ГАМК (гамма-аминомасляная кислота)

 

ГАМК является непищевой аминокислотой. Это значит, что она не входит в состав белков и полностью синтезируется в нашем организме. ГАМК присутствует в нервной системе в большом количестве. Дело в том, что она, как и глутаминовая кислота, играет важную роль в процессах внутриклеточного обмена веществ (прежде всего, в ферментативном разложении глюкозы). И лишь небольшая часть ГАМК выполняет функции медиатора. В этом случае она легко образуется из глутаминовой кислоты прямо в пресинаптических окончаниях. Далее происходит перенос ГАМК в везикулы и выброс в синаптическую щель.

ГАМК очень широко распространена в ЦНС _– не менее широко, чем глутаминовая кислота. В основном она является медиатором относительно мелких нейронов, осуществляющих тормозную регуляцию проведения сигналов. Иными словами, передачу информации от одной нервной структуры к другой осуществляют, прежде всего, глутаматергические нейроны (релейные, тип Гольджи I). Функции же возвратного, латерального и прочего торможения реализуются преимущественно за счет деятельности ГАМК-ергических клеток. Однако, в некоторых зонах ЦНС встречаются и крупные релейные нейроны, использующие ГАМК в качестве медиатора. Таковыми являются, например, клетки Пуркинье (кора мозжечка) и клетки бледного шара, играющие чрезвычайно важную роль в двигательных центрах головного мозга.

Выделяясь в синаптическую щель, ГАМК действует на соответствующие рецепторы. Выделяют два их типа _– ГАМК_А и ГАМК_В. Первый является постсинаптическим, ионотропным и содержит Cl^--каналы; второй _– как пост-, так и пресинаптическим, метаботропным и влияет на К⁺-каналы. Более исследованы ГАМК_А-рецепторы, агонисты которых нашли широкое применение в клинической практике. Антагонисты ГАМК_А-рецепторов бикукулин и пикротоксин являются сильными ядами и вызывают судороги. При этом бикукулин является конкурентным антагонистом и связывается с местом присоединения к рецептору самой ГАМК. Пикротоксин _– неконкурентный антагонист и блокирует хлорный ионный канал.

Структура ГАМК_А-рецептора весьма сложна. Кроме активного центра, присоединяющего собственно медиатор, он сдержит места связывания целого ряда других веществ. Наиболее известными в их ряду являются барбитураты и бензодиазепины, увеличивающие время открывания Cl^--каналов. В результате наблюдаются агонистические по отношению к ГАМК эффекты. Это обусловило широкое использование бензодиазепинов и барбитуратов в клинике как успокоительных (транквилизаторы) и противоэпилептических препаратов, снотворных, средств для наркоза. Нередко все эти эффекты способно вызвать одно и тоже вещество по мере увеличения дозы.

Барбитураты действуют во всех отделах мозга, вызывая генерализованное торможение. Поэтому они более предпочтительны как средства для наркоза (гексенал), а также для использования при тяжелых формах эпилепсии (фенобарбитал, бензонал). Барбитураты-снотворные (барбитал, нембутал) в настоящее время находят все меньшее применение, поскольку вызываемый ими сон отличается от естественного (уменьшается выраженность парадоксальной стадии). После сна может наблюдаться сильная заторможенность, нарушение скорости реакции и координации движений.

Длительное применение барбитуратов вызывает зависимость. При этом синдром отмены проявляется в виде бессонницы, беспокойства, а в тяжелых случаях _– бреда и судорог. Прием барбитуратов совместно с алкоголем усиливает их действие. В результате возможна передозировка, приводящая к остановке дыхания.

Перечисленные недостатки барбитуратов вызвали поиск более тонко действующих агонистов ГАМК. В результате в начале 50-х годов появились бензодиазепины, действующие в основном на конечный мозг. Используясь как снотворные препараты (нитразепам) они увеличивают глубину и продолжительность сна. Однако, избыточное их количество, как и в случае барбитуратов, может легко привести к дневной заторможенности. Особенно это важно для людей, чья работа связана с повышенным уровнем внимания и необходимостью быстрого реагирования.

 

Как противосудорожные препараты бензодиазепины применяются при относительно более легких формах эпилепсии, по сравнению с барбитуратами. В таких случаях важно не только снизить вероятность припадков, но и сохранить ЦНС в работоспособном состоянии. Следовательно, оптимальным вариантом является не генерализованное торможение мозга, а избирательное снижение активности нейронов эпилептического очага.

