Основные медиаторы центральной нервной системы

Амины (дофамин, норадреналин, серотонин, гистамин) встречаются в разных отделах ЦНС, в значительных количествах — в нейронах ствола моз­га. Амины обеспечивают возникновение процессов возбуждения и торможения, например, в промежуточном мозге, в черной субстанции, в лимбической сис­теме, в полосатом теле.

Серотонин является возбуждающим и тормозным медиатором в нейронах ство­ла мозга, тормозным — в коре большого мозга. Известно семь типов серотонино- рецепторов (5-НТ, S-рецепторы), боль­шинство из них метаботропные (вторые посредники — цАМФ и ИФ₃/ДАГ). Ионотропным является 8₃-рецептор (имеется, в частности, в ганглиях ВНС). Серотонин содержится главным образом в структурах, имеющих отношение к ре­гуляции вегетативных функций. Особен­но много его в ядрах шва (ЯШ), лимби­ческой системе. Аксоны этих нейронов проходят в бульбоспинальных путях и оканчиваются на нейронах различных сегментов спинного мозга. Здесь они контактируют с клетками преганглио- нарных симпатических нейронов и со вставочными нейронами желатинозной субстанции. Полагают, что часть этих симпатических нейронов (а может быть, и все) являются серотонинергическими нейронами ВНС. Их аксоны, согласно последним данным, идут к органам ЖКТ и оказывают мощное стимулирующее влияние на его моторику. Повышение уровня серотонина и норадреналина в нейронах ЦНС типично для маниакаль­ных состояний, снижение — для депрес­сивных.

Норадреналин является возбужда­ющим медиатором в гипоталамусе, в ядрах эпиталамуса, тормозным — в клетках Пуркинье мозжечка. В ретику­лярной формации (РФ) ствола мозга и гипоталамусе обнаружены а- и 0-адре- норецепторы. Норадренергические нейроны сконцентрированы в области голубого пятна (средний мозг), где их насчитывается всего несколько сотен, но ответвления их аксонов встречаются по всей ЦНС.

Дофамин является медиатором ней­ронов среднего мозга, гипоталамуса. До­фаминорецепторы подразделяют на Д_г и Д₂-подтипы. Д]-рецепторы локализуют­ся на клетках полосатого тела, действуют посредством дофаминчувствительной аденилатциклазы, как и Д₂-рецепторы. Последние обнаружены в гипофизе.

При действии на них дофамина угне­таются синтез и секреция пролактина, окситоцина, меланоцитстимулирующе- го гормона, эндорфина. Д₂-рецепторы найдены на нейронах полосатого тела, где их функция пока не очень ясна. Со­держание дофамина в нейронах ЦНС повышено при шизофрении и снижено при паркинсонизме.

Гистамин реализует свое влияние с помощью вторых посредников (цАМФ и ИФз/ДАГ). В значительной концентра­ции обнаружен в гипофизе и срединном возвышении гипоталамуса — здесь же локализовано основное количество ги- стаминергических нейронов. В осталь­ных отделах ЦНС уровень гистамина очень низок. Медиаторная роль гиста­мина изучена мало. Выделяют Н,-, Н₂- и Н ₃-гистаминорецепторы. Н,-рецепторы имеются в гипоталамусе и участвуют в регуляции потребления пищи, в тер­морегуляции, секреции пролактина и антидиуретического гормона (АДГ). Н₂-рецепторы обнаружены на глиаль­ных клетках.

Ацетилхолин встречается в коре большого мозга, в спинном мозге. Из­вестен в основном как возбуждающий медиатор; в частности, является медиа­тором а-мотонейронов спинного мозга, иннервирующих скелетную мускулатуру. С помощью ацетилхолина а-мотонейро- ны по коллатералям своих аксонов пере­дают возбуждающее влияние на тормоз­ные клетки Реншоу; ацетилхолин име­ется в РФ ствола мозга, в гипоталамусе. Обнаружены М- и N-холинорецепторы. Установлено семь типов М-холиноре- цепторов; основными являются и М₂-рецепторы. М_х-холинорецепторы ло­кализуются на нейронах гиппокампа, полосатого тела, коры большого мозга, М₂-холинорецепторы — на клетках моз­жечка, ствола мозга. N-холинорецепторы довольно плотно расположены в области гипоталамуса и покрышки. Эти рецеп­торы изучены достаточно хорошо, они выделены с помощью «-бунгаротокси­на (основной компонент яда ленточного крайта) и а-нейротоксина, содержаще­гося в яде кобры. При взаимодействии ацетилхолина с N-холинорецепторным белком последний изменяет свою кон­формацию, в результате чего открывает­ся ионный канал. При взаимодействии ацетилхолина с М-холинорецептором активация ионных каналов (К⁺, Са²⁺) осуществляется с помощью вторых вну­триклеточных посредников (цАМФ — циклический аденозинмонофосфат — для М₂-рецептора; ИФ₃/ДАГ — для Mj-рецептора).

