Судороги — важный сигнал организма о серьезных нарушениях. Ацетилхолин — можно ли увеличить интеллект

Систематическое (МСТПХ) название:

2-ацетокси- N,N,N-триметилэтанаминиум

Свойства:

Химическая формула – C7H16NO+2

Молярная масса – 146,2074г моль-1

Фармакология:

Период полувыведения – 2 минуты

Ацетилхолин (АЦХ) представляет собой органическую молекулу, которая на большинство организмов, включая и организм человека, воздействует как нейротрансмиттер. Является сложным эфиром уксусной кислоты и холином, химическая формула ацетилхолина –CH3COO(CH2)2N+(CH3)3, систематическое (МСТПХ) название – 2-ацетокси- N,N,N-триметилэтанаминиум. Ацетилхолин является одним из многих нейротрансмиттеров в автономной (вегетативной) нервной системе. Он оказывает влияние как на периферическую нервную систему (ПНС), так и на центральную нервную систему (ЦНС) и является единственным нейротрансмиттером, использующимся в моторном отделе соматической нервной системы. Ацетилхолин является главным нейротрансмиттером в вегетативных ганглиях. В сердечной ткани нейротрансмиссия ацетилхолина обладает ингибиторным эффектом, что способствует снижению сердечного ритма. С другой стороны, ацетилхолин ведет себя как возбуждающий нейротрансмиттер в нейромышечных соединениях скелетной мышцы.

История создания

Ацетилхолин (АЦХ) впервые был обнаружен Генри Халлетом Дейлом в 1915 году, когда было замечено влияние данного нейротрансмиттера на сердечную ткань. Отто Леви подтвердил, что ацетилхолин является нейротрансмиттером и назвал его Vagusstuff («блуждающее нечто», англ.) поскольку образец был получен из блуждающего нерва. В 1936 году оба за свои труды получили Нобелевскую премию в области физиологии и медицины. Ацетилхолин был первым обнаруженным нейротрансмиттером.

Функция

Ацетилхолин

Аббревиатура : АЦХ

Источники : множественные

Направленность : множественная

Рецепторы : никотиновые, мускариновые

Предшественник : холин, ацетил-КоА

Синтезирующий энзим : холин ацетилтрансфераза

Метаболизирующий энзим : ацетилхолинэстераза

Ацетилхолин как нейротрансмиттер обладает действием и в ПНС (периферической нервной системе), и в ЦНС. Его рецепторы обладают очень высокими константами связывания. В ПНС ацетилхолин активирует мышцы и является основным нейротрансмиттером в автономной нервной системе. В ЦНС ацетилхолин вместе с нейронами и формирует систему нейротрансмиттеров, холинергическую систему, которая способствует ингибиторной активности.

В ПНС

В ПНС ацетилхолин активирует скелетные мышцы и является основным нейротрансмиттером в автономной нервной системе. Ацетилхолин привязывается к ацетилхолиновым рецепторам на тканях скелетной мышцы и открывает лиганд-активируемые натриевые каналы в клеточной мембране. Ионы натрия затем проникают в мышечную клетку, начинают в ней действовать и приводят к сокращению мышцы.Хотя ацетилхолин и вызывает сокращение скелетной мышцы, для подавления сокращения тканей сердечной мышцы он воздействует с помощью рецептора иного типа (мускарина).

В автономной нервной системе

В автономной нервной системе ацетилхолин выделяется:

Во всех постганглионарных парасимпатикотроных нейронах

Во всех преганглионарных симпатикотропных нейронах

Сердцевина надпочечника является измененной симпатикотропной ганглией. При стимуляции ацетилхолином, сердцевина надпочечника вырабатывает эпинефрин и норэпинефрин

В некоторых постганглионарных симпатикотропнхы тканях

В нейронах-стимуляторах потовых желез и в самих потовых железах

В центральной нервной системе

В центральной нервной системе ацетилхолин обладает некоторыми свойствами нейромодулятора и воздействует на гибкость, активацию и подкрепляющую систему. АЦХ играет важную роль в улучшении сенсорного восприятия во время просыпания, а также обеспечивает внимательность. Повреждение холинэргических (производящих ацетилхолин) систем в мозге способствуют ухудшению памяти при . Ацетилхолин задействован в . Также недавно было выявлено, что спад ацетилхолина может быть основной причиной депрессий.

Проводящие пути

Насчитывается три вида проводящих путей ацетилхолина в ЦНС

Через варолиев мост к таламусу и коре головного мозга

Через крупноклеточное ядро глазодвигательного нерва к коре

Септогиппокампальным путем

Структура

Ацетилхолин является многоатомным катионом. Вместе с близлежащими нейронами ацетилхолин образует систему нейротрансмиттеров, холинэргическую систему, в стволовой части мозга и базальных отделах переднего мозга, которая способствует распространению аксонов в разные участки мозга. В стволовой части мозга данная система берет свое начало из педункулопонтийного ядра и латеродорсального тегментального ядра, которые вместе составляют вентральную тегментальную область. В базальных отделах переднего мозга данная система берет свое начало в базальном оптическом ядре Мейнерта и септальном ядре:

Ко всему прочему, ацетилхолин действует как важный «внутренний» трансмиттер в стриатуме, что является частью базального ядра. Он высвобождается посредством холинэргического промежуточного нейрона.