Эпилептический очаг представляет собой постоянно возбужденную область ЦНС. Причины этого возбуждения могут быть самыми разными: последствия травмы и/или кровоизлияния в мозг, повышенное внутричерепное давление, локальная гибель или недоразвитие тормозных интернейронов и т.п. Периодически "вырываясь" из эпилептического очага, нервное возбуждение может широко распространяться по мозгу, вызывая судорожный припадок.

К тяжелым последствиям эпилепсии относят и так называемые "эпилептические сумерки" –помрачение сознания с наплывом зрительных и слуховых галлюцинаций, бредом. Двигательная активность при этом сохраняется, и под влиянием болезненных переживаний возможны агрессивные действия. У многих больных возникают периодические изменения настроения (дисфории) - состояния беспокойства, злобности, придирчивости или, наоборот, оживления и веселости. Сумеречные состояния и дисфории рассматриваются как замещающие эпилептический припадок явления, позволяющие "разрядиться" скопившемуся патологическому возбуждению.

В последнее время особенно эффективным для облегчения состояния эпилептических больных считается совместное введение агонистов ГАМК (в первую очередь, бензодиазепинов) и антагонистов глутаминовой кислоты (ламотриджина и др.). В этом случае состояние нервной системы корректируется сразу с двух сторон - за счет усиления тормозных и ослабления возбуждающих процессов. Такой подход позволяет свести к минимуму побочные эффекты. Это чрезвычайно важно для сохранения нормального работоспособного состояния мозга пациентов с легкими формами эпилепсии.

Термин " транквилизаторы " происходит от латинского tranquillo – успокаивать. Основным их эффектом является уменьшение эмоциональной напряженности, тревоги и страха. В современной литературе для препаратов этой же группы используется термин "анксиолитики" (от английского anxiety _– тревожность). Транквилизаторы могут также применяться в качестве противосудорожных препаратов; на их фоне облегчается сон и усиливается действие снотворных препаратов и анальгетиков.

Наиболее известными анксиолитиками-бензодиазепинами являются элениум (синонимы _– либриум, хлозепид), реланиум (диазепам, седуксен, сибазон, валиум), тазепам (нозепам). Более мягким по сравнению с ними действием характеризуется мезапам (нобриум), что позволяет назначать его пожилым людям, детям, а также в качестве дневного транквилизатора, минимально угнетающего основные функции ЦНС.

Механизм действия бензодиазепинов на ГАМК_А-рецептор прояснился относительно недавно. Оказалось, что препараты этой группы связываются с активным центром, "настроенным" на особые пептиды _– эндозепины (длиной 6 и более аминокислот). Эндозепины являются блокаторами ГАМК_А-рецепторов (подавляют открывание Cl^--канала) и вызывают возбуждение, страх, проконфликтное поведение. Бензодиазепины, в свою очередь, функционируют как антагонисты эндозепинов и тем самым увеличивают торможение в ЦНС.

Несколько слов о ГАМК_В-рецепторах. Благодаря открыванию К⁺-каналов они способны вызывать не только тормозные постсинаптические потенциалы, но и гиперполяризацию пресинаптических окончаний. Последняя снижает кальциевый ток и выброс медиаторов ("пресинаптическое торможение"). За счет этого механизма ГАМК_В-рецепторы модулируют, например, высвобождение моноаминов, причем особенно значимо в лобной коре. Клиническое применение получил агонист ГАМК_Врецепторов баклофен, входящий в группу противосудорожных препаратов.

Инактивация ГАМК происходит в основном путем обратного всасывания в пресинаптическое окончание и последующего превращения в глутаминовую кислоту. Реакцию эту осуществляет особый фермент ГАМК-трансфераза. Его блокаторами являются соли вальпроевой кислоты, которые оказывают транквилизирующее и противосудорожное действие. Вальпроаты особенно полезны при малых формах эпилепсии. Вызываемые ими побочные депрессантные изменения, как правило, минимальны.

Наконец, сама ГАМК. Понятно, что при нанесении на нервную ткань она вызывает тормозные эффекты. Однако, через гемато-энцефалический барьер эта аминокислота проходит плохо (примерно на 1/10), а проникая в мозг вызывает, главным образом, метаболические изменения. Тем не менее ГАМК в "чистом виде" (препарат аминалон) используется в клинике при различных патологиях мозга: после инсультов и травм, при возрастных изменениях, сосудистых заболеваниях, умственной отсталости и т.п.. Для ГАМК характерно мягкое психостимулирующее действие, реализуемое за счет, прежде всего, улучшения работы тормозных интернейронов.

