Змеиный яд, зарин и антидепрессанты. Сразу можно подумать, что между этими веществами нет ничего общего, но при более внимательном рассмотрении можно заметить, что они имеют схожий механизм действия, а именно — влиять на нейромедиаторы.

На первый взгляд наша нервная система представляет из себя подобие электрической цепи, по которой ежесекундно проносятся множество электрических импульсов. Однако при лучшем рассмотрении мы можем заметить, что полноценная передача информации зависит не только от электрической энергии, но и от специальных химических веществ — нейромедиаторов.

Наши нейроны не соединены напрямую между собой, между ними — синаптическая щель (20–30 нм). Изначально электрический импульс передается по аксону (отростку нейрона). Чтобы преодолеть барьер в виде синаптической щели, нейрон использует нейромедиаторы (нейротрансмиттер).

Нейромедиаторы синтезируются в нейронах, накапливаются и хранятся в синаптических пузырьках. При поступлении нервного импульса нейромедиатор выделяется и взаимодействует с рецепторами постсинаптической клетки. После чего либо разрушается, диффундирует, или происходит процесс обратного захвата (например, у серотонина, дофамина, норадреналина).
Почему появился и развился такой сложный механизм? Очевидно, что благодаря возрастанию сложности организации системы появляются новые функции и способности. Внедрение «гибридного» механизма привело к появлению качеств совсем иного порядка.

Универсальность и гибкость: электрический сигнал всегда одинаковый, химическая передача позволяет «кодировать» информацию разными медиаторами и их комбинациями. Это дает возможность сложной регуляции (один и тот же сигнал может возбуждать один нейрон и тормозить другой).

Избирательность: медиаторы могут воздействовать только на те клетки, у которых есть нужные рецепторы.

Усиление сигнала: один импульс может вызвать выброс множества молекул медиатора, что приводит к большему эффекту. Что позволяет «подстроить громкость» сигнала.

Пластичность и обучение: изменяя количество выделяемого медиатора или чувствительность рецепторов, мозг регулирует силу синапсов. Именно это лежит в основе памяти и обучения.

Химическая модуляция: существуют медиаторы-модуляторы (дофамин, серотонин, норадреналин), которые не просто передают сигнал, а настраивают работу нейронных сетей, влияя на настроение, мотивацию, внимание и прочее.

Именно химический способ передачи у простейших организмов появился раньше. На данный момент насчитывают около сотни веществ, которые способны работать как медиаторы. Но наибольшую роль в организме человека играют около одного десятка веществ (ацетилхолин, дофамин, норадреналин, адреналин, серотонин и другие).

К концу 19-го века было уже известно о существовании зазоров между нейронами, при этом науке было хорошо известно об огромной роли электрической энергии в работе сердца.
Какую роль играют эти зазоры было не совсем понятно, но всё намекало на наличие каких-то посредников. И это подтверждалось косвенно, например, было замечено, что выжимка из надпочечников оказывает стимулирующее действие на работу сердечной мышцы (тогда удалось выделить адреналин, но механизм его работы не установили).

При изучении спорыньи (яд гриба, вызывающего «Антониев огонь», или средневековую танцевальную манию), исследователям удалось выделить вещество, называемое ацетилхолин (точную роль, которую играет ацетилхолин в работе нервной системы, установили позже, собственно, тогда вещество и получило свое название). При дальнейшем изучении было выяснено, что ацетилхолин оказывает тормозящий эффект на нервную систему человека. Однако открытие этих фактов ещё не отвечало на все вопросы. В 1921 году немецкий ученый Отто Лёви провел серию интересных экспериментов.

Лёви извлекал сердца у ещё живых лягушек и помещал их в емкость с физиологическим раствором, где орган продолжал некоторое время сокращаться. Стимуляция блуждающего нерва позволяло добиться сокращение частоты сердечных сокращений. Как было описано выше, сердце находилось в физиологическом растворе, когда в этот раствор помещали другое сердце лягушки, оно также замедляло свою работу.

Этот факт явно говорил о наличии какого-то химического вещества, которое выделяется в результате воздействия на блуждающий нерв в окружающий раствор. Через пару лет Генри Дейл выделил это вещество и дал ему название — ацетилхолином. За свое открытие Отто Лёви и Генри Дейл в 1936 году получили Нобелевскую премию.

Открытие ацетилхолина подстегнуло работу других исследователей. Выше упоминалось, что выжимка из надпочечников стимулирует работу сердца. Изучая влияние адреналина на организм, исследователи пришли к выводу, что существует близкое ему вещество, которое действует как нейромедиатор в симпатической нервной системе. Этим веществом оказался норадреналин, который является прямым предшественником адреналина в цепи его синтеза. В 1947 году было точно определено — норадреналин является медиатором. Вещество, выделяемое симпатическими нервами и действующее как передатчик информации.

В начале следующего десятилетия раскрылась тайна механизма выделения нейромедиатора. Исследования показали, что синапсы выделяют небольшую порцию нейромедиатора, ровно столько содержится в одной везикуле. Это открытие позволило полностью понять и описать работу синаптической передачи.
В дальнейшие годы ряд открытых нейромедиаторов пополнился, думаю, многим известны такие названия: дофамин, серотонин, гистамин, глицин и другие.

В настоящее время насчитывается несколько десятков различных нейромедиаторов. Каждое из этих веществ выполняет свою определенную задачу. Рассмотрим работу нейромедиаторов, которые больше всего на слуху обывателя.