Чувствительность и ингибирование

Ацетилхолин обладает и другими воздействиями на нейроны – способен вызывать медленную деполяризацию посредством блокировки тонически активного тока К+, что увеличивает чувствительность нейронов. Также ацетилхолин способен активировать проводники катионов и таким образом напрямую стимулировать нейроны. Постсинаптические М4-мускариновые рецепторы ацетилхолина открывают внутренний вентиль калиевого ионного канала (Kir) и приводят к ингибированию. Воздействие ацетилхолина на отдельные типы нейронов может зависеть от продолжительности холинэргической стимуляции. Например, кратковременное облучение ацетилхолина (несколько секунд) может способствовать ингибированию кортикальных пирамидальных нейронов посредством мускариновых рецептор, привязанных к G-белку подгруппы альфа Gq типа. Активация рецептора М1 способствует выбросу кальция из внутриклеточного пула, что впоследствии способствует активации калиевой проводимости, что в свою очередь ингибирует разжигание пирамидальных нейронов. С другой стороны, активация тонического рецептора М1 является крайне возбуждающей. Так, воздействие ацетилхолина на один и тот же тип рецептора может способствовать возникновению разных эффектов в одинаковых постсинаптических нейронах в зависимости от продолжительности активации рецептора. Недавние эксперименты на животных выявили, что кортикальные нейроны на самом деле испытывают временные и постоянные изменения в местных уровнях ацетилхолина при поиске партнера. В коре головного мозга тонический ацетилхолин ингибирует 4 слой средних шипиковых нейронов, а в слоях 2/3 и 5 возбуждает пирамидальные клетки. Это позволяет отфильтровать слабую афферентную импульсацию в 4 слое и усилить импульсацию, которая будет доходить до слоя 2/3 и слоя L5 возбудителя микроцепей. Как результат, данное воздействие ацетилхолина на слои служит усилением отношения «сигнал-шум» в работе коры головного мозга. В то же время, ацетилхолин воздействует через никотиновые рецепторы и возбуждает определенные группы ингибиторных ассоциативных нейронов в коре, что способствует затуханию активности в коре.

Процесс принятия решений

Одной из основных функций ацетилхолина в коре головного мозга является увеличенная восприимчивость сенсорного раздражителя, что является формой внимания. Фазовые увеличения ацетилхолина при визуальной, слуховой и соматосенсорной стимуляции способствовали увеличению частоты испускания нейронов в соответствующих главных сенсорных зонах коры говного мозга. Когда холинэргические нейроны в базальном отделе переднего мозга поражены, у животных значительно ухудшается способность распознавать визуальные сигналы. При рассмотрении воздействия ацетилхолина на таламокортикальные связи, путь передачи сенсорных данных, выявилось, что применение холинэргического агониста карбахолина in vitro на слуховую кору мозга мышей способствовало улучшению таламокортикальной активности. В 1997 году был применен другой холинэргический агонист, и было выявлено, что активность была улучшена в таламокртикальных синапсах. Данное открытие доказало, что ацетилхолин играет важную роль в ходе трансмиссии информации от таламуса к различным отделам коры головного мозга. Еще одной функцией ацетилхолина в коре головного мозга является подавление передачи интракортикальной информации. В 1997 году к неокортикальным слоям был применен холинэргический агонист мускарин и было обнаружено, что возбудительные постсинаптические потенциалы между интракортикальными синапсами были подавлены. In vitro применение холинэргического агониста карбахолина на слуховой коре мышей также подавило активность. Оптическая запись с использованием краски, чувствительной к напряжению, в визуальных кортикальных долях выявила значительное подавление состояния интракортикального возбуждения при наличии ацетилхолина. Некоторые формы обучения и пластичности в коре головного мозга зависят от наличия ацетилхолина. В 1986 году было выявлено, что типичное синаптическое перераспределение в первичной зрительной коре, возникающее в ходе монокулярной депривации, снижается при истощении холинэргических вбросов в данную область коры. В 1998 году было выявлено, что повторяющаяся стимуляция базальных отделов переднего мозга, основного источника ацетилхолиновых нейронов, наряду с облучением звуком на определенной частоте, приводила к перераспределению слуховой зоны коры головного мозга в лучшую сторону. В 1996 году было исследовано воздействие ацетилхолина на пластичность, зависимую от опыта, путем снижения холинэргических сигналов в колончатом коре крыс. У животных с недостатком холинэргичности подвижность усов значительно снижена. В 2006 году было обнаружено, что активация никотиновых и мускариновых рецепторов в прилежащем ядре мозга необходима для выполнения заданий, за которые животные получали еду. Ацетилхолин неоднозначно проявляет себя в используемых для исследований средах, что было выявлено на основе функций, описанных выше, и результатов, полученных на основе выполняемых испытуемыми поведенческих тестов с использованием раздражителей. Разница во времени реакции между корректно проведенными тестами и некорректно проведенными тестами у приматов разнилась инверсивно при фармакологическом изменении уровня ацетилхолина и хирургическом изменении уровня ацетилхолина. Схожие данные были получены при исследовании , а также при обследовании курильщиков после получения дозы никотина (агонист ацетилхолина).

Синтез и распад

Ацетилхолин синтезируется в определенных нейронах с помощью энзима холинцетилтрансферазы из составляющих холина и ацетил-CoA. Холинэргические нейроны отвечают за выработку ацетилхолина. Примером центральной холинэргической области является базальное ядро Мейнерта в базальном отделе переднего мозга. Энзим ацетилхолинэстеразы преобразует ацетилхолин в неактивные метаболиты холина и ацетата. Данный энзим в избытке содержится в синаптической щели и в его задачи входит быстрое очищение свободного ацетилхолина от синапса, что крайне важно для хорошего функционирования мышц. Определенные нейротоксины способны ингибировать ацетилхолинэстеразы, что приводит к избытку ацетилхолина в нейромышечном соединении и вызывает паралич, остановку дыхания и сердца.

Рецепторы

Существует два основных класса ацетилхолинового рецептора – никотиновый ацетилхолиновый рецептор (н-холинорецептор) и мускариновый ацетилхолиновый рецептор (м-холинорецептор). Они получили свои названия по лигандам, активирующим рецепторы.

Н-холинорецепторы

Н-холинорецепторы представляют собой ионотропные рецепторы, проницаемые ионами натрия, калия и кальция. Стимулируются никотином и ацетилхолином. Подразделяются на два главных типа – мышечный и нейронный. Мышечный может частично блокироваться кураре, а нейронный – гексонием. Основные места расположения н-холинорецептора – мышечные концевые пластины, автонономные ганглии (симпатическая и парасимпатическая) и ЦНС.

Никотиновые

Миастения гравис

Заболевание миастения гравис, симптомами которого являются мышечная слабость и утомление, развивается, когда тело не должным образом выделяет антитела против никотиновых рецепторов, таким образом ингибируя корректную трансмиссию ацетилхолинового сигнала. С течением времени концевые пластины двигательного нерва в мышце разрушаются. Для лечения данного заболевания используют препараты, ингибирующие ацетилхолинэстеразу – неостигмин, физостигмин или пиридостигмин. Данные препараты способствуют тому, что эндогенный ацетилхолин дольше взаимодействует с соответствующими ему рецепторами перед тем, как быть деактивированным ацетилхолинэстеразой в синаптической щели (область между нервом и мышцей).

М-холинорецепторы

Мускариновые рецепторы являются метаботропными и воздействуют на нейроны более продолжительное время. Стимулируются мускарином и ацетилхолином. Мускариновые рецепторы расположены в ЦНС и ПНС сердца, легких, в верхнем желудочно-кишечном тракте и потовых железах. Ацетилхолин иногда используется в ходе операций по удалению катаракты для сужения зрачка. Атропин, содержащийся в белладонне, обладает противоположным эффектом (антихолинэргическим) поскольку блокирует м-холинорецепторы и тем самым расширяет зрачок, откуда по сути и происходит название растения («bella donna» с испанского переводится как «красивая женщина») – женщины использовали данное растения для расширения зрачков в косметических целях. Используется внутрь глаза, поскольку роговичная холинэстераза способна метаболизировать примененный местно ацетилхолин еще до того, как тот достигнет глаза. Тот же принцип используется для расширения зрачка, при сердечно-легочной реанимации и др.

Вещества, воздействующие на холинэргическую систему

Блокирование, замедление или имитация действия ацетилхолина повсеместно применяется в медицине. Вещества, влияющие на ацетилхолиновую систему, являются либо агонистами рецепторов, стимулируя систему, либо антагонистами, подавляя ее.

Никотиновые рецепторы двух типов: Nm и Nn. Nm находится в нейромышечном соединении и способствует сокращению скелетных мышц через потенциал концевой пластинки. Nn вызывает деполяризацию в автономной ганглии, что приводит к постганглионарному импульсу. Никотиновые рецепторы способствуют выбросу катехоламина из мозгового слоя надпочечников, а также являются возбудителями или ингибиторами в мозге. И Nm, и Nn связаны каналами Na+ и k+, однако Nn связан дополнительным каналом Ca+++.

Агонисты/антагонисты ацетилхолинового рецептора

Агонисты и антагонисты ацетилхолинового рецептора могут воздействовать на рецепторы напрямую или косвенно путем влияния на энзим ацетилхолинэстеразу, что приводит к разрушению рецептора лиганд. Агонисты увеличивают уровень активации рецепторов, антагонисты снижают его.

Заболевания

Агонисты ацетилхолиновго рецептора используются для лечения миастении гравис и болезни Альцгеймера.

Болезнь Альцгеймера

Поскольку количество ацетилхолиновых рецепторов α4β2 снижено, в ходе лечения используются препараты, ингибирующие холинэстеразу, например галантамина гидробромид (конкурентный и обратимо действущий ингибитор).

Препараты прямого действия Препараты, описанные ниже, имитируют действие ацетилхолина на рецепторы. В малых дозах они стимулируют рецепторы, в больших – вызывают онемение.

ацетил-карнитин

ацетилхолин

бетанехол

карбахолин

цевимелин

мускарин

• пилокарпин

  суберилхолин

  суксаметоний

Ингибиторы холинэстеразы

Большинство косвенно действующих агонистов ацетилхолинового рецептора воздействуют путем ингибирования энзима ацетилхолинэстеразы. Происходящая в итоге аккумуляция ацетилхолина вызывает продолжительную стимуляцию мышц, желез и ЦНС. Данные агонисты являются примерами ингибиторов энзимов, они увеличивают действенность ацетилхолина путем замедления его распада; некоторые используются как агенты нервно-паралитического действия (зарин, газ нервно-паралитического действия VX) или как пестициды (органофосфаты и карбаматы). Клинически применяется для обращения действия мышечных релаксантов, для лечения миастении гравис и симптомов болезни Альцгеймера (ривастигмин, который увеличивает холинэргическую активность в мозге).

Обратимо действующие вещества

Следующие вещества обратимо ингибируют энзим ацетилхолинэстеразы (который разрушает ацетилхолин), таким образом, увеличивая уровни ацетилхолина.

Большинство препаратов, использующихся при лечении болезни Альцгеймера

Донепезил

Ривастигмин

• Эдрофоний (различает миастенический и холинэргический кризис)

  Неостигмин(обычно используется для обращения действия нейромускульных блокаторов, используемых в анестезии, реже – при миастении гравис)

  Физостигмин (используется при глаукоме и при передозировках антихолинэргическими препаратами)

  Пиридостигмин (при лечении миастении гравис)

  Карбаматные инсектициды (альдикарб)

  Гуперизин А

Необратимо действующие вещества

Ингибируют энзим ацетилхолинэстеразы.

Эхотиофат

Изофлуорофат

Органофосфатные инсектициды (малатион, Pпаратион, азинфос метил, хлорпирифос)

Органофосфатсодержащие агенты нервно-паралитического действия (зарин, газ нервно-паралитического действия VX)

Жертвы органофосфатсодержащих агентов нервно-паралитического действия обычно погибают от удушения, поскольку не в состоянии расслабить диафрагму.

Переактивация ацетилхолиновой эстеразы

Пралидоксим

Антагонисты ацетилхоинового рецептора

Противомускариновые агенты

Ганглионарные блокаторы

Мекамиламин

Гексаметоний

Триметафан

Нейромускульные блокаторы

Атракурий

Цисатракурий

Доксакурий

Метокурин

Мивакурий

Панкуроний

Рокуроний

Суцинилхолин

Тубокуранин

Векуроний

Ингибиторы синтеза

Органические ртутосодержащие вещества, такие как метилртуть, обладают сильной связью с сулифидрильными группами, что вызывает дисфункцию энзима холинацетилтрансферазы. Данное ингибирование может привести к ацетилхолинной недостаточности, что может отразиться на моторной функции.