Аминалон относится к еще одной группе психотропных препаратов _– ноотропам. Термин "ноотропы" был введен в 70-е годы для обозначения веществ, оказывающих стимулирующее действие на обучение и память, повышающих устойчивость нервной системы к неблагоприятным воздействиям, восстанавливающих нарушенные высшие функции мозга. Классическим представителем ноотропов является пирацетам (ноотропил), мягко активирующий различные нейромедиаторные системы за счет, прежде всего, улучшения метаболических процессов в нервных клетках.

 

Глицин

 

Глицин - заменимая пищевая аминокислота. Одновременно он является тормозным медиатором, хотя и значительно менее распространенным, чем ГАМК. Большая часть глицинергических клеток выполняет так называемое возвратное торможение. Его назначение - предохранение мотонейронов от перевозбуждения. Оно осуществляется следующим образом (рис. 14). Коллатераль от аксона мотонейрона образует возбуждающий синапс на интернейроне, который называется клеткой Реншоу (по имени исследователя, открывшего возвратное торможение). Аксон же клетки Реншоу направляется назад к мотонейрону и образует на нем тормозные синапсы. При слабом возбуждении мотонейрона, сопровождаемом одиночными ПД, бегущими по его аксону, возбуждение клетки Реншоу недостаточно для генерации ею нервного импульса. Однако когда возбуждение мотонейрона нарастает, частота ПД, проводимых по его аксону увеличивается. Это приводит к суммации ВПСП на клетке Реншоу и генерации ею серии импульсов, которые в конечном итоге притормаживают мотонейрон.

Глицин выполняет свою медиаторную функцию в интернейронах вентральных рогов серого вещества спинного мозга, а также двигательных ядер черепных нервов (особенно подъязычного и тройничного). Некоторое количество глицинергических нейронов обнаруживается также в промежуточном мозгу и ретикулярных ядрах продолговатого мозга.

Известен только один тип глицинового рецептора. Рецептор этот ионотропный и содержит Cl^--канал. Специфическим блокатором канала является стрихнин _– алкалоид тропического дерева чилибуха. В больших дозах стрихнин приводит к перевозбуждению мотонейронов, сильнейшим судорогам и удушью. В малых дозах (до 0,01 г) его применяют как тонизирующее средство при быстрой утомляемости, гипотонии, мышечной атонии, параличах.

Глицин в чистом виде назначают как успокаивающий (седативный) препарат, уменьшающий возбуждение в стволе головного мозга. Глицин ослабляет также проявления абстинентного синдрома – депрессию, повышенную раздражительность, нарушения сна и двигательные нарушения (мелкие подергивания, тремор). Это позволяет применять его для лечения больных хроническим алкоголизмом.

Нейропептиды

 

Пептиды _– вещества, состоящие из цепочек аминокислот. Оказалось, что ряд пептидов также является медиаторами нервной системы, за что они и получили название нейропептиды. Первым из них было открыто вещество Р (от "powder" _– порошок), выделенное из сухого порошка спинного мозга. Этот пептид состоит из 11 аминокислот и относится к группе тахикининов.

Вещество Р вырабатывается нейронами спинномозговых ганглиев, связанными с рецепцией боли. Далее этот пептид транспортируется по центральным отросткам этих нейронов (аксонам) в задние рога спинного мозга, где работает как истинный медиатор, передающий болевой сигнал на вставочные нейроны. Но кроме того вещество Р переносится и в чувствительные нервные окончания в коже, где оно выполняет гормоноподобную функцию, вызывая воспалительный процесс.

Это происходит следующим образом. Поврежденные клетки выделяют химические вещества, возбуждающие чувствительные нервные окончания, что приводит к ПД, и болевая чувствительность проводится в ЦНС. Параллельно с этим нервные окончания выделяют вещество Р, которое влияет на окружающие клетки и капилляры, вызывая их расширение, что приводит к разогреву и отеку тканей. Клетки кожи в ответ на воздействие вещества Р выделяют ряд веществ, в частности тканевых гормонов простагландинов, что ведет к возбуждению нервных окончаний, которые снова выделяют вещество Р.

Возникает замкнутый круг, и даже микротравмы иногда вызывают такой каскад реакций, результатом которого бывает самоподдерживающаяся боль. В некоторых случаях такой генез бывает у головной и зубной боли.

Блокаторы выделения простагландинов (вернее, фермента, отвечающего за их синтез) _– ненаркотические анальгетики, например, анальгин и аспирин.

Вырабатывается вещество Р и некоторыми интернейронами ЦНС. В таком случае оно содержится в пресинаптических окончаниях совместно с другими медиаторами (например, ГАМК, серотонином).