Ацетилхолин — играет важную роль в процессе передачи сигнала от нервов к мышцам, фактически без этого нейромедиатора невозможно передать команду мышцам организма, они перестают сокращаться. В нашем организме особо важные функции выполняются автоматически, без контроля нашего сознания. За это отвечает вегетативная (автономная) нервная система. Если мы каким-либо образом заблокируем ацетилхолин, нервная система потеряет контроль над органами и наступит смерть.
Индейцы Южной Америки изготавливали яд «кураре», который представлял собой смесь экстрактов из местных растений. Точный состав зависел от региона и племени. При попадании в организм жертвы яд блокирует рецепторы, связанные с ацетилхолином. Нейромедиатор выделяться, но не может на них воздействовать. Жертва сначала теряет возможность передвигаться, а затем умирает от остановки дыхания.

Стоит отметить, что при нормальном функционировании нервной системы ацетилхолин после своего воздействия сразу же разрушается, чтобы сигнал был точечным. Это своего рода защита нервной системы от перегрузки.

Боевые отравляющие вещества (зарин, зоман, табун, VX) отключают эту защиту. Они блокируют фермент ацетилхолинэстеразу (фермент, который разрушает ацетилхолин).
Поскольку фермент блокируется, происходит быстрое накопления ацетилхолина в синаптической щели, что приводит к постоянной стимуляции органов-мишеней. Клинически этот эффект будет сопровождаться обильным слюнотечением, мочеиспусканием и дефекацией. Мышцы тела начнут некоординированные подергивания. И всё это закончиться параличом дыхательной мускулатуры и остановкой дыхания.
В сельском хозяйстве вещества с похожим механизмом действия для борьбы с вредителями.

Дофамин — довольно известный нейромедиатор среди обывателей. Широко известен он благодаря одной своей важной функции — быть главным мотиватором и движущей силой нашего поведения.
Вырабатывается медиатор в клетках головного мозга, и там сразу же расходуется. Самый главный «потребитель» — прилежащее ядро, которое является центром мотивации и удовольствия.

Решая основные задачи выживания (например, размножение) наш мозг выделяет порцию дофамина, который стимулирует центр удовольствия. Дофамин выступает как своеобразный пряник, получаемый за работу (подняли пятую точку с дивана, сделали что-то и получили свою награду).

Получение награды важно для организации обучения нашего мозга. Ожидали много, а получили мало (мало выделилось дофамина) — это твои проблемы, следующий раз будешь знать. Собственно, как-то так наш мозг подстраивается под окружающую действительность.

Чтобы получить свою порцию дофамина, надо активно двигаться. И вот здесь открывается ещё одна задача — нормальная координация движения. При гибели дофаминовых рецепторов развивается болезнь Паркинсона. У больного человека будет наблюдаться тремор конечностей (дрожание), скованности и проблемам с ходьбой.

Если по какой-то причине нарушиться выработка достаточного уровня дофамина, система мотивации нашего мозга начнет сбоить, и это приведет как с трудностями с мотивацией, так и с возможностью концентрироваться и удерживать внимание.

Серотонин — многим известен как нейромедиатор счастья. Достаточный уровень серотонина в организме напрямую влияет на ощущение благополучия, спокойствия и уверенности в себе. Низкий уровень приводит к развитию депрессий и тревожных расстройств. Именно повышение уровня серотонина в головном мозге является задачей некоторых антидепрессантов.
Интересный факт: наибольшее количество серотонина в организме вырабатывается в клетках слизистой оболочки кишечника. Поэтому во многом путь к счастью лежит через ваш желудок — дружите со своим желудком.

С серотонином связана нормальная работа циркадных ритмов. Главный гормон сна, мелатонин, синтезируется из серотонина. Поэтому любые изменения уровня серотонина могут приводить к нарушению сна.

Серотонин может подавлять болевые сигналы, выступая в качестве очень эффективного естественного обезболивающего. В настоящее время ведутся активные работы по созданию искусственных обезболивающих, механизм работы которых будет основан на работе нейромедиатора, при этом они не будут вызывать других описанных эффектов (или будут вызывать их минимально).
Помимо описанных выше функций, серотонин влияет на когнитивные функции и социальное поведение человека.

Глицин — это не только таблетки, которые продают в ближайшей аптеке, но и важное вещество в организме человека, главная роль которого заключается в торможении нейронов.
Если обратить внимание на строение скелетной мускулатуры, сразу в глаза бросится факт, что мышцы делятся на два типа: сгибатели и разгибатели. Читая эту заметку, мы обязательно манипулируем своим гаджетом, нажимая на него (сгибаем и разгибаем свои пальцы и руки). Чтобы наши движения были точными и координированными, глицин подтормаживает мышцы сгибателей или разгибателей.

В головном мозге глицин работает как своеобразный фильтр, тормозящий второстепенные сигналы от зрительной и слуховой систем, помогая концентрироваться только на главном, что очень важно для процесса обучения.

Прием глицина внутрь в теории должен способствовать улучшению концентрации и когнитивных способностей. Однако не стоит забывать, что глицин очень плохо проходит гематоэнцефалический барьер, и по этой причине его эффект будет минимальным.

Мир нейромедиаторов намного больше, чтобы описать их всех потребовалась бы не одна статья, а лучше — книга. Поэтому эта заметка представляет собой краткую выжимку информации о наиболее известных среди обывателей нейромедиаторах.

Автор: Павел Демидович

Оригинал