Ацетилхолин активирует и тормозные нейроны с помощью М-холинорецеп- торов в глубоких слоях коры большого мозга, в стволе мозга, хвостатом ядре.

Аминокислоты. Глицин и у-ами- номасляная кислота (ГАМК) являются тормозными медиаторами в синапсах ЦНС и действуют на соответствую­щие рецепторы, глицин — в основном, в спинном мозге, ГАМК — в коре большого мозга, мозжечке, стволе моз­га, спинном мозге. Передают возбуж­дающие влияния и действуют на соот­ветствующие возбуждающие рецепторы а-глутамат и а-аспартат. Ре­цепторы глутаминовой и аспарагино­вой аминокислот имеются на клетках спинного мозга, мозжечка, таламуса, гиппокампа, коры большого мозга. Глу­тамат — это основной возбуждающий медиатор ЦНС (75 % возбуждающих синапсов мозга). Глутамат реализует свое влияние посредством метаботроп­ных (связанных с активацией цАМФ и ИФуДАГ) и ионотропных (связанных с К⁺-, Са²⁺-, Ма⁺-ионными каналами ре­цепторов).

Полипептиды встречаются в синапсах различных отделов ЦНС.

Энкефалины и эндорфины — опиоид­ные медиаторы нейронов, блокирую­щих, например, болевую импульсацию. Реализуют свое влияние посредством соответствующих опиатных рецепторов, которые особенно плотно располагаются на клетках лимбической системы; много их также на клетках черной субстанции, ядрах промежуточного мозга и солитар­ного тракта, имеются и на клетках голу­бого пятна, спинного мозга. Их лиган­дами являются Р-эндорфин, динорфин, лей- и метэнкефалины. Различные опи­атные рецепторы обозначаются буквами греческого алфавита: а, е, к, ц, %.

Вещество Р является медиатором нейронов, передающих сигналы боли. Особенно много этого полипептида содержится в дорсальных корешках спинного мозга. Это позволило пред­положить, что вещество Р может быть медиатором чувствительных нервных клеток в области их переключения на вставочные нейроны. Большое количе­ство вещества Р содержится в гипотала­мической области. Различают два вида рецепторов вещества Р: рецепторы типа SP-E (Pj), расположенные на нейронах коры большого мозга, и рецепторы типа SP-P (Р₂), расположенные на нейронах мозговой перегородки.

Вазоинтестинальный пептид (ВИП), соматостатин, холецистокинин (ХЦК) также выполняют медиаторную функ­цию. ВИП-рецепторы и рецепторы к соматостатину выявлены на нейронах головного мозга. Рецепторы к ХЦК об­наружены на клетках коры большого мозга, хвостатого ядра, обонятельных луковиц. Действие ХЦК на рецепторы повышает проницаемость мембран для Са²⁺ посредством активации аденилат­циклазной системы.

Ангиотензин участвует в передаче информации о потребности организма в воде. Рецепторы к ангиотензину об­наружены на нейронах коры большого мозга, среднего и промежуточного моз­га. Связывание ангиотензина с рецеп­торами вызывает увеличение проница­емости клеточных мембран для Са²⁺. Эта реакция обусловлена процессами фосфорилирования мембранных бел­ков вследствие активации аденилатци­клазной системы и изменением синтеза простагландинов.

Люлиберин участвует в формирова­нии половой потребности.

Пурины (АТФ, аденозин, АДФ) вы­полняют в основном моделирующую функцию. В частности, АТФ в спинном мозге выделяется вместе с ГАМК. Рецеп­торы к АТФ весьма разнообразны: Одни из них ионотропные, другие — метабо­тропные. АТФ и аденозин ограничива­ют перевозбуждение ЦНС и участвуют в формировании болевых ощущений.

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

Физиологические эффекты действия некоторых медиаторов головного мозга. Дофамин участвует в формирова­нии чувства удовольствия, в регуляции эмоциональных реакций, поддержании бодрствования. Дофамин полосатого тела регулирует сложные мышечные движения. Норадреналин регу­лирует настроение, эмоциональные реакции, обеспечивает поддержание бодрствования, участвует в механизмах формирования некоторых фаз сна, сно­видений. Серотонин ускоряет про­цессы обучения, формирование боле­вых ощущений, сенсорное восприятие, засыпание. Эндорфины, энкефалины, пептид, вызывающий 5-сон, дают анти-

болевые эффекты, повышают устой­чивость к стрессу, способствуют сну. Простагландины вызывают по­вышение свертываемости крови, изме­нение тонуса гладких мышц, усиливают физиологические эффекты медиаторов и гормонов. Олигопептиды — меди­аторы настроения, полового поведения, передачи ноцицептивного возбуждения от периферии к ЦНС, формирования болевых ощущений.

В последние годы получены факты, выз­вавшие необходимость внесения коррективов в известный принцип Дейла. Так, согласно принципу Дейла, один нейрон синтезирует и использует один и тот же медиатор во всех разветвлениях своего аксона («один нейрон — один медиатор»). Однако выяснилось, что, кро­ме основного медиатора, в окончаниях аксона могут выделяться и другие, сопутствующие ме­диаторы (комедиаторы), играющие модулиру­ющую роль или более медленно действующие. Кроме того, в тормозных нейронах в спинном мозге в большинстве случаев имеется два бы­стродействующих типичных медиатора в одном тормозном нейроне — ГАМК и глицин. Поэто­му принцип Дейла в новой редакции сначала звучал так: «Один нейрон — один быстрый медиатор», а затем: «Один нейрон — один бы­стрый синаптический эффект». Не исключено, что принцип Дейла вообще будет представлять лишь исторический интерес.

Таким образом, нейроны ЦНС воз­буждаются или тормозятся в основном под влиянием специфических медиато­ров.

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 в периферических синапсах организма. Ацетилхолин, например, в коре мозга при микроаппликациях на разные нейроны может вызывать воз­буждение и торможение, в синапсах сердца — только торможение, в синап­сах гладкой мускулатуры ЖКТ — только возбуждение. Катехоламины тормозят сокращения желудка и кишечника, но стимулируют сердечную деятельность. Глутамат является только возбуждаю­щим медиатором ЦНС.

6.3. Механизм возбуждения нейронов

При возбуждении нейронов потребле­ние кислорода возрастает. Источником энергии служит в основном глюкоза крови, собственных небольших запасов гликогена хватает лишь на 3-5 мин ра­боты нейрона. Передача сигнала в хими­ческих синапсах ЦНС подобна таковой в нервно-мышечном синапсе, однако имеет ряд отличительных особенностей, основные из которых приводятся ниже.

Для возбуждения нейрона (возникнове­ния ПД) необходимы потоки афферент­ных импульсов и их взаимодействие. Одна везикула (квант медиатора) содержит 1—10 тыс. молекул медиатора. Один ПД, пришедший в пресинаптическое окон­чание, обеспечивает выделение 200—300 квантов медиатора; при этом возникает небольшой ВПСП — около 0,05 мВ (ми­ниатюрный ВПСП). Необходимо учесть, что одновременно могут возникать не только возбуждающие, но и тормозные потенциалы. Пороговый потенциал нейрона равен 5—10 мВ, поэтому ясно, что для возбуждения нейрона требуется некоторое множество импульсов. Вы­брос медиатора из нервного окончания обеспечивает входящий в деполяризо­ванную терминаль Са²⁺, причем количе­ство медиатора прямо пропорционально входу ионов Са²⁺, при этом четыре иона Са²⁺ обеспечивают выброс одного кван­та медиатора. При поступлении импуль­сов к нейрону-мишени по различным входам в результате пространственной суммации ВПСП возникает ПД нейро­на-мишени.