Ингибиторы холинового реаптейка

Гемихолин

Ингибиторы выброса

Ботулин подавляет выброс ацетилхолина, а яд черной вдовы (альфа-латротоксин) обладает обратным эффектом. Ингибирование ацетилхолина вызывает паралич. При укусе черной вдовы, содержание ацетилхолина резко падает, и мышцы начинают сокращаться. При полном истощении наступает паралич.

Другое/неидентифицированное/неизвестное

Суругатоксин

Химический синтез

Ацетилхолин, 2-ацетокси-N,N,N-триметилэтил аммоний хлорид, легко синтезируется с применением различных способов. Например, 2-хлороэтанол вступает в реакцию с триметиламином, и получившийся в результате N,N,N-триметилэтил-2-этаноламин гидрохлорид, также называемый холином, ацетилируется андригидом уксусной кислоты или ацетилхлоридом, и в итоге получается ацетилхолин. Второй метод синтеза заключается в следующем– триметиламин вступает в реакцию с этилен оксидом, который при реакции с гидрогеном хлорида превращается в гидрохлорид, который, в свою очередь, ацетилируется как уже было описано выше. Также ацетилхолин можно получить путем взаимодействия 2-хлороэтанол ацетата и триметиламина.

Ацетилхолин осуществляет передачу нервных импульсов в холинергических синапсах. Открытие медиаторной роли ацетилхолина принадлежит австрийскому фармакологу О. Леви (Loewi). Холинергические синапсы имеются как в соматической, так и вегетативной нервной системе. Двигательные волокна соматической нервной системы иннервируют скелетные мышцы, и с их окончаний выделяется ацетилхолин. Эфферентные проводящие пути вегетативной нервной системы состоят из двух нейронов: первый расположен в центральной нервной системе (в стволе головного мозга и спинном мозге), второй - в вегетативном ганглии, который относится к периферической нервной системе (рис. 5). Соответственно отростки первых нейронов формируют преганглионарные волокна, вторых - постганглионарные. В преганглионарных нейронах и симпатического, и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы основным медиатором служит ацетилхолин. Различаются же симпатический и парасимпатический отделы по медиатору, высвобождающемуся в синапсах постганглионарного волокна: в симпатической нервной системе это норадреналин, в парасимпатической - ацетилхолин.
Таким образом, ацетилхолин служит передатчиком импульсов с окончаний всех парасимпатических постганглионарных волокон, с окончаний постганглионарных симпатических волокон, иннервирующих потовые железы, с окончаний всех (как симпатических, так и парасимпатических) преганглионарных волокон, с окончаний двигательных нервов поперечно-полосатых мышц, а также во многих центральных синапсах.

Химически ацетилхолин представляет собой сложный эфир холина и уксусной кислоты. Его синтез проходит в окончаниях нервных волокон из спирта холина и ацетил-КоА под влиянием фермента холинацетилтрансферазы. Скорость реакции синтеза лимитируется концентрацией холина в синаптических окончаниях. Синтезированный медиатор депонируется в везикулах в результате активного транспорта с участием фермента - Mg^-зависимая АТФаза. Основным механизмом выделения ацетилхолина в синаптическую щель, в результате чего формируется постсинаптический потенциал, служит Са2+-зависимый экзоцитоз. Деполяризация нервного окончания, которая увеличивает проницаемость пресинаптической мембраны для Са2+, - необходимое условие выделения ацетилхолина.
Ацетилхолин химически нестоек, в щелочной среде быстро распадается на холин и уксусную кислоту. Разрушение его в холинергическом синапсе катализируется ферментом ацетилхолинэстера- зой, открытым О. Леви. Ацетилхолинэстераза находится на постсинаптической мембране рядом с холинорецептором и является одним из самых быстродействующих ферментов. Быстрое разрушение медиатора обеспечивает лабильность холинергической нервной передачи. Образовавшийся холин захватывается белками-транспортерами пресинаптической мембраны и служит далее для восстановления ацетилхолина в терминали (рис. 6).

/>Рис. 6. Схема строения холинергического синапса (цит. по: Маркова И. Н., Неженцева М. Н., 1997):
АХ - ацетилхолин; ХР - холинорецептор; М - мускариновый холинорецептор; Н - никотиновый холинорецептор; АХЭ - ацетилхолинэстераза; ТМ - транспортный механизм; ХА - холинацетилтрансфераза; (+) - активация; (-) - торможение

Действие ацетилхолина на мембрану состоит в его реакции с хо- линорецепторами, входящими в структуру клеточной мембраны (рис. 7). Так, реакция ацетилхолина с Н-холинорецептором вызывает изменение пространственного расположения атомов белковой молекулы рецептора. В результате увеличивается размер межмоле- кулярных пор мембраны, образуя свободный проход для ионов Na+, а затем и К+, и происходит деполяризация клеточной мембраны с последующей реполяризацией. Вызываемые ацетилхолином изменения молекулы рецептора легко обратимы. После передачи импульса уже приблизительно через 1 мс заканчивается деполяризация и восстанавливается обычная проницаемость мембраны. К этому времени холинорецептор уже свободен от связи с ацетилхолином.
Полагают, что вызываемая ацетилхолином деформация молекулы рецептора приводит не только к увеличению межмолекулярных пор мембраны, но и способствует отторжению ацетилхолина от рецептора. Отторжение это необходимо для взаимодействия освобождающего ацетилхолина с ацетилхолинэстеразой и его последующего разрушения (см. рис. 7).
Вещества, влияющие на холинорецепторы, способны вызывать стимулирующий (холиномиметический) или угнетающий (холинолитический) эффект.

о.
C-0-CH2CH2-N(CH3)3


/ C-0-CH2CH2-N(CH3)3
сн3
Рис. 7. Схема взаимодействия ацетилхолина с холинорецептором
и ацетилхолинэстеразой (цит. по: Закусов В. В., 1973):
ХР - холинорецептор; АХЭ - ацетилхолинэстераза; А - анодный центр ХР и АХЭ; Э - эстеразный центр АХЭ и эстерофильный центр ХР
Фармакологические вещества могут воздействовать на следующие этапы синаптической передачи холинергических синапсов: синтез ацетилхолина; 2) процесс высвобождения медиатора; 3) взаимодействие ацетилхолина с холинорецепторами; 4) разрушение ацетилхолина; 5) захват пресинаптическим окончанием холина, образующегося при разрушении ацетилхолина. Например, на уровне пресинаптических окончаний действует ботулиновый токсин, препятствующий высвобождению медиатора. Транспорт холина через пресинаптическую мембрану (нейрональный захват) угнетается гемихолином. Непосредственное влияние на холинорецепторы оказывают холиномиметики (пилокарпин, цитизин) и холинолитики (М- холиноблокаторы, ганглиоблокаторы и периферические миорелак- санты). Для угнетения фермента ацетилхолинэстеразы могут быть использованы антихолинэстеразные средства (прозерин).

Ацетилхолин — один из важнейших нейромедиаторов, он осуществляет нервно-мышечную передачу, является основным в парасимпатической нервной системе. Разрушается ферментом — ацетилхолинэстеразой .

Его применяют как лекарственное вещество и в фармакологических исследованиях.

Медицина

Периферическое мускариноподобное действие (мускарин — это тот, что в мухоморе) :

– замедление сердечных сокращений

– спазм аккомодации

Понижение артериального давления

– расширение периферических кровеносных сосудов

– сокращение мускулатуры бронхов, желчного и мочевого пузыря, матки

– усиление перистальтики желудка, кишечника,

– усиление секреции пищеварительных, потовых, бронхиальных, слёзных желез, миоз.

Сужение зрачка связано с понижением внутриглазного давления.

Ацетилхолин играет важную роль как медиатор ЦНС (передача импульсов в отделах мозга, малые концентрации облегчают, а большие тормозят синаптическую передачу).

Изменения в обмене ацетилхолина могут приводить к нарушению функций мозга. Недостаток во многом определяет картину заболевания – болезнь Альцгеймера.

Некоторые центральнодействующие антагонисты являются психотропными препаратами. Передозировка антагонистов может оказывать галлюциногенный эффект.

Зачем нужен

Образующийся в организме принимает участие в передаче нервного возбуждения в ЦНС, вегетативных узлах, окончаниях парасимпатических, двигательных нервов.

Ацетилхолин связан с функциями памяти. Снижение при болезни Альцгеймера ведет к ослаблению памяти.

Ацетилхолин играет важную роль в пробуждении и засыпании. Пробуждение происходит, когда увеличивается активность холинергических нейронов.

Физиологические свойства

В малых дозах является физиологическим передатчиком нервного возбуждения, а в больших дозах может блокировать передачу возбуждения.

На этот нейромедиатор влияет курение и употребление мухоморов.

Ацетилхолин - не самое знаменитое вещество, но он играет важную роль в таких процессах, как память и обучение. Давайте приоткроем завесу тайны над одним из самых недооцененных нейромедиаторов нашей нервной системы.

Первый среди равных

Рисунок 1. Классический опыт Отто Лёви по выявлению химических посредников передачи нервных импульсов (1921 год). Объекты - изолированные и погруженные в солевой раствор сердцá двух лягушек (донора и реципиента). Описание приведено в тексте. Рисунок с сайта en.wikipedia.org , адаптирован .

В научно-популярной литературе медицинской и нейрофизиологической направленности чаще всего речь заходит о трех нейромедиаторах : дофамине , серотонине и норадреналине . Во многом это объясняется тем, что нормальные и болезненные состояния, связанные с изменением уровня этих нейротрансмиттеров, доступнее для понимания и вызывают больше интереса у читателей. Об этих веществах я уже писал, теперь настало время уделить внимание еще одному медиатору.

Речь пойдет об ацетилхолине , и это будет символично, учитывая, что он был первым открытым нейромедиатором. В начале XX века между учеными велся спор, каким способом передается сигнал от одной нервной клетки на другую. Одни считали, что электрический заряд, пробежав по одному нервному волокну, передается на другое по каким-то более тонким «проводам». Их оппоненты утверждали, что существуют вещества, которые переносят сигнал от одной нервной клетки к другой. В принципе, обе стороны оказались правы: существуют химические и электрические синапсы . Однако сторонники второй гипотезы оказались «правее» - химические синапсы преобладают в организме человека .

Чтобы разобраться в особенностях передачи сигнала от одной клетки к другой, физиолог Отто Лёви проводил простые, но изящные опыты (рис. 1). Он стимулировал электрическим током блуждающий нерв лягушки, что приводило к уменьшению частоты сердечных сокращений*. Затем жидкость, находящуюся вокруг этого сердца, Лёви собирал и наносил на сердце другой лягушки - и оно тоже замедлялось. Это доказывало существование некоего вещества, передающего сигнал от одних нервных клеток другим. Загадочное вещество Лёви назвал vagusstoff («вещество блуждающего нерва»). Сейчас мы знаем его под названием ацетилхолин. Вопросом химической синаптической передачи занимался и британец Генри Дейл , который обнаружил ацетилхолин еще раньше Лёви. В 1936 году оба ученых получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине «за открытия, связанные с химической передачей нервных импульсов».

* - О том, как сокращается наше сердце - об автоматизме, дирижирующих пейсмейкерах и даже смешных каналах, - читайте в обзоре « » . - Ред.