 

Наиболее изученной группой пептидных медиаторов являются опиоидные пептиды. Их название происходит от опиума _– вещества, выделенного из мака и обладающего анальгетическим и эйфорическим действием. Под действием опиума по мере увеличения дозы наблюдается обезболивание, успокоение и засыпание. Основное действующее начало опиума _– морфин. Обезболивающие эффекты морфина осуществляются через задние рога спинного мозга, эйфорические влияния (безмятежность, отрешенность) _– через гипоталамус, где расположен центр положительных эмоций. Засыпание связано с общим торможением стволовых структур. Сверхбольшие дозы морфина могут вызвать остановку дыхания.

В 70-е годы были найдены рецепторы к морфину _– опиоидные рецепторы. Затем в течение нескольких лет шел поиск присоединяющихся к ним эндогенных медиаторов. В итоге оказалось, что последние весьма многочисленны и являются веществами пептидной природы (опиоидные пептиды). В настоящее время среди них выделяют в зависимости от первичной структуры эндоморфины (4 аминокислоты), энкефалины (5 аминокислот), эндорфины (10 и более аминокислот), динорфины (8 и более аминокислот).

Показано, что опиоидные пептиды влияют по крайней мере на три типа рецепторов (мю-, дельта- и каппа-), причем морфин является агонистом лишь первого из них. Наиболее избирательными по отношению к мю-рецепторам являются эндоморфины; по отношению к дельта-рецепторам _– энкефалины; по отношению к каппа-рецепторам _– динорфины.

Синтез медиаторов-пептидов значительно более сложен по сравнению с медиаторами других групп и происходит в теле нейрона на рибосомах.

Основной механизм действия опиоидов в ЦНС _– пресинаптическое торможение выделения медиаторов (рис. 15). В этом случае пресинаптическое окончание с, например, энкефалинами, образует синапс на пресинаптическом окончании, передающем болевые импульсы (с веществом Р в качестве медиатора). Именно на этом пресинапсе и находятся опиоидные рецепторы. Соединяясь с ними, энкефалины способны ослабить работу основного (передающего боль) синапса двумя путями. Вопервых, они понижают активность аденилатциклазы и, следовательно, синтез цАМФ; во-вторых, действуя на фосфолипазу, способствуют открыванию хемочувствительных К⁺-каналов. В результате активность Са²⁺-каналов снижается, поскольку зависит и от количества цАМФ, и от потенциала на мембране. Количество входящего кальция падает, это уменьшает выброс везикул с веществом Р, и передача боли ослабляется.

Морфин и сходные с ним соединения являются, по сути, агонистами опиоидных рецепторов. Эти вещества вызывают очень сильное пресинаптическое торможение и могут привести к полному обезболиванию. Однако, анальгетический эффект носит временный характер, поскольку проводящий боль нейрон быстро “нарабатывает” дополнительное количество аденилатциклазы. И в этом, собственно, и состоит механизм привыкания к морфину, когда для достижения эффекта нужно вводить все большее количество препарата (рис. 16).

При попытке отказа от морфина в фоне (когда опиоид уже не действует) количество цАМФ может оказаться гораздо выше нормы. Это приведет к более интенсивной передаче болевых и прочих сигналов. В таком случае можно говорить о возникновении зависимости, которая проявляется в абстинентном синдроме (глубокая депрессия, боли). Чтобы снять синдром, нужно вновь ввести морфин и т.д. по замкнутому кругу. Важно, что для опиоидов подобная зависимость вырабатывается очень быстро _– после 3-5 применений (в дофаминергической и ГАМК-ергических системах _– после десятков и сотен применений).

Тем не менее, в клинике опиоиды остаются самыми мощными из известных анальгетиков и незаменимы для снятия наиболее тяжелой боли (травмы, злокачественные опухоли и т.п.). При этом наряду с морфином используется кодеин – еще один опиоид, содержащийся в маке. Он обладает более слабым анальгетическим и эйфорическим действием и входит в состав таблеток "Пенталгин" и "Седалгин". Кроме того, кодеин избирательно тормозит активность кашлевого центра и применяется как противокашлевый препарат.

Разработано также значительное количество синтетических аналогов морфина. Некоторые из них сравнимы с прототипом по активности (метадон), некоторые – слабее (пентазоцин; вызывает меньшее привыкание) или сильнее (фентанил; используется для анестезии). Все эти вещества относятся к группе наркотических анальгетиков. Их не следует путать с ненаркотическим анальгетиками, которые действуют не на ЦНС, а на возбудимость болевого рецептора (анальгин, аспирин и др.).

Используется в клинике и антагонист опиоидных рецепторов налоксон. Его применяют при передозировке наркотических анальгетиков и приеме сверхдоз морфина и героина.

 

Разнообразие пептидов как медиаторов и модуляторов деятельности нервной системы чрезвычайно велико. Но далеко не для всех из них к настоящему времени найдены в ЦНС специфические рецепторы, и далеко не все они присутствуют в нервной ткани в значимом количестве. Дело в том, что многие нейропептиды являются фрагментами пептидных гормонов и гормонов-белков, выполняющих специфические функции в периферических органах. Кроме того многие нейропептиды вырабатываются нервными клетками в дополнение к основным медиаторам и, накапливаясь в везикулах, выбрасываются из пресинаптического окончания. В этом случае они обычно вызывают не открывание ионных каналов, а медленные метаболические изменения в постсинаптической клетке (что, собственно, и подразумевает термин "модуляторы деятельности нервной системы").

Приведем несколько примеров. Холецистокинин является стимулятором сокращений желчного пузыря; его короткий участок вызывает тревожность и страх. Вазопрессин управляет деятельностью почек; его фрагменты активируют процессы запоминания. Адренокортикотропный гормон (АКТГ) регулирует деятельность коры надпочечников; его короткие участки стимулируют внимание и классифицируются как ноотропы.

Факторы роста нервов

Мы рассмотрели много классов соединений, играющих важнейшую роль в деятельности мозга: ионные каналы, молекулярные насосы, рецепторы, медиаторы, вторичные посредники. Однако существует еще одна группа веществ, важных для ЦНС _– это факторы роста нервов (ФРН).

ФРН являются белками и состоят из более чем 100 аминокислот. Наиболее известен из них ФРН, выделенный впервые из слюнной железы мыши. Факторы роста могут и должны синтезировать все ткани, к которым в ходе эмбриогенеза направляются нервные отростки, т.е. аксоны мотонейронов, аксоны клеток вегетативной нервной системы, отростки клеток сенсорных ганглиев и т.п.

Функцией ФРН является обеспечение выживания нервной клетки на ранних стадиях развития эмбриона и, частично, у взрослого организма. Они также направляют прорастание отростков нервных клеток и установление контактов с органом-мишенью на поздних стадиях развития эмбриона и при травмах. Иными словами, ФРН являются своеобразными указателями, привлекающими растущие отростки. При этом каждая периферическая ткань, видимо, секретирует свой ФРН, а соответствующая группа нейронов ЦНС врожденно настроена на этот фактор.

Выделяясь клетками-мишенями, ФРН захватывается нервными отростками и переносится в сому. В результате он попадает в ядро нейрона, воздействует на ДНК и регулирует синтез ферментов, что обеспечивает рост, развитие и выживание нервной клетки. Такой механизм действия можно классифицировать как гормоноподобный. Сходным образом влияют на работу клеток, например, гормон щитовидной железы тироксин и гормон гипофиза соматотропин.

В качестве примера работы ФРН рассмотрим процесс прорастания аксона мотонейрона и образование нервно-мышечного синапса.

Когда контакт еще не установлен, никотиновые рецепторы к ацетилхолину равномерно распределены по всей мембране мышечного волокна. Конус роста аксона направляется к мышечной клетке, которая выделяет много ФРН. На конусе роста уже сформированы все механизмы (Са²⁺-каналы и пр.), которые включают выброс ацетилхолина при возбуждении мотонейрона. При установлении контакта аксона и мышечной клетки образуется синапс. Ацетилхолин начинает активировать мышечное волокно, и никотиновые рецепторы собираются на постсинаптическую мембрану. В результате концентрация рецепторов на постсинаптической мембране оказывается в 1000 раз больше, чем на остальной мембране.

Мышечное волокно, получившее возможность сокращаться, резко уменьшает синтез ФРН. Фактор роста теперь выделяется только в зоне синапса, что ограничивает число формируемых на волокне нервно-мышечных контактов. В итоге первый проросший аксон "монополизирует" весь ФРН, а остальные волокна дегенерируют. Более того, примерно половина мотонейронов эмбриона вообще не успевает сформировать ни одного контакта с мышечными клетками и погибает.

В итоге одно мышечное волокно управляется одним аксоном, хотя один аксон благодаря своим коллатералям может иннервировать сразу много волокон. Интересно, что если электрически раздражать эмбриональное мышечное волокно, то ФРН тоже прекращает выделяться, и нервно-мышечный синапс вообще не образуется. Если, напротив, денервировать волокно (перерезка аксона, необратимые блокаторы никотиновых рецепторов), то синтез ФРН опять увеличивается, и к волокну начинают прорастать другие аксоны. То же происходит и при травмах периферических нервов.

 

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: