Нейромедиаторы: функции и классификация

Нейромедиаторы (нейротрансмиттеры, трансмиттеры) — это биологически активные химические вещества, обеспечивающие передачу сигнала между нейронами, а также от нейронов к мышечным или glandular клеткам через синаптическую щель. Они являются ключевым звеном в работе нервной системы, определяя процессы возбуждения и торможения, регуляцию настроения, памяти, сна, двигательной активности и многих других физиологических функций.

История открытия

В начале XX века считалось, что передача нервного импульса носит исключительно электрический характер. В 1921 году немецкий физиолог Отто Леви в эксперименте на изолированном сердце лягушки продемонстрировал, что раздражение блуждающего нерва выделяет вещество, замедляющее сердечный ритм. Это вещество было идентифицировано как ацетилхолин. За это открытие Леви получил Нобелевскую премию в 1936 году. Дальнейшие исследования, в том числе работы Генри Дейла и Ульфа фон Эйлера, привели к открытию других нейромедиаторов (норадреналина, дофамина, серотонина) и формированию представления о химической синаптической передаче как основном механизме межнейрональной коммуникации.

Механизм действия

Передача сигнала происходит в синапсе — месте контакта между двумя нейронами или нейроном и клеткой-мишенью. Процесс включает несколько этапов:

1. Синтез и хранение. Нейромедиатор синтезируется в пресинаптическом нейроне из предшественников (аминокислот) и упаковывается в синаптические везикулы.
2. Высвобождение. При приходе потенциала действия в пресинаптическую терминаль открываются кальциевые каналы; ионы кальция вызывают слияние везикул с мембраной и выброс нейромедиатора в синаптическую щель.
3. Связывание с рецепторами. Молекулы нейромедиатора диффундируют через щель и связываются со специфическими рецепторами на постсинаптической мембране. Рецепторы бывают ионотропными (лиганд-управляемые ионные каналы, действуют за миллисекунды) и метаботропными (сопряжены с G-белками, действуют медленнее и запускают каскады внутриклеточных реакций).
4. Инактивация. Для прекращения сигнала нейромедиатор либо разрушается ферментами (например, ацетилхолинэстеразой), либо обратно захватывается пресинаптическим нейроном (реаптейк) или глиальными клетками.

Классификация

По химической природе нейромедиаторы делят на несколько основных групп.

Биогенные амины (моноамины)

• Дофамин — синтезируется из тирозина; участвует в регуляции двигательной активности, мотивации, чувства вознаграждения, когнитивных функций. Дефицит дофамина в чёрной субстанции мозга приводит к болезни Паркинсона; нарушения в дофаминовой системе связывают с шизофренией и наркоманией.
• Норадреналин (норэпинефрин) — медиатор симпатической нервной системы; повышает уровень бодрствования, мобилизует организм при стрессе, участвует в регуляции внимания и настроения.
• Адреналин — в ЦНС выполняет функции нейромедиатора, хотя преимущественно является гормоном мозгового вещества надпочечников.
• Серотонин (5-гидрокситриптамин) — синтезируется из триптофана; регулирует настроение, аппетит, сон, болевую чувствительность, терморегуляцию. Антидепрессанты из группы СИОЗС блокируют обратный захват серотонина.
• Гистамин — участвует в регуляции цикла сна и бодрствования, аппетита, терморегуляции; в периферических тканях является медиатором аллергических реакций.

Аминокислоты

• Глутамат — главный возбуждающий нейромедиатор ЦНС; участвует в процессах обучения и памяти (долговременная потенциация). Избыток глутамата вызывает эксайтотоксичность и гибель нейронов (например, при ишемии мозга).
• ГАМК (гамма-аминомасляная кислота) — главный тормозной нейромедиатор; снижает возбудимость нейронов, регулирует тревожность. Бензодиазепины и барбитураты действуют через ГАМК-рецепторы.
• Глицин — тормозной нейромедиатор преимущественно в спинном мозге; также участвует в передаче сигналов в сетчатке глаза.

Пептиды

• Эндорфины и энкефалины — опиоидные пептиды, обладающие обезболивающим действием; участвуют в формировании положительных эмоций.
• Субстанция P — медиатор болевых сигналов.
• Нейропептид Y — регулирует аппетит, тревожность, сосудистый тонус.

Другие

• Ацетилхолин — медиатор в нервно-мышечных синапсах, а также в вегетативной нервной системе и в определённых отделах ЦНС; участвует в процессах внимания и памяти (дефицит ацетилхолина характерен для болезни Альцгеймера).
• Пурины (АТФ, аденозин) — АТФ выступает ко-медиатором во многих синапсах, аденозин оказывает тормозное действие (кофеин блокирует аденозиновые рецепторы, вызывая бодрость).
• Оксид азота (NO) — газотрансмиттер; не хранится в везикулах, синтезируется по требованию, участвует в регуляции сосудистого тонуса и синаптической пластичности.
• Каннабиноиды (анандамид, 2-арахидоноилглицерол) — ретроградные медиаторы, модулирующие высвобождение других нейромедиаторов; действуют через CB1-рецепторы.

Функции и значение

Нейромедиаторы обеспечивают все виды активности нервной системы. Возбуждающие медиаторы (глутамат, ацетилхолин, норадреналин) увеличивают вероятность генерации потенциала действия в постсинаптическом нейроне, тормозные (ГАМК, глицин) — снижают её. Баланс возбуждения и торможения необходим для нормальной работы мозга; его нарушение наблюдается при эпилепсии, тревожных расстройствах, бессоннице.

Нейромедиаторные системы являются мишенями для огромного числа лекарственных препаратов: антидепрессантов, нейролептиков, анксиолитиков, снотворных, средств для лечения болезни Паркинсона и Альцгеймера. Многие психоактивные вещества (никотин, алкоголь, опиаты, кокаин, амфетамины) реализуют своё действие через воздействие на синтез, высвобождение или рецепторы нейромедиаторов.

Нарушения нейромедиаторного обмена лежат в основе патогенеза психических заболеваний: шизофрении (дофаминовая гипотеза), депрессии (серотониновая и норадренергическая гипотезы), болезни Паркинсона (дефицит дофамина), болезни Альцгеймера (дефицит ацетилхолина). Исследования нейромедиаторов продолжаются, в том числе в области изучения роли глиальных клеток в синаптической передаче и новых нейромедиаторных систем.

Интересные факты

• В мозге человека обнаружено более 100 различных веществ, выполняющих нейромедиаторные функции.
• Один нейрон может выделять несколько разных нейромедиаторов (принцип ко-трансмиссии).
• Нейромедиаторы действуют на расстоянии около 20–40 нанометров — ширины синаптической щели.
• Дофамин, норадреналин и адреналин объединяют в группу катехоламинов, так как синтезируются из общего предшественника — тирозина.
• Серотонин в основном (до 90 %) синтезируется не в мозге, а в энтерохромаффинных клетках кишечника, где регулирует перистальтику.

Источники

• Гайтон А. К., Холл Дж. Э. Медицинская физиология. — М.: Логосфера, 2008.
• Николлс Дж. Г., Мартин А. Р., Валлас Б. Дж., Фукс П. А. От нейрона к мозгу. — М.: УРСС, 2003.
• Камкин А. Г., Киселёва И. С. Физиология и молекулярная биология мембран клеток. — М.: Академия, 2008.
• Шмидт Р., Тевс Г. Физиология человека. — М.: Мир, 2005.