Дофамин, серотонин, глутамат: суть нейромедиаторов.
Нейромедиаторы, или нейротрансмиттеры, представляют группу химических веществ, передающие сигналы между нейронами и другими важными клетками организма, такими как мышечные (сокращение и генерация силы для движения) или железистые (выработка и секреция различных веществ, таких как гормоны, ферменты, слизь, и другие секреты). Они играют ключевую роль в функционировании нервной системы, обеспечивая передачу импульсов через синапсы — контакты между нейронами.
Прежде, чем перейти к теме функциональности нейромедиаторов немного коснемся подтемы структрур мозга. Для этого заглянем в глубь нашего мозга:
🔹 Таламус. Является координирующей структурой. Его функция в том, чтобы переводить воспринятое извне — грохот, прикосновение, вспышку света — в нервный импульс. 🔹 Миндалевидное тело, или амигдала. Если угодно, это наша тревожная кнопка. У детей до 3–4 лет амигдала функционирует независимо от коры. Генетическая предрасположенность к тревожности как раз обусловлена работой миндалевидного тела. Оно также отвечает за выражение эмоций, память и обучение. 🔹 Гиппокамп. Это наша книга памяти, пишущаяся на основе полученного опыта. Эта структура хранит информацию, извлекает ее и помогает разобраться, как вести себя в аналогичных обстоятельствах в следующий раз. Каждый знает, что замешательство — первичная реакция на всё новое. Это как раз обусловлено тем, что гиппокамп просто не может отыