Что такое нейромедиаторы

Нейромедиаторы – это биологические активные вещества, которые осуществляют передачу химических сигналов. Медиаторную (посредническую) функцию выполняют химические вещества разных групп – обычно органические молекулы небольшого размера с молекулярной массой около 150-300 дальтон или нейропептиды. Выделяют около 100 молекул, которые играют роль нейромедиаторов. Из них 18 обладают первостепенной значимостью. Их деятельность обеспечивает слаженную работу всех органов и систем организма.

Характеристика

Нейротрансмиттеры – это вещества, известные так же, как нейромедиаторы, медиаторы, трансмиттеры, которые вырабатываются нейронами головного мозга. Окончания, синтезирующие трансмиттеры, называются пресинаптическими, нервные ответвления, получающие химические сигналы, называются постсинаптическими. Пресинаптическое окончание продуцирует несколько нейротрансмиттеров.

Причем комбинация медиаторных веществ может различаться на разных синапсах одного нейрона. Основная функция медиатора – передача химических сигналов между отдельными нейронами, а также между нейронами и клетками исполнительных органов. Благодаря деятельности нейромедиаторов отдельные нейроны головного мозга образуют целостную структуру, где все элементы взаимосвязаны и взаимодействуют между собой.

Медиаторы осуществляют пусковой эффект – изменяют функциональное состояние нейрона, что в итоге приводит к соответствующей реакции, например, сокращению мускулатуры или секреции желез. Нейромедиатор – это такое вещество, которое соответствует определенным критериям, что позволяет относить его к группе нейрохимических посредников. Идентификация нейротрансмиттера осуществляется с учетом характеристик:

1. Высвобождение из пресинаптической терминали (концевой участок аксона).
2. Избирательность локализации в нервных окончаниях.
3. Наличие в терминалях ферментов, обеспечивающих продукцию и распад медиатора.
4. Кальций-зависимое выделение нейротрансмиттера вследствие стимуляции окончания.
5. Идентичность действия нейротрансмиттера на рецепторы, расположенные в области постсинаптической мембраны.
6. Возможность блокирования действия нейротрансмиттера при помощи фармакологических агентов.

Концентрация медиаторов определяет функциональную активность постсинаптических клеток. После высвобождения из ответвления нейрона трансмиттеры транспортируются в расположенные здесь же везикулы (внутриклеточные органоиды). Трансмиттеры хранятся в везикуле. Причем их концентрация нередко достигает 500 мМ.

Потенциал действия, распространяющийся по нервному волокну, достигая зоны везикулы, открывает кальций-зависимые каналы. В результате происходит выброс нейромедиаторов из везикулы в синапс. Нейромедиаторы – короткоживущие соединения, которые оказывают локальное действие, основные их функции заключаются в передаче сигналов нервным клеткам.

Основное отличие нейромедиаторов и гормонов – длительность действия. Гормоны относятся к долгоживущим соединениям. Разница между нейромедиаторами и гормонами условная. Большинство медиаторов одновременно выполняют функции нейрогормонов. Анализ крови на нейромедиаторы делают в рамках комплексного диагностического обследования при нарушениях в работе организма.

Классификация

Медиаторы – это такие вещества, которые находятся в клетках нервной системы в связанной форме до момента возбуждения ответвления нейрона, что приводит к их высвобождению в синаптическую щель. Высвободившееся медиаторное вещество оказывает специфическое воздействие на рецепторы клеток-мишеней. Классификация медиаторов предполагает выделение групп в зависимости от химического строения.

Основные группы – амины, аминокислоты, нейропептиды. Малочисленные группы, представленные единичными веществами – нуклеозиды и нуклеотиды, стероидные соединения. Классификация нейромедиаторов предполагает выделение тормозных и возбуждающих видов. К ингибирующим (тормозящим) медиаторам относят ГАМК, глицин. Возбуждающие нейромедиаторы – глутамат, аспартат.

Нейрон содержит тысячи окончаний, осуществляющих синаптическую передачу. Например, единственная клетка Пуркинье, расположенная в пределах коры мозжечка, образует больше 200 тысяч синапсов. Часть синаптических контактов определяет возбуждающее, часть – тормозящее воздействие. Возбуждающие синапсы преимущественно находятся в области дендритов, тормозящие – на теле клетки.