ВПСП возникает вследствие сум­марного тока в клетку и из клетки через ионные каналы различных ионов со­гласно электрохимическому градиен­ту. Поступивший в пресинаптическое окончание Са²⁺ удаляется в среду с по­мощью Са-насоса.

Прекращение действия выделивше­гося в синаптическую щель медиатора осуществляется частично посредством обратного захвата его пресинаптическим окончанием, частично — с помощью разрушения специальными фермента­ми. Например, норадреналин расще­пляется МАО и катехолметилтрансфе- разой, ацетилхолин гидролизуется аце- тилхолинтрансферазой, имеющейся в синаптической щели и встроенной в постсинаптическую мембрану. Прекра­щение действия избытков медиатора на постсинаптическую мембрану предот­вращает десенситизацию — снижение чувствительности постсинаптической мембраны к действующему медиатору.

В возникновении ПД в нейронах при­нимают участие ионы Са²⁺, ток которых в клетку более медленный, чем ток Na⁺, играющий главную роль в формирова­нии ПД-нейронов. В частности, в ден­дритах клеток Пуркинье мозжечка вы­явлены не только быстрые натриевые потенциалы, но и медленные кальцие­вые. В телах некоторых нервных клеток потенциал действия создается преиму­щественно за счет Са²⁺.

Место возникновения ВПСП, вызы­вающих ПД нейрона, — тело нейрона, поскольку постсинаптические мембра­ны этих синапсов располагаются в не­посредственной близости от аксонного холмика, где начинается развитие ПД. Близость ВПСП, возникающих в теле нейрона, к аксонному холмику обеспечи­вает их участие в механизмах генерации ПД. Однако подавляющее большинство синапсов (в частности, в коре большого мозга, согласно расчетам, 98 %) нахо­дится на дендритах. Площадь мембра­ны тела нейронов занята синапсами на 40 %, дендритов — на 75 %. Синапсов в коре большого мозга в 40 тыс. раз боль­ше, чем самих нейронов.

Место возникновения ПД нейрона. Формирование ПД начинается на мем­бране аксонного холмика (генераторный пункт нейрона). Синапсы на нем отсут­ствуют, возбудимость мембраны аксон­ного холмика в 3—4 раза превосходит воз­будимость мембраны тела нейрона, что объясняется более высокой (примерно в 7 раз) концентрацией Na-каналов на аксонном холмике (на нем отсутствует миелиновая оболочка). ВПСП, возни­кающие в любых участках сомы нейрона суммируются, их суммарное электриче­ское поле достигает аксонного холмика и вызывает его деполяризацию до КП, в результате чего начинает развиваться ПД на аксонном холмике. Это связано с тем, что постоянная длины мембраны тела нейрона (расстояние, на котором исходная амплитуда ВПСП уменьшает­ся на 37 %) составляет 1-2 мм, а диаметр тела нейрона — всего лишь 10-80 мкм. Поэтому электрическое поле начально­го возбуждения аксонного холмика обе­спечивает деполяризацию тела нейрона до КП, в результате чего возникает ПД нейрона, который проводится по аксону к другой клетке.

На восходящей части ПД нейрона регистрируется перегиб на уровне 30— 40 мВ (задержка в развитии ПД), вслед­ствие того что возбудимость мембраны тела нейрона в 3—4 раза ниже возбуди­мости мембраны аксонного холмика, что также является подтверждением

Рис. 6.2. Типичный ПД нейронов ЦНС:

1 — деполяризация; 2 — инверсия; 3 — реполяри­зация; 4 — следовая гиперполяриэация; 5 — сле­довая деполяризация

 

описанного механизма формирования ПД нейрона (рис. 6.2). Таким образом, ПД нейрона — это единый одновремен­ный процесс возбуждения аксонного холмика и тела нейрона.

Роль дендритов в возникновении воз­буждения нейрона. Дендритные синапсы называют модуляторами. Это связано с тем, что они удалены на значительное расстояние от генераторного пункта нейрона — аксонного холмика. Поэто­му суммарное электрическое поле их ВПСП не может вызвать достаточную деполяризацию аксонного холмика и обеспечить возникновение ПД, а опре­деляет лишь возбудимость нейрона.