Что такое нейромедиаторы
Нейромедиаторы — биологически активные вещества. Их главная функция — передавать сигналы от нервных клеток. То есть нейромедиаторы — это вещества, благодаря которым нервная система общается внутри себя. Один нейрон, возбуждаясь, передает нужные сигналы другому нейрону через нейромедиаторы.
Изучение нейромедиаторов началось еще в начале XX века. Тогда ученые пытались разобраться, как общаются между собой нейроны — химией или электричеством. Сантьяго Рамон-и-Кахаль и Камилло Гольджи одновременно получили Нобелевскую премию за свои исследования нервной системы в 1906 году, хотя и придерживались противоположных мнений. Рамон-и-Кахаль был уверен, что нейроны передают сигналы друг другу с помощью химических веществ. Гольджи придерживался иной точки зрения — нейроны общаются при помощи электричества.
«И только в середине XX века удалось сделать электронную фотографию синапса, на которой были видны везикулы с нейромедиаторами. Выяснилось, что большая часть нейронов общается друг с другом с помощью нейромедиаторов. Электрические синапсы тоже есть, но они редкость», — рассказала РБК Трендам кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Лаборатории клеточной нейрофизиологии человека ФИЦ ХФ РАН Елена Белова.
Синапс — место контакта между двумя нейронами или между нейроном и получающей сигнал эффекторной клеткой.
Эффекторная клетка — тип клетки в организме, которая выполняет какое-то действие в ответ на стимуляцию (например, мышечная клетка, получая сигнал от нейрона через синапс, сокращается).
Везикулы — это небольшие пузырьки, которые переносят внутри себя разнообразные вещества: от гормонов до нейромедиаторов.
Есть вещества, которые одновременно работают и как нейромедиаторы, и как гормоны. Например, если норадреналин и адреналин выделяются в мозге, то работают как нейромедиаторы. Если они выделяются корой надпочечников, то работают как гормоны. Между нейромедиаторами и гормонами тонкая грань. Не так-то просто провести разграничительную черту между ними.
- Гормон — вещество, выделяемое в железах внутренней секреции, воздействующее на ткани (клетки) организма.
- Нейромедиатор — вещество, выделяемое нейроном, чтобы передать сигнал, чаще всего другому нейрону.
«Когда все только начинали изучать, казалось, что это разные вещи. Но чем глубже мы исследуем, тем больше обнаруживаем веществ, передающих сигналы между нейронами, и все чаще находим в других клетках (например, иммунных) рецепторы к соединениям, которые считали классическими нейромедиаторами. Оказывается, что эти две системы гораздо плотнее связаны друг с другом, это две тонко переплетенные системы», — добавляет Елена Белова.
Функции и действие нейромедиаторов
Нейроны — это отдельные клетки, которым приходится непрерывно общаться друг с другом. Сигнал от одного нейрона к другому передается через контакт, где клетки примыкают друг к другу почти вплотную, оставляя только крошечный зазор. Это соединение между двумя нервными клетками и называется синапсом.
Нервные импульсы в мозге бегут по отросткам нейронов, а когда они добегают до синапса, там выделяются пузырьки с нейромедиатором, передающие сигналы следующему нейрону. То, как он отреагирует, зависит от рецепторов: некоторые нейромедиаторы могут активировать одни клетки и тормозить другие — все зависит от типа рецепторов внутри синапсов, которые воспринимают сигналы.
Дисбаланс некоторых нейромедиаторов вызывает различные заболевания и нарушения: от эпилепсии до депрессии. Хотя единого мнения по этому вопросу среди ученых тоже нет.
«Болезнь Паркинсона — пожалуй, единственное заболевание, для которого железобетонная причина — недостаток нейромедиатора дофамина. Для остальных состояний такой однозначности нет», — считает Белова.
Типы нейромедиаторов
Самые распространенные медиаторы относятся к одному из двух типов — возбуждающие и тормозные. Первый тип — те, которые возбуждают следующий нейрон (если один нейрон в цепочке активен, следующий тоже будет таким). Второй тип тормозит соседние нейроны. Еще бывают нейромодуляторы — они не просто передают возбуждающий или тормозный сигнал, а меняют восприимчивость нейрона к таким сигналам.
Также нейромедиаторы группируют по химической структуре. Среди них выделяют: аминокислоты, моноамины, пептиды. Расскажем об особенностях каждого на примерах нейромедиаторов.
Аминокислоты
- Гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) — это главный тормозный нейромедиатор мозга. Например, некоторые психоактивные вещества, которые направлены на лечение тревоги, воздействуют именно на рецепторы ГАМК.