Ацетилхолин (рис. 2) производится в нервных клетках из холина и ацетилкофермента-А (ацетил-КоА). За разрушение ацетилхолина отвечает фермент ацетилхолинэстераза , находящийся в синаптической щели; об этом ферменте будет подробный разговор позже. План строения ацетилхолинергической системы головного мозга схож со строением других нейромедиаторных систем (рис. 3). В стволе мозга существует ряд структур, выделяющих ацетилхолин, который поступает по аксонам в базальные ганглии головного мозга. Там есть свои ацетилхолиновые нейроны, чьи отростки расходятся широко по коре и проникают в гиппокамп .

Рисунок 3. Ацетилхолиновая система мозга. Мы видим, что в глубоких отделах головного мозга находятся скопления нервных клеток (в переднем мозге и стволе), которые посылают свои отростки в различные отделы коры и подкорковых областей. В конечных пунктах из нейронных окончаний выделяется ацетилхолин. Местные эффекты нейромедиатора различаются в зависимости от типа рецептора и его расположения. MS - медиальное ядро перегородки, DB - диагональная связка Брока, nBM - базальное магноцеллюлярное ядро (ядро Мейтнера); PPT - педункулопонтийное тегментальное ядро, LDT - латеральное дорсальное тегментальное ядро (оба ядра - в ретикулярной формации ствола мозга). Рисунок из , адаптирован.

Рецепторы ацетилхолина делятся на две группы - мускариновые и никотиновые . Стимуляция мускариновых рецепторов приводит к изменению метаболизма в клетке через систему G-белков* (метаботропные рецепторы ), а воздействие на никотиновые - к изменению мембранного потенциала (ионотропные рецепторы ). Это происходит благодаря тому, что никотиновые рецепторы связаны с натриевыми каналами на поверхности клеток. Экспрессия рецепторов различается в разных участках нервной системы (рис. 4).

* - О пространственных структурах нескольких представителей громадного семейства GPCR-рецепторов - мембранных рецепторов, действующих через активацию G-белка, - доступно рассказано в статьях: «Рецепторы в активной форме » (об активной форме родопсина) , «Структуры рецепторов GPCR „в копилку“ » (о дофаминовом и хемокиновом рецепторах) , «Рецептор медиатора настроения » (о двух серотониновых рецепторах) . - Ред.

Рисунок 4. Распределение мускариновых и никотиновых рецепторов в головном мозге человека. Рисунок с сайта , адаптирован .

Медиатор памяти и обучения

Ацетилхолиновая система головного мозга напрямую связана с таким явлением как синаптическая пластичность - способность синапса усиливать или снижать выделение нейромедиатора в ответ на увеличение или уменьшение его активности. Синаптическая пластичность является важным процессом для памяти и обучения , поэтому ученые стремились обнаружить его в отделе мозга, отвечающем за эти функции - в гиппокампе. Большое количество ацетилхолиновых нейронов направляет свои отростки в гиппокамп, и там они влияют на высвобождение нейромедиаторов из других нервных клеток . Способ осуществления этого процесса довольно простой: на теле нейрона и его пресинаптической части расположены различные никотиновые рецепторы (в основном, α 7 - и β 2 -типов). Их активация будет приводить к тому, что прохождение сигнала по иннервируемой клетке упростится, и он с большей вероятностью перейдет на следующий нейрон. Наибольшее влияние такого рода испытывают на себе ГАМК-ергические нейроны - нервные клетки, чьим нейромедиатором является γ-аминомасляная кислота .

ГАМК-ергические нейроны являются важной частью системы, генерирующей электрические ритмы нашего мозга. Эти ритмы можно записать и изучить при помощи электроэнцефалограммы - широкодоступного метода исследования в нейрофизиологии. Ритмы различной частоты обозначаются греческими буквами: 8–14 Гц - альфа-ритм, 14–30 Гц - бета-ритм и так далее. Использование стимуляторов ацетилхолиновых рецепторов приводит к тому, что в мозге возникает тета- (0,4–14 Гц) и гамма-ритм (30–80 Гц). Эти ритмы, как правило, сопровождают активную когнитивную деятельность. Стимуляция постсинаптических мускариновых ацетилхолиновых рецепторов, расположенных на нейронах гиппокампа (центра памяти) и префронтальной коры (центр сложных форм поведения), приводит к возбуждению этих клеток и генерации упомянутых выше ритмов. Они сопровождают различную когнитивную деятельность - например, выстраивание временнόй последовательности событий .

Гиппокамп и префронтальная кора играют важную роль в обучении. С точки зрения рефлексов любое обучение происходит двумя путями. Допустим, вы экспериментатор, и объектом вашего эксперимента является мышь. В первом случае в ее клетке зажигается свет (условный стимул), и грызун получает кусочек сыра (безусловный стимул) еще до того, как свет погаснет. Формирующийся рефлекс можно назвать задержанным . Во втором случае свет также зажигается, но мышь получает лакомство через некоторое время после выключения лампочки. Этот тип рефлекса называется следовым . Рефлексы второго типа зависят от осознанности стимулов больше, чем рефлексы первого типа. Угнетение активности ацетилхолинергической системы приводит к тому, что у животных не вырабатываются следовые рефлексы, хотя с задержанными проблем не возникает .

При сравнении секреции ацетилхолина в мозге крыс, у которых вырабатывали оба вида рефлексов, были получены интересные данные . У крыс, которые успешно справлялись с усвоением временнόй связи между условным и безусловным стимулом, обнаруживалось значительное увеличение уровня ацетилхолина в медиальной префронтальной коре (рис. 5) по сравнению с гиппокампом. Особенно существенной была разница в уровнях ацетилхолина у крыс, которые выработали следовый рефлекс. Те грызуны, которые не справились с обеими задачами, обнаруживали приблизительно равные уровни нейромедиатора в исследуемых отделах мозга (рис. 6). Исходя из этого можно заключить, что непосредственно в обучении бóльшую роль играет префронтальная кора, а гиппокамп сохраняет полученные знания .

Рисунок 5. Выброс ацетилхолина в гиппокампе (HPC) и префронтальной коре (PFC) крыс при успешной выработке рефлексов. Максимальный уровень ацетилхолина наблюдается в префронтальной коре при выработке следового рефлекса. Рисунок из .

Рисунок 6. Выброс ацетилхолина в гиппокампе (HPC) и префронтальной коре (PFC) крыс в случае «провала» в обучении. Регистрируется почти одинаковое содержание ацетилхолина в двух зонах вне зависимости от рефлекса. Рисунок из.

Рецепторы внимания

Рисунок 7. Многообразие ацетилхолиновых рецепторов (nAChR) в слоях префронтальной коры головного мозга. Рисунок из .

Для обучения важен не только интеллект или объем памяти, но и внимание. Без внимания даже самый успешный ученик будет двоечником. Ацетилхолин участвует также в процессах, регулирующих внимание.

Внимание - сфокусированное восприятие или обдумывание проблемы - сопровождается повышенной активностью в префронтальной коре. Ацетилхолиновые волокна направляются в лобную кору из глубоких отделов мозга. В связи с тем, что часто нам требуется быстрое переключение внимания, вполне логично, что в регуляции внимания участвуют никотиновые (ионотропные) рецепторы ацетилхолина, а не мускариновые, которые вызывают более медленные и преимущественно структурные изменения в нейронах. Повреждение ацетилхолиновых структур глубоких отделов мозга снижает активность медиальной префронтальной коры и нарушает внимание . Кроме того, взаимодействие глубоких ацетилхолиновых структур с префронтальной корой не ограничивается восходящими сигналами. Нейроны лобной коры также отправляют свои сигналы в нижележащие отделы, что позволяет создавать саморегулирующуюся систему поддержания внимания . Внимание поддерживается за счет воздействия ацетилхолина на пресинаптические и постсинаптические рецепторы (рис. 7).

При разговоре о никотиновых рецепторах и внимании возникает вопрос об улучшении когнитивных функций при помощи курения, то есть введения дополнительной дозы никотина, пусть и в виде сигаретного дыма . Ситуация здесь довольно ясная, и результаты не дают курильщикам лишнего аргумента в пользу их пагубного пристрастия. Никотин, пришедший извне, нарушает нормальное развитие мозга, что может приводить к расстройствам внимания (на долгие годы) . Если сравнивать курильщиков и некурящих, то у первых показатели внимания хуже, чем у их оппонентов . Улучшение внимания у курильщиков возникает в случае выкуривания сигареты после долгого воздержания, когда их плохое настроение и когнитивные проблемы улетучиваются вместе с дымом.

Лекарство для памяти

Если в норме ацетилхолинергическая система нашего мозга отвечает за память, внимание и обучение, то заболевания, при которых нарушается этот тип трансмиссии в нашем мозге, должны проявляться соответствующими симптомами: потерей памяти, снижением внимания и способности учиться новому. Здесь надо сразу оговориться, что в ходе нормального старения у подавляющего большинства людей снижается и способность к запоминанию нового, и живость ума в целом. Если эти нарушения выражены настолько, что мешают пожилому человеку заниматься повседневной деятельностью и удовлетворять свои повседневные потребности (обслуживать себя), то тогда врачи могут заподозрить деменцию . Если вы хотите узнать о деменции больше, то рекомендую начать с изучения информационного бюллетеня ВОЗ , посвященного этой патологии .

Строго говоря, деменция - это не отдельное заболевание, а синдром, встречающийся при ряде заболеваний. Одной из самых частых болезней, которая приводит к деменции, является болезнь Альцгеймера . Считается, что при болезни Альцгеймера в нервных клетках накапливается патологический белок β-амилоид , который и нарушает деятельность нервных клеток, что в итоге приводит к их гибели. Кроме этой теории существует ряд других, которые имеют свои доказательства. Вполне вероятно, что при болезни Альцгеймера в клетках головного мозга разных пациентов происходят неодинаковые процессы, но приводят они к схожим симптомам. Однако β-амилоид интересен тем, что он может подавлять эффект, производимый ацетилхолином на клетку через никотиновые рецепторы . Если у нас получится интенсифицировать ацетилхолинергическую передачу, то мы можем уменьшить проявления болезни и продлить самостоятельную жизнь человеку с деменцией.

К препаратам, используемым при деменции, относятся ингибиторы ацетилхолинэстеразы (АХЭ) - фермента, разрушающего ацетилхолин в синаптической щели. Применение ингибиторов АХЭ приводит к повышению содержания ацетилхолина в межнейронном пространстве и улучшению передачи сигнала. Исследование эффективности ингибиторов АХЭ при болезни Альцгеймера определило, что они способны уменьшить симптомы заболевания и замедлить его прогрессирование . Три наиболее применяемых препарата из этой группы - ривастигмин, галантамин и донепезил - сравнимы по эффективности и безопасности. Также существует небольшой, но успешный опыт применения ингибиторов АХЭ в лечении музыкальных галлюцинаций у пожилых людей .

При помощи ацетилхолина наш мозг обучается, фокусирует внимание на разных объектах и явлениях окружающего мира. Наша память «работает» на ацетилхолине, а его дефицит можно компенсировать при помощи лекарств. Надеюсь, что вам понравилось знакомство с ацетилхолином.

