, лимбической системе, полосатом теле.

Норадреналин . Норадренергические нейроны сконцентрированы в основном в области голубого пятна (средний мозг), где их насчитывается всего несколько сотен, но ответвления их аксонов встречаются по всей ЦНС. Норадреналин является тормозным медиатором клеток Пуркинье мозжечка и возбуждающим – в гипоталамусе, ядрах эпиталамуса. В ретикулярной формации ствола мозга и гипоталамусе обнаружены альфа и бета-адренорецепторы. Норадреналин регулирует настроение, эмоциональные реакции, обеспечивает поддержание бодрствование, участвует в механизмах формирования некоторых фаз сна, сновидений.

Дофамин. Дофаминорецепторы подразделяют на Д1-и Д2- подтипы. Д1-рецепторы локализуются в клетках полосатого тела, действуют посредством дофаминчувствительной аденилатциклазы, как и Д2-рецепторы. Д2-рецепторы обнаружены в гипофизе, при действии на них дофамина угнетаются синтез и секреция пролактина, окситоцина, меланостимулирующего гормона, эндорфина. Дофамин участвует в формировании чувства удовольствия, регуляции эмоциональных реакций, поддержании бодрствования. Дофамин полосатого тела регулирует сложные мышечные движения.

Серотонин. С помощью серотонина в нейронах ствола мозга передаются возбуждающие и тормозящие влияния, в коре мозга – тормозящие влияния. Имеется несколько типов серотониновых рецепторов. Серотонин реализует свое влияние с помощью ионотропных и метаботропных рецепторов, влияющих на биохимические процессы с помощью вторых посредников – цАМФ и ИФ 3 /ДАГ. Содержится главным образом в структурах, имеющих отношение к регуляции вегетативных функций. Серотонин ускоряет процессы обучения, формирование болевых ощущений, сенсорное восприятие, засыпание; ангиотезин повышаетартериальное давление (АД), тормозит синтез катехоламинов, стимулирует секрецию гормонов; информирует ЦНС об осмотическом давлении крови.

Гистамин в довольно высокой концентрации обнаружен в гипофизе и срединном возвышении гипоталамуса – именно здесь сконцентрировано основное количество гистаминергических нейронов. В остальных отделах ЦНС уровень гистамина очень низок. Медиаторная роль его изучена мало. Выделяют Н 1 -, Н 2 – и Н 3 –гистаминорецепторы.

Аминокислоты. Кислые аминокислоты (глицин, гамма-аминомасляная кислота) являются тормозными медиаторами в синапсах ЦНС и действуют на соответствующие рецепторы. Глицин – в спинном мозге, ГАМК – в коре большого мозга, мозжечке, стволе мозга и спинном мозге. Нейтральные аминокислоты (альфа- глутамат, альфа-аспартат) передают возбуждающие влияния и действуют на соответствующие возбуждающие рецепторы. Предполагают, что глутамат является медиатором афферентов в спинном мозге. Рецепторы глутаминовой и аспарагиновой аминокислот имеются на клетках спинного мозга, мозжечка, таламуса, гиппокампа, коры большого мозга. Глутамат - основной возбуждающий медиатор ЦНС (75%). Рецепторы глутамат ионотропные (K + , Ca 2+ , Na +) и метаботропные (цаМФ и ИФ 3 /ДАГ). Полипептиды также выполняют медиаторную функцию в синапсах ЦНС. В частности, субстанция Р является медиатором нейронов, передающих сигналы боли. Особенно много этого полепиптида содержится в дорсальных корешках спинного мозга. Это позволило предположить, что субстанция Р может быть медиатором чувствительных нервных клеток в области их переключения на вставочные нейроны.

Энкефалины и эндорфины – медиаторы нейронов, блокирующих болевую импульсацию. Они реализуют своё влияние посредством соответствующих опиатных рецепторов, кот особенно плотно располагаются на клетках лимбической системы; много их так же на клетках чёрной субстанции, ядрах промежуточного мозга и солетарного тракта, имеются они на клетках голубого пятна спинного мозга.Эндорфины, энкефалины, пептид вызывающий бета-сон, дают антиболевые реакции, повышение устойчивости к стрессу, сон.Ангиотензин участвует в передаче информации о потребности организма в воде, люлиберин – в половой активности. Олигопептиды – медиаторы настроения, полового поведения, передачи ноцицептивного возбуждения от периферии в ЦНС, формирования болевых ощущений.

Химические вещества, циркулирующие в крови (некоторые гормоны, простагландины, оказывают модулирующее влияние на активность синапсов. Простагландины (ненасыщенные оксикарбоновые кислоты), высвобождаемые из клеток, влияют на многие звенья синаптического процесса, например на секрецию медиатора, работу аденилатциклаз. Они обладают высокой физиологической активностью, но быстро инактивируются и потому действуют локально.

Гипоталамические нейрогормоны, регулирующие функцию гипофиза, также выполняют роль медиатора.

Принцип Дейла . Согласно этому принципу, каждый нейрон синтезирует и использует один и тот же медиатор или одни и те же медиаторы во всех разветвлениях своего аксона (один нейрон – один медиатор), но, как выяснилось, в окончаниях аксона могут выделяться и другие, сопутствующие, медиаторы (комедиаторы), играющие модулирующую роль и действующие более медленно. В спинном мозгеустановленно два быстродействующих медиатора в одном тормозном нейроне – ГАМК и глицин, а также один тормозной (ГАМК) и один возбуждающий (АТФ). Поэтому принцип Дейла в новой редакции звучит так: «один нейрон – один быстрый синаптический эффект». Эффект действия медиатора зависит в основном от свойств ионных каналов постсинаптической мембраны и вторых посредников. Это явление особенно ярко демонстрируется при сравнении эффектов отдельных медиаторов в ЦНС и периферических синапсах организма. Ацетилхолин, например, в коре мозга при микроаппликациях на разные нейроны может вызывать возбуждение и торможение, в синапсах сердца – торможение, в синапсах гладкой мускулатуры желудочно-кишечного тракта – возбуждение. Катехоламины стимулируют сердечную деятельность, но тормозят сокращения желудка и кишечника.

Медиаторами, или нейротрансмиттерами, нейронов ЦНС являются различные биологически активные вещества. В зависимости от химической природы их можно разделить на 4 группы: 1) амины (ацетилхолин, норадреналин, дофамин, серотонин), 2) аминокислоты (глицин, глутаминовая, аспарагиновая, гамма-аминомасляная - ГАМК), 3) пуриновые и нуклеотиды (АТФ); 4) нейропептиды (вещество Р, вазопрессин, опоидни пептиды и др.).
Раньше считали, что во всех окончаниях одного нейрона "выделяется один медиатор (по принципу Дейла). За последние годы выяснили, что во многих нейронах может содержаться 2 медиаторы или больше.
По действию медиаторы можно разделить на ионотропных и метаболотропни. Ионотропных медиаторы после взаимодействия с циторецепторамы постсинаптической мембраны изменяют проницаемость ионных каналов. Метаболотропни медиаторы постсинаптическую действие проявляют путем активации специфических ферментов мембраны. Вследствие этого в мембране или (чаще) в цитоплазме клетки активируются так называемые вторичные посредники (вторичные мессенджеры), которые в свою очередь запускают каскады внутриклеточных процессов, тем самым влияя на функции клеток.
К основным мессенджеров систем внутриклеточной сигнализации относят аденилатциклазной и полифосфоинозитидну. В основе первой лежит аденилатциклазной механизм. Центральным звеном второй системы является кальциймобилизуючий каскад полифосфоинозитидив, который контролируется фосфолипазой С. Физиологический эффект этих систем осуществляется путем активации специфических ферментов - протеинфосфокиназ, конечным итогом чего является широкий спектр воздействия на белковые субстраты, которые могут подвергаться фосфорилированию. Вследствие этого изменяется проницаемость мембран для ионов, синтезируются и выделяются медиаторы, регулируется синтез белков, осуществляется энергетический обмен и т.д.. Метаболотропним эффектом обладают большинство нейропептидов. Метаболические изменения, происходящие в клетке или на ее мембране под действием метаболотропних медиаторов, длительные, чем при действии ионотропных медиаторов. Они могут затрагивать даже геном клетки.
По функциональным свойствам медиаторы ЦНС делятся на возбуждающие, тормозные и модулирующие. Возбуждающими медиаторами могут быть различные вещества, которые вызывают деполяризацию постсинаптической мембраны. Важнейшее значение имеют производные глутаминовой кислоты (глутамата), субстанция Р. Некоторые центральные нейроны имеют холинорецепторы, т.е. содержат на постсинаптической мембране рецепторы, которые реагируют с холинового соединениями, например, ацетилхолин в клетках Реншоу.. возбуждающими медиаторами могут быть также моноамины (норадреналин, дофамин, серотонин). € основания считать, что тип медиатора, который образуется в синапсе, обусловлен не только свойствами окончания, но и общим направлением биохимических процессов во всем нейроне.
Природа тормозного медиатора до конца не установлена. Полагают, что в синапсах различных нервных структур эту функцию могут выполнять аминокислоты - глицин и ГАМК.

Из вышеизложенного понятно, какое значение в функциях нервной системы играют медиаторы. В ответ на приход нервного импульса к синапсу происходит выброс медиатора; молекулы медиатора соединяются (комплементарно - как «ключ к замку») с рецепторами постсинаптической мембраны, что приводит к открыванию ионного канала или к активированию внутриклеточных реакций. Примеры синаптической передачи, рассмотренные выше, полностью соответствуют этой схеме. Вместе с тем благодаря исследованиям последних десятилетий эта довольно простая схема химической синаптической передачи значительно усложнилась. Появление иммунохимических методов позволило показать, что в одном синапсе могут сосуществовать несколько групп медиаторов, а не один, как это предполагали раньше. Например, в одном синаптическом окончании одновременно могут находиться синаптические пузырьки, содержащие ацетилхолин и норадреналин, которые довольно легко идентифицируются на электронных фотографиях (ацетилхолин содержится в прозрачных пузырьках диаметром около 50 нм, а норадреналин - в электронно-плотных диаметром до 200 нм). Кроме классических медиаторов, в синаптическом окончании могут находиться один или несколько ней-ропептидов. Количество веществ, содержащихся в синапсе, может доходить до 5-6 (своеобразный коктейль). Более того, медиаторная специфичность синапса может меняться в онтогенезе. Например, нейроны симпатических ганглиев, иннервирующие потовые железы у млекопитающих, исходно норадренергичны, но у взрослых животных становятся холинергичными.

В настоящее время при классификации медиаторных веществ принято выделять: первичные медиаторы, сопутствующие медиаторы, медиаторы-модуляторы и аллостерические медиаторы. Первичными медиаторами считают те, которые действуют непосредственно на рецепторы постсинаптической мембраны. Сопутствующие медиаторы и медиаторы-модуляторы могут запускать каскад ферментативных реакций, которые, например, фосфорилируют рецептор для первичного медиатора. Аллостерические медиаторы могут участвовать в кооперативных процессах взаимодействия с рецепторами первичного медиатора.

Долгое время за образец принимали синаптическую передачу по анатомическому адресу (принцип «точка - в точку»). Открытия последних десятилетий, особенно медиаторной функции нейропептидов, показали, что в нервной системе возможен принцип передачи и по химическому адресу. Другими словами, медиатор, выделяющийся из данного окончания, может действовать не только на «свою» постсинаптическую мембрану, но и за пределами данного синапса - на мембраны других нейронов, имеющих соответствующие рецепторы. Таким образом, физиологическая реакция обеспечивается не точным анатомическим контактом, а наличием соответствующего рецептора на клетке-мишени. Собственно этот принцип был давно известен в эндокринологии, а исследования последних лет нашли ему более широкое применение.

Все известные типы хеморецепторов на постсинаптической мембране разделяют на две группы. В одну группу входят рецепторы, в состав которых включен ионный канал, открывающийся при связывании молекул медиатора с «узнающим» центром. Рецепторы второй группы (метаботропные рецепторы) открывают ионный канал опосредованно (через цепочку биохимических реакций), в частности, посредством активации специальных внутриклеточных белков.

Одними из самых распространенных являются медиаторы, принадлежащие к группе биогенных аминов. Эта группа медиаторов достаточно надежно идентифицируется микрогистологическими методами. Известны две группы биогенных аминов: катехоламины (дофамин, норадреналин и адреналин) и индоламин (серотонин). Функции биогенных аминов в организме весьма многообразны: медиаторная, гормональная, регуляция эмбриогенеза.

Основным источником норадренергических аксонов являются нейроны голубого пятна и прилежащих участков среднего мозга (рис. 2.14). Аксоны этих нейронов широко распространяются в мозговом стволе, мозжечке, в больших полушариях. В продолговатом мозге крупное скопление норадренергических нейронов находится в вентролатеральном ядре ретикулярной формации. В промежуточном мозге (гипоталамусе) норадренергические нейроны наряду с дофаминергическими нейронами входят в состав гипоталамо-гипофизарной системы. Норадренергические нейроны в большом количестве содержатся в нервной периферической системе. Их тела лежат в симпатической цепочке и в некоторых интрамуральных ганглиях.

Дофаминергические нейроны у млекопитающих находятся преимущественно в среднем мозге (так называемая нигро-неостриарная система), а также в гипоталамической области. Дофаминовые цепи мозга млекопитающих хорошо изучены. Известны три главные цепи, все они состоят из однонейронной цепочки. Тела нейронов находятся в мозговом стволе и отсылают аксоны в другие области головного мозга (рис. 2.15).

Одна цепь очень проста. Тело нейрона находится в области гипоталамуса и отсылает короткий аксон в гипофиз. Этот путь входит в состав гипоталамо-гипофизарной системы и контролирует систему эндокринных желез.

Вторая дофаминовая система также хорошо изучена. Это черная субстанция, многие клетки которой содержат дофамин. Аксоны этих нейронов проецируются в полосатые тела. Эта система содержит примерно 3/4 дофамина головного мозга. Она имеет решающее значение в регулировании тонических движений. Дефицит дофамина в этой системе приводит к болезни Паркинсона. Известно, что при этом заболевании происходит гибель нейронов черной субстанции. Введение L-DOPA (предшественника дофамина) облегчает у больных некоторые симптомы заболевания.

Третья дофаминергическая система участвует в проявлении шизофрении и некоторых других психических заболеваний. Функции этой системы пока изучены недостаточно, хотя сами пути хорошо известны. Тела нейронов лежат в среднем мозге рядом с черной субстанцией. Они проецируют аксоны в вышележащие структуры мозга, мозговую кору и лимбическую систему, особенно к фронтальной коре, к септальной области и энторинальной коре. Энторинальная кора, в свою очередь, является главным источником проекций к гиппокампу.

Согласно дофаминовой гипотезе шизофрении, третья дофаминергическая система при этом заболевании сверхактивна. Эти представления возникли после открытия веществ, снимающих некоторые симптомы заболевания. Например, хлорпромазин и галоперидол имеют разную химическую природу, но они одинаково подавляют активность дофаминергической системы мозга и проявление некоторые симптомов шизофрении. У больных шизофренией, в течение года получавших эти препараты, появляются двигательные нарушения, получившие название tardive dyskinesia (повторяющиеся причудливые движения лицевой мускулатуры, включая мускулатуру рта, которые больной не может контролировать).

Серотонин почти одновременно открыли в качестве сывороточного сосудосуживающего фактора (1948) и энтерамина, секретируемого энтерохромаффиновыми клетками слизистой оболочки кишечника. В 1951 г. было расшифровано химическое строение серотонина и он получил новое название - 5-гидрокситриптамин. В организме млекопитающих он образуется гидроксилированием аминокислоты триптофана с последующим декарбоксилированием. 90% серотонина образуется в организме энтерохромаффиновыми клетками слизистой оболочки всего пищеварительного тракта. Внутриклеточный серотонин инактивируется моноаминоксидазой, содержащейся в митохондриях. Серотонин внеклеточного пространства окисляется перулоплазмином. Большая часть вырабатываемого серотонина связывается с кровяными пластинками и по кровяному руслу разносится по организму. Другая часть действует в качестве местного гормона, способствуя авторегулированию кишечной перистальтики, а также модулируя эпителиальную секрецию и всасывание в кишечном тракте.

Серотонинергические нейроны широко распространены в центральной нервной системе (рис. 2.16). Они обнаруживаются в составе дорсального и медиального ядер шва продолговатого мозга, а также в среднем мозге и варолиевом мосту. Серотонинергические нейроны иннервируют обширные области мозга, включающие кору больших полушарий, гиппокамп, бледный шар, миндалину, область гипоталамуса. Интерес к серотонину был привлечен в связи с проблемой сна. При разрушении ядер шва животные страдали бессонницей. Сходный эффект оказывали вещества, истощающие хранилище серотонина в мозге.

Самая высокая концентрация серотонина обнаружена в эпифизе (pineal gland). Серотонин в эпифизе превращается в мелатонин, который участвует в пигментации кожи, а также влияет у многих животных на активность женских гонад. Содержание как серотонина, так и мелатонина в эпифизе контролируется циклом свет - темнота через нервную симпатическую систему.

Другую группу медиаторов ЦНС составляют аминокислоты. Уже давно известно, что нервная ткань с ее высоким уровнем метаболизма содержит значительные концентрации целого набора аминокислот (перечислены в порядке убывания): глутаминовой кислоты, глутамина, аспарагиновой кислоты, гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК).

Глутамат в нервной ткани образуется преимущественно из глюкозы. У млекопитающих больше всего глутамата содержится в конечном мозге и мозжечке, где его концентрация примерно в 2 раза выше, чем в стволе мозга и спинном мозге. В спинном мозге глутамат распределен неравномерно: в задних рогах он находится в большей концентрации, чем в передних. Глутамат является одним из самых распространенных медиаторов в ЦНС.

Постсинаптические рецепторы к глутамату классифицируются в соответствии с аффинностью (сродством) к трем экзогенным агонистам - квисгулату, каинату и N-метил-D-аспартату (NMDA). Ионные каналы, активируемые квисгулатом и каинатом, подобны каналам, которые управляются никотиновыми рецепторами - они пропускают смесь катионов (Na + и. К +). Стимуляция NMDA-рецепторов имеет сложный характер активации: ионный ток, который переносится не только Na + и К + , но также Са ++ при открывании ионного канала рецептора, зависит от потенциала мембраны. Вольтзависимая природа этого канала определяется разной степенью его блокирования ионами Mg ++ с учетом уровня мембранного потенциала. При потенциале покоя порядка - 75 мВ ионы Mg ++ , которые преимущественно находятся в межклеточной среде, конкурируют с ионами Са ++ и Na + за соответствующие каналы мембраны (рис. 2.17). Вследствие того, что ион Mg ++ не может пройти через пору, канал блокируется всякий раз, как попадает туда ион Mg ++ . Это приводит к уменьшению времени открытого канала и проводимости мембраны. Если мембрану нейрона деполяризовать, то количество ионов Mg ++ , которые закрывают ионный канал, снижается и через канал беспрепятственно могут проходить ионы Са ++ , Na + и. К + . При редких стимуляциях (потенциал покоя изменяется мало) глутаматергического рецептораВПСП возникает преимущественно за счет активации квисгулатных и каинатных рецепторов; вклад NMDA-рецепторов незначителен. При длительной деполяризации мембраны (ритмическая стимуляция) магниевый блок удаляется, и NMDA-каналы начинают проводить ионы Са ++ , Na + и. К + . Ионы Са ++ через вторичные посредники могут потенцировать (усиливать) минПСП, что может привести, например, к длительному увеличению синаптической проводимости, сохраняющейся часами и даже сутками.

Из тормозных медиаторов ГАМК является самой распространенной в ЦНС. Она синтезируется из L-глутаминовой кислоты в одну стадию ферментом декарбоксилазой, наличие которой является лимитирующим фактором этого медиатора. Известно два типа ГАМК-рецепторов на постсинаптической мембране: ГАМКА (открывает каналы для ионов хлора) и ГАМКБ (открывает в зависимости от типа клетки каналы для. К + или Са ++). На рис. 2.18 показана схема ГАМК-рецептора. Интересно, что в его состав входит бензодиазипиновый рецептор, наличием которого объясняют действие так называемых малых (дневных) транквилизаторов (седуксена, тазепама и др.). Прекращение действия медиатора в ГАМК-синапсах происходит по принципу обратного всасывания (молекулы медиатора специальным механизмом поглощаются из синаптической щели в цитоплазму нейрона). Из антагонистов ГАМК хорошо известен бикукулин. Он хорошо проходит через гематоэнцефалический барьер, оказывает сильное воздействие на организм даже в малых дозах, вызывая конвульсии и смерть. ГАМК обнаруживается в ряде нейронов мозжечка (в клетках Пуркинье, клетках Гольджи, корзинчатых клетках), гиппокампа (в корзинчатых клетках), в обонятельной луковице и черной субстанции.

Идентификация ГАМК-цепей мозга трудна, так как ГАМК - обычный участник метаболизма в ряде тканей организма. Метаболическая ГАМК не используется как медиатор, хотя в химическом отношении их молекулы одинаковы. ГАМК определяется по ферменту декарбоксилазы. Метод основан на получении у животных антител к декарбоксилазе (антитела экстрагируют, метят и вводят в мозг, где они связываются с декарбоксилазой).

Другим известным тормозным медиатором является глицин. Глицинергические нейроны находятся главным образом в спинном и продолговатом мозге. Считают, что эти клетки выполняют роль тормозных интернейронов.

Ацетилхолин - один из первых изученных медиаторов. Он чрезвычайно широко распространен в нервной периферической системе. Примером могут служить мотонейроны спинного мозга и нейроны ядер черепных нервов. Как правило, холинергические цепи в мозге определяют по присутствию фермента холинэстеразы. В головном мозге тела холинергических нейронов находятся в ядре перегородки, ядре диагонального пучка (Брока) и базальных ядрах. Нейроанатомы считают, что эти группы нейронов формируют фактически одну популяцию холинергических нейронов: ядро педнего мозга, nucleus basalis (оно расположено в базальной части переднего мозга) (рис. 2.19). Аксоны соответствующих нейронов проецируются к структурам переднего мозга, особенно в новую кору и гиппокамп. Здесь встречаются оба типа ацетилхолиновых рецепторов (мускариновые и никотиновые), хотя считается, что мускариновые рецепторы доминируют в более рострально распоженных мозговых структурах. По данным последних лет складывается впечатление, что ацетилхолиновая система играет большую роль в процессах, связанных с высшими интегративными функциями, которые требуют участия памяти. Например, показано, что в мозге больных, умерших от болезни Альцгеймера, наблюдается массивная утрата холинергических нейронов в nucleus basalis.

По химическому строению медиаторы являются неоднородной группой. В нее входят эфир холина (ацетилхолин); группа моноаминов, включающая катехоламины (дофамин, норадреналин и адреналин); индолы (серотонин) и имидазолы (гистамин); кислые (глутамат и аспартат) и основные (ГАМК и глицин) аминокислоты; пурины (аденозин, АТФ) и пептиды (энкефалины, эндорфины, вещество Р). К этой же группе примыкают вещества, которые не могут быть классифицированы как истинные нейромедиаторы - стероиды, эйкозаноиды и ряд АФК, прежде всего N0.

Для решения вопроса о нейромедиаторной природе какого-либо соединения используется ряд критериев. Основные из них изложены ниже.

1. Вещество должно накапливаться в пресинаптических окончаниях, высвобождаться в ответ на приходящий импульс. Пресинаптическая область должна содержать систему синтеза этого вещества, а постсинаптическая зона - обнаруживать специфический рецептор для данного соединения.
2. При стимуляции пресинаптической области должно происходить Са-зависимое выделение (путем экзоцитоза) этого соединения в межсинаптическую щель, пропорциональное силе стимула.
3. Обязательная идентичность эффектов эндогенного нейромедиатора и предполагаемого медиатора при его аппликации на клетку-мишень и возможность фармакологического блокирования эффектов предполагаемого медиатора.
4. Наличие системы обратного захвата предполагаемого медиатора в пресинаптические терминали и/или в соседние астроглиальные клетки. Возможны случаи, когда обратному захвату подвергается не сам медиатор, а продукт его расщепления (например, холин после расщепления ацетилхолина ферментом ацетилхолинэстеразой).

Влияние лекарственных препаратов на различные этапы медиаторной функции в синаптической передаче

	Модифицирующее влияние	Результат воздействия
Синтез медиатора	Добавка предшественника Блокада обратного захвата Блокада ферментов синтеза	↓ ↓
Накопление	Торможение захвата в везикулы Торможение связывания в везикулах
Выделение (экзоцитоз)	Стимуляция тормозных ауторецепторов Блокада ауторецепторов Нарушение механизмов экзоцитоза	↓ ↓
Действие	Эффекты агонистов на рецепторы
на рецепторы	Блокада постсинаптических рецепторов
Разрушение медиатора	Блокада обратного захвата нейронами и/или глией Торможение разрушения в нейронах
	Торможение разрушения в синаптической щели

Применение различных методов тестирования медиаторной функции, в том числе и самых современных (иммуногистохимических, рекомбинантных ДНК и др.), затруднено из-за ограниченной доступности большинства индивидуальных синапсов, а также из-за ограниченности набора средств направленного фармакологического воздействия.

Попытка дать определение понятия «медиаторы» наталкивается на ряд трудностей, поскольку в последние десятилетия значительно расширился список веществ, которые выполняют в нервной системе ту же сигнальную функцию, что и классические медиаторы, но отличаются от них по химической природе, путям синтеза, рецепторам. Прежде всего, сказанное относится к обширной группе нейропептидов, а также к АФК, и в первую очередь к оксиду азота (нитроксиду, N0), для которого медиаторные свойства описаны достаточно хорошо. В отличие от «классических» медиаторов, нейропептиды, как правило, имеют больший размер, синтезируются с невысокой скоростью, накапливаются в небольших концентрациях и связываются с рецепторами, обладающими низким специфическим сродством, кроме того, они не имеют механизмов обратного захвата пресинаптической терминалью. Продолжительность эффекта нейропептидов и медиаторов также значительно различается. Что касается нитроксида, то, несмотря на его участие в межклеточном взаимодействии, по ряду критериев он может быть отнесен скорее не к медиаторам, а ко вторичным посредникам.

Первоначально считалось, что нервное окончание может содержать только один медиатор. К настоящему времени показана возможность наличия в терминали нескольких медиаторов, высвобождающихся совместно в ответ на импульс и воздействующих на одну клетку-мишень - сопутствующие (сосуществующие) медиаторы (комедиаторы, котрансмиттеры). При этом происходит накопление разных медиаторов в одной пресинаптической области, но в разных везикулах. Примером комедиаторов могут служить классические медиаторы и нейропептиды, которые различаются местом синтеза и, как правило, локализуются в одном окончании. Высвобождение комедиаторов происходит в ответ на серию возбуждающих потенциалов определенной частоты.

В современной нейрохимии кроме нейромедиаторов выделяют вещества, модулирующие их эффекты, - нейромодуляторы. Их действие носит тонический характер и более продолжительно во времени, чем действие медиаторов. Эти вещества могут иметь не только нейрональное (синаптическое), но и глиальное происхождение и не обязательно опосредоваться нервными импульсами. В отличие от нейромедиатора модулятор действует не только на постсинаптическую мембрану, но и на другие части нейрона, в том числе и внутриклеточно.

Различают пре- и постсинаптическую модуляцию. Понятие «нейромодулятор» является более широким, чем понятие «нейромедиатор». В ряде случаев медиатор может являться и модулятором. Например, норадреналин, высвобождающийся из симпатического нервного окончания, действует как нейромедиатор на а1-рецепторы, но как нейромодулятор - на а2-адренорецепторы; в последнем случае он опосредует торможение последующей секреции норадреналина.

Вещества, осуществляющие медиаторные функции, различаются не только по химическому строению, но и по тому, в каких компартментах нервной клетки происходит их синтез. Классические низкомолекулярные медиаторы синтезируются в аксонной терминали и включаются в маленькие синаптические пузырьки (50 нм в диаметре) для хранения и высвобождения. N0 также синтезируется в терминали, но, поскольку не может быть упакован в пузыръки, то сразу же диффундирует из нервного окончания и оказывает воздействие на мишени. Пептидные нейромедиаторы синтезируются в центральной части нейрона (перикарионе), упаковываются в большие везикулы с плотным центром (100-200 нм в диаметре) и транспортируются с помощью аксонального тока к нервным окончаниям.

Ацетилхолин и катехоламины синтезируются из циркулирующих в крови предшественников, тогда как аминокислотные медиаторы и пептиды в конечном счете образуются из глюкозы. Как известно, нейроны (как и другие клетки организма высших животных и человека) не могут синтезировать триптофан. Поэтому первым шагом, ведущим к началу синтеза серотонина, является облегченный транспорт триптофана из крови в мозг. Эта аминокислота, как и другие нейтральные аминокислоты (фенилаланин, лейцин и метионин), транспортируется из крови в мозг специальными переносчиками, относящимися к семейству переносчиков монокарбоновых кислот. Таким образом, одним из важных факторов, определяющих уровень серотонина в серотонинергических нейронах, является относительное по сравнению с другими нейтральными аминокислотами количество триптофана в пище. Например, добровольцы, которых кормили пищей с низким содержанием белка в течение одного дня, а затем давали смесь аминокислот, не содержавшую триптофана, демонстрировали агрессивное поведение и изменение цикла «сон-бодрствование», что связано со снижением уровня серотонина в мозге.