- Глутамат — это главный возбуждающий нейромедиатор мозга. Он играет важную роль в когнитивных функциях: запоминании и обучении. Избыток глутамата губителен для нервных клеток и может способствовать появлению некоторых болезней (эпилепсия, болезнь Альцгеймера).
Пептиды
- Окситоцин. Это и гормон, и нейромедиатор. В теле женщины он стимулирует роды и появление молока, в мозге отвечает за чувство привязанности между родителями и детьми. Однако это не молекула всеобщей любви. Чувство влюбленности — сложный коктейль, прежде всего связанный с работой гипоталамуса, образованием привязанности и сексуальным возбуждением. «Когда мы находим подходящего человека, это вызывает выработку окситоцина и формирование привязанности, выработку половых гормонов и сексуальное возбуждение. Дальше если люди друг другу подошли и окситоциновая связка сформировалась, у них появляются долгосрочные отношения. «Любовь живет три года» (а на самом деле несколько месяцев) — это первичный этап отношений, где окситоциновые связки только формируются», — пояснила Белова.
- Эндорфины. Они ослабляют сигналы боли и вызывают ощущение эйфории.
Моноамины
- Адреналин и норадреналин. Их можно отнести не только нейромедиаторам, но и к гормонам. Наша реакция на стресс, внешние угрозы, а также режим собранности или расслабления осуществляется через симпатическую и парасимпатическую ветви периферической нервной системы. Мозг видит опасность, но чтобы на нее отреагировать, нужно активировать мышцы. Симпатическая система — это система передачи сигнала «бей и беги», когда усиливается работа скелетной мускулатуры, сердечных сокращений и так далее. Надпочечники выделяют адреналин, норадреналин и кортизол, которые действуют на тело. При этом норадреналин и адреналин вырабатываются и внутри мозга, и это сигнал о том, что мы в возбужденном состоянии. Когда мы выходим из «острого» режима, парасимпатическая система становится активнее, и мы переходим в режим «лежи и переваривай»: работают органы пищеварения и запускается процесс запасания жиров.
- Дофамин связан с ожиданием награды. И если награда от наших действий соответствует прогнозу, а еще лучше — больше, чем ожидалось, это повод повторять действия еще и еще. Так формируются привычки. Но все не так просто. Например, когда человек хочет похудеть, в нем борется желание быть стройным, отказавшись от калорийной пищи, с биологической потребностью в еде, контролируемой гипоталамусом. «Это древняя система. Люди только недавно попали в условия, когда доступ к еде почти не ограничен. Отучить себя от привычки проверять соцсети в сто раз легче, чем заставить соблюдать дефицит калорий, потому что есть внутренняя система, которая говорит, что похудеть — это очень плохо», — отмечает Белова. Некоторые опасные запрещенные наркотические вещества имитируют именно действие дофамина, вызывая у человека приподнятое состояние, предвкушение чего-то приятного, чувство азарта.
- Серотонин регулирует сон, тревогу, аппетит и сексуальность.
Есть нейромедиаторы, которые не относятся к этим типам, и чем дольше ученые изучают эту тему, тем больше разных типов находят. Но и самый первый открытый нейромедиатор — ацетилхолин тоже относится к группе «другие». К его функциям относят регуляцию памяти, процессов пробуждения и засыпания. Например, у пациентов с болезнью Альцгеймера уровень ацетилхолина снижен.
Про чувства и нейромедиаторы
Нейромедиаторы существуют не для того, чтобы вызывать у нас чувства. Чувства — это активность определенных отделов мозга под действием коктейля разных нейромедиаторов и их взаимовлияния.
«Нельзя сказать, что если мы добавим в мозг какой-то нейромедиатор, мы вызовем определенное чувство. На наши чувства влияет не только то, что выделяется в мозге, но и что мы видим вокруг и как это интерпретируем. Сильное возбуждение может быть расценено нами и как позитивное волнение, и как негативное. Хотя в обоих случаях главной нотой будет высокая концентрация адреналина и норадреналина», — поясняет Елена Белова.
Есть нейромедиаторы, которые отвечают за уровень возбуждения и уровень тонуса. Например, в мозге есть структура под названием ретикулярная формация. Это рассредоточенная система нейронов и их скоплений, которая отвечает в том числе за уровень бодрости или вялости. Там выделяются серотонин, норадреналин и адреналин, ацетилхолин и дофамин. Задача этой структуры — регулировать уровень бодрости. Особенность этой системы в том, что благодаря ей мы можем быстро взбодриться на внезапные стимулы — например, грохот или вспышку света — чтобы быть готовым быстро принять решение, среагировав на неожиданную угрозу.
Также есть структуры, связанные с гипоталамусом (небольшая область в промежуточном мозге), которые отвечают за разные состояния и потребности. Они регулируют уровень стресса: спокойное состояние, острый или хронический стресс. Вся эта система, помимо уровня бодрости, определяет уровень нашей боевой готовности. Тут же происходит изменение состояния, связанное с чувством голода, усталости, сонливости, сексуальное желание и чувство привязанности — все это тоже связано с гипоталамусом. Например, окситоцин отвечает за уровень привязанности. В мозге находятся и системы, связанные с мотивацией, обучением и удовольствием. В них главный нейромедиатор — дофамин.
Нейромедиаторы и депрессия
Депрессия — это нарушение мотивационного механизма. Человек перестает получать удовольствие от того, что делает, отключается эндорфиновый компонент «я молодец». Когда эндорфина не хватает и обратной связи не поступает (когда мы говорим о депрессии, вызванной внешними воздействиями, не о клинической), мотивация ослабляется, и человек приходит к состоянию, когда у него не хватает сил и энергии, чтобы поддерживать свою жизнь.
Так, в 1960-х годах прошлого века американский психолог Мартин Селигман открыл явление, которое назвал «выученной беспомощностью». Он провел эксперимент на собаках. Животных разделили на две контрольные группы и поместили в разных комнатах. У каждой собаки был свой отдельный бокс, в пол которого подвели слабый электрический ток. Собаки в первой комнате могли выйти на свободу, если находили нужную точку в боксе. Нажимая на ее, они получали возможность покинуть бокс. Во второй комнате все было иначе. Ящики этих собак открывались от действий собак из первой группы. Была еще и третья группа. В ней собак не били током. Первый этап опыта показал, что собакам из одной комнаты удалось быстро восстановиться после мучений. Они вернулись к своим привычкам и физическим характеристикам. Но таких результатов не было у собак из второй комнаты. Животные впали в апатию.
После этой части эксперимента всех собак поместили в одно помещение, где по полу шел ток. Животным дали возможность выбраться оттуда. Для этого нужно было перепрыгнуть через перегородку. Собаки из первой и третьей группы догадались это сделать. А большинство собак из второй — сначала скулили, а потом ложились на пол. При этом они уже не обращали внимание на боль.
Мартин Селигман после эксперимента предположил, что состояние выученной беспомощности, отсутствие попыток избежать стресса, это и есть экспериментальная модель депрессии. Человек не в состоянии контролировать то неприятное, что с ним происходит.
Если наше ощущение самоконтроля отказывает, наши серотониновые нейроны переводят нас в более примитивное исходное состояние, в котором психика ничего не пытается делать. Серотонин как нейромедиатор в том числе способен блокировать отрицательные эмоции. Дизрегуляция серотониновой системы приводят к тому, что отрицательные эмоции действуют намного сильнее. Система из равновесного состояния переходит в разбалансированное, когда у организма не хватает мотивации активно действовать и добиваться целей. Чтобы вернуть системе равновесие, были разработаны антидепрессанты.
«Классические антидепрессанты — ингибиторы обратного захвата серотонина. Они не дают серотонину быстро исчезнуть из места контакта, продлевая его действие на нейроны. Чтобы нейромедиатор действовал, нужно, чтобы он связался с рецептором, и свойства рецептора сильно влияют на то, как нейромедиатор подействует. Предполагается, что когда выделяется серотонин, он действует не только на следующий нейрон, но и на тот, откуда выделился. На окончании самого нейрона, который серотонин выделяет, тоже есть рецепторы. Когда серотонин выделяется, он воздействует на этот рецептор и фактически заставляет окончание переставать работать. Клетка выделила серотонин, он связался и отключил систему. Чтобы проявился эффект антидепрессантов, эти рецепторы, вероятно, должны сперва изменить свою восприимчивость к нейромедиатору. По-видимому этим объясняется, что такие антидепрессанты нужно пить довольно долго, чтобы облегчить депрессию», — объясняет эксперт.
Исследования в области нейромедиаторов продолжаются. Ученым еще многое неизвестно. Хотя за последние 10-20 лет открыто огромное количество новых нейромедиаторов, и вероятно некоторые из них только предстоит обнаружить.
«Многие нейромедиаторы — это пептиды (белковые соединения, которые состоят из аминокислот. — РБК Тренды), а с пептидами сложно работать, потому что их нужно засечь, отловить, отделить от других пептидов [не нейромедиаторов]. Технические возможности только недавно начали позволять это делать. Даже для хорошо известных нейромедиаторов остается огромное количество невыясненных вопросов», — продолжает Белова.
Работы в этом направлении хватит на несколько десятков лет. Ведь ученые до сих пор не до конца разобрались, как возникает депрессия или как помочь людям бросить курить.