Литература

1. Дофаминовые болезни ;
2. Серотониновые сети ;
3. Тайны голубого пятна ;
4. Метроном: как руководить разрядами? ;
5. Рецепторы в активной форме ;
6. . Neurobiol. Learn. Mem. 87 (1), 86–92;
7. Flesher M.M., Butt A.E., Kinney-Hurd B.L. (2011). Differential acetylcholine release in the prefrontal cortex and hippocampus during pavlovian trace and delay conditioning . Neurobiol. Learn. Mem. 96 (2), 181–191;
8. Gill T.M., Sarter M., Givens B. (2000). Sustained visual attention performance-associated prefrontal neuronal activity: evidence for cholinergic modulation . J. Neurosci. 20 (12), 4745–4757;
9. Sherman S.M. (2007). The thalamus is more than just a relay . Curr. Opin. Neurobiol. 17 (4), 417–422;
10. Bloem B., Poorthuis R.B., Mansvelder H.D. (2014). Cholinergic modulation of the medial prefrontal cortex: the role of nicotinic receptors in attention and regulation of neuronal activity . Front. Neural. Circuits. 8 , 17. doi: 10.3389/fncir.2014.00017;
11. Спасибо, дорогой Минздрав, что предупредил! ;Amyloid β-protein suppressed nicotinic acetylcholine receptor-mediated currents in acutely isolated rat hippocampal CA1 pyramidal neurons . Synapse . 67 (1), 11–20;
12. Birks J. (2006). Cholinesterase inhibitors for Alzheimer’s disease . The Cochrane Library ;
13. Kumar A., Singh A., Ekavali. (2015). A review on Alzheimer’s disease pathophysiology and its management: an update . Pharmacol. Rep. 67 (2), 195–203;
14. Blom J.D., Coebergh J.A., Lauw R., Sommer I.E. (2015). Musical hallucinations treated with acetylcholinesterase inhibitors . Front. Psychiatry . 6 , 46. doi: 10.3389/fpsyt.2015.00046..

Нам очень малоизвестно о головном мозге и интеллектуальных способностях. Однако можно с полной уверенностью говорить, что один нейромедиатор, ацетилхолин, способен повысить когнитивные способности человека. В соответствии с теорией Дарвина этот нейромедиатор должен синтезироваться с каждым новым поколением более активно. Безусловно, это утверждение справедливо в том случае, если человек не деградирует.

Однако сегодня мы не будет рассуждать на тему эволюции, а расскажем об этом медиаторе более подробно, не забыв упомянуть и о способах повышения его концентрации. Следует сказать, что повышение уровня ацетилхолина не сделает вас счастливыми, но способен ускорить процесс усвоения новой информации. Говоря проще, вы будете лучше обучаться.

Ацетилхолин: что это?

Нейромедиатор отвечает не только за интеллектуальные способности человека, но и нейро-мускульные связи, включая вегетативные. Заметим, что это одно из первых вещество данной группы, которое было открыто учеными, а произошло это еще в начале прошлого века. Важно помнить, что высокие дозировки ацетилхолина приводят к замедлению организма, а малые способствуют его ускорению. Процесс синтеза нейромедиатора активируются во время получения новой информации либо воспроизводстве старой.

Производится вещество нервными терминалями аксонами, которые представляют собой участок соединения двух нейронов. Для синтеза ацетилхолина необходимо два вещества:

Ацетилкофермент (КоА) - производится из глюкозы.

Холин - содержится в некоторых продуктах питания.

После этого нейромедиатор помещается в своеобразные контейнеры круглой формы, называемые везикулами, и отправляется в пресинаптическое окончание нейрона. После слияния везикул с мембраной клетки, ацетилхолин высвобождается, попадая в синаптическую щель.

Ацетилхолин может быть задержан в синаптической щели, проникнуть в следующий нейрон либо возращен назад. В последнем случае нейромедиатор снова помещается в везикулы. Любой нейромедиатор стремиться соединиться со своими рецепторами, расположенными на втором нейроне. Образно говоря, рецептор является дверью, а нейромедиатор ключом от нее.

В данном случае есть два вида ключей, каждый из которых способен открыть «дверь» определенного типа - мускариновую и никотиновую. Для полного описания процесса необходимо добавить, что за балансом вещества в синаптической щели следит специальный фермент - ацетилхолинэнестераза. Если вы будете в большом количестве употреблять ноотропы, то после повышения концентрации ацетилхолина до определенного уровня, данный фермент вступит в работу и разрушит избыток нейромедиатора на составные элементы.

Заболевание Альцгеймера резко ухудшает память, что как раз и связано с чрезмерной активностью ацетилэнестеразы. Сейчас при лечении этой болезни достаточно хорошие результаты показывают препараты, способные ингибировать фермент. Однако у ингибиторов ацетилэнестеразы есть один недостаток - высокая концентрация ацетилхолина может принести организму вред.

Причем побочные эффекты могут быть достаточно серьезными, вплоть до летального исхода. К ингибиторам ацетилэнестеразы можно причислить некоторые нервнопаралитические газы. Под их воздействием концентрация нейромедиатора превышает допустимые пределы, что приводит к сокращению мускулов.

Положительные эффекты ацетилхолина и его недостатки

Начнем с положительных эффектов, которыми обладает рассматриваемый нами сегодня нейромедиатор:

Повышается когнитивная способность мозги и человек становится умнее.

Улучшается память.

Улучшается работа нейро-мускульных связей - это крайне полезно в спорте. Так как организм быстрее адаптируется к стрессам.

Ни какие наркотические вещества не могут повысить уровень нейромедиатора, а приведут к прямо противоположному эффекту - производство ацетилхолина максимально подавляется галлюциногенами.

Помогает составлять грамотные планы, и вы совершите меньше глупых ошибок из-за принятия импульсивных решений.

Недостатков у данного нейромедиатора всего два:

Вреден при стрессовой ситуации, так как замедляет способность принимать быстрые решения.

При высокой концентрации замедляет работу всего организма.

Однако здесь необходимо внести небольшую поправку - все люди индивидуальны, если у вас сочетаются высокие концентрации ацетилхолина и глутамата, то вы будете более быстрым и решительным. При этом интеллектуальный потенциал серьезных изменений не претерпит.

Также отметим, что нейромедиатор начинает активнее производиться не только при поступлении новой информации, но также благодаря тренировкам мозга и тела.

Чтобы увеличить концентрацию нейромедиатора можно использовать следующие добавки: ацетил л-карнитин, DMAE, лецитин, гиперзин, медпрепараты от болезни Альцгеймера, гиперзин. Уменьшить уровень вещества помогут скополамин, атропин и димедрол. Также рекомендуем правильно питаться, чтобы концентрация ацетилхолина была высокой и в первую очередь обращайте внимание на яйца с орехами.

Если вы занимаетесь спортом, то ацетилхолин поможет вам добиться более высоких результатов.