В роли тормозного нейромедиатора в процессе постсинаптического торможения чаще выступает глицин. Постсинаптическое торможение препятствует инициации возбуждения в ЦНС. Тормозной медиатор в процессе пресинаптического торможения – гамма-аминомасляная кислота (ГАМК). Пресинаптическое торможение подавляет возбуждение в ЦНС.

Принцип действия

Чтобы понять, как работают нейромедиаторы, нужно вспомнить особенности синаптической передачи. Постсинаптическая мембрана (участок мембраны иннервируемой клетки) оснащена встроенными протеинами, образующими ионные каналы. При изменении конформации (пространственное расположение атомов в молекуле) протеинов происходит открытие канала.

Конформация протеинов изменяется вследствие взаимодействия (связывания) с медиаторами ЦНС. Участок постсинаптической мембраны, именуемый субсинаптическим или активной областью синапса, содержит протеины, которые вступают во взаимодействие с нейротрансмиттерами. Протеины иначе называют рецепторами. Холинергические синапсы оснащены рецепторами 2-х типов – чувствительными к никотину и мускарину.

В открытом состоянии каналы, образованные рецепторными протеинами, проницаемы для определенных ионов. Каналы преимущественно пребывают в закрытом состоянии. Выделяют ионотропные рецепторы, которые открывают каналы, например, проходимые для катионов натрия и калия. Ионотропные и метаботропные рецепторы различают исходя из разницы механизмов преобразования, превращения химических сигналов.

Если в процессе открытия канала участвуют другие химические реакции (каскады ферментативных превращений), речь идет о метаботропных рецепторах. Ионотропные рецепторы называют канальными, быстрыми, метаботропные – медленными. Один вид медиатора и рецепторы, чувствительные к нему, образуют нейромедиаторные системы:

• Дофаминергическая. Регуляция тонуса скелетной мускулатур и двигательной активности произвольного характера. Участие в формировании поведенческих, эмоциональных, пищевых реакции, в процессах обучения и памяти.
• Норадреналинергическая. Поддержание состояния бодрствования, участие в процессах восприятия, обработки и запоминания внешней информации. Регуляция показателей артериального давления.
• Серотонинергическая. Регуляция уровня настроения и циркадных ритмов, управление обсессивными и компульсивными реакциями, половым и пищевым поведением.
• ГАМК-ергическая. Тормозящее действие.
• Холинергическая. Регуляция когнитивной деятельности (мыслительные процессы, память), управление эмоциями.

Различают группы – нейромедиаторы и нейромодуляторы. В первом случае речь идет о веществах, которые осуществляют передачу химических сигналов в синапсе. Нейромодуляторы регулируют процесс передачи. Они могут высвобождаться из клеток глии. Нейромодуляторы не оказывают физиологическое действие самостоятельно. Они модифицируют действие медиаторов.

Эффект медиаторов нервной системы определяется типом каналов, которые они открывают. Если каналы избирательно проницаемы для ионов калия и хлора, образующийся ионный ток сдвигает потенциал покоя участка мембраны, что обуславливает противодействие процессу возбуждения. Потенциал сдерживает возбуждение клетки, поэтому называется тормозным.

Основные виды

Основные нейромедиаторы, продуцируемые нейронами головного мозга человека, оказывают возбуждающее или тормозящее действие. В результате активность постсинаптического нейрона увеличивается или блокируется.

Принимающий нейрон может одновременно получать химические сигналы разного характера. В этом случае воздействия суммируются. Основные виды нейромедиаторов представлены в таблице:

Биогенные амины (катехоламины) являются производными соединениями аминокислоты тирозина. Нейроны дофаминергической системы (секретируют дофамин) находятся в среднем отделе мозга, в области гипоталамуса. Нейроны норадренергической системы (секретируют норадреналин) расположены в среднем, продолговатом, промежуточном мозговых отделах, а также в зоне варолиева моста.

Нейроны адренергической системы (продуцируют адреналин) находятся в продолговатом отделе мозга. Серотонин относится к производным соединениям кислоты триптофана. Нейроны серотонинергической системы расположены в стволовом отделе, преимущественно в составе ядер (дорсальное, медиальное). Рецепторы к серотонину и норадреналину имеют схожее строение, что используется при разработке лекарств.

Ацетилхолин – простой (уксуснокислый) эфир холина. Нейроны ацетилхолинергической системы (продуцируют ацетилхолин) распространены в структурах ЦНС, больше всего их в базальных ганглиях, таламическом отделе, сером веществе. Глицин играет роль медиатора для ряда вставочных нейронов, находящихся в спинном мозге и продолговатом отделе мозга головы. Список и эффекты основных медиаторов:

1. Дофамин. Отвечает за возникновение чувства удовольствия, что обуславливает эффект личного поощрения. Участвует в формировании любви и привязанности, поддерживает когнитивную деятельность. Гормон дофамин регулирует деятельность сердца, сосудов, почек, органов пищеварительного тракта.
2. Глутамат, аспартат. Основные возбуждающие нейротрансмиттеры. Участвуют в развитии толерантности (привыкание, снижение реакции при повторном введении препарата) к опиоидам. Избыток глутамата оказывает токсическое действие на центральный отдел нервной системы, что связано с повышением концентрации внутриклеточного кальция и свободных радикалов.
3. Ацетилхолин. Основной медиатор двигательных нейронов мозгового ствола и спинного мозга. Наблюдается снижение концентрации трансмиттера при болезни Альцгеймера.
4. Серотонин. Медиатор тормозящего действия, регулирует деятельность центра сна. Называют гормоном счастья, он участвует в поддержании хорошего настроения. Участвует в регуляции тонуса сосудистой стенки и свертываемости крови (как гормон).
5. Норадреналин. Участвует в регуляции когнитивных процессов, повышает агрессивность, понижает уровень тревоги.

Возбуждающие аминокислоты (глутамат, аспартат) участвуют в реализации всех функций ЦНС – поддерживают состояние бодрствования, физической и психической активности, мышечный тонус, регулируют поведенческие реакции, участвуют в процессах восприятия болевых и чувствительных импульсов. Возбуждающие трансмиттеры управляют процессами обучения и запоминания.

Возбуждающий нейромедиатор ацетилхолин участвует в регуляции тонуса скелетной мускулатуры и осуществлении двигательной активности. При взаимодействии с вегетативными ганглиями ацетилхолин вызывает сокращение мышц скелета. Основной тормозящий медиатор – ГАМК. Для нормального функционирования головного мозга необходим баланс тормозящих и возбуждающих воздействий.

Фармацевтические препараты, активирующие ГАМК-рецепторы или усиливающие их чувствительность, обладают седативным, успокоительным, противосудорожным, снотворным, иногда наркотическим действием. К таким лекарствам относят барбитураты и бензодиазепины. Глицин относится к основным тормозящим нейротрансмиттерам спинного мозга.

Патологии

При выработке нейротрансмиттеров важно соблюдение равновесия, необходим учет потребностей организма. Дисбаланс нейромедиаторов приводит к развитию тяжелых заболеваний. Например, увеличение концентрации глутамата в мозге сопровождается возникновением судорожных приступов. Переизбыток глутамата в синапсе провоцирует перевозбуждение нервных клеток, что приводит к развитию эпилепсии.

Например, ишемические процессы в нервной ткани вызывают недостаточность кровоснабжения. На фоне ишемии в синапсы высвобождается большое количество глутамата, что становится причиной развития инсульта. Последствия инсульта выражаются в ухудшении когнитивных функций, тяжелых нарушениях речи, двигательных расстройствах.

Например, при инфекционном заболевании столбняк блокируется медиаторная система ГАМК, что приводит к перевозбуждению двигательных нейронов мозга. В результате возникают непрерывные судороги, которые нередко приводят к летальному исходу. При отравлении стрихнином блокируется продукция глицина, что приводит к возникновению судорожного синдрома.

Нейромедиаторы – это химические соединения, регулирующие активность нейронов, деятельность головного мозга и всего организма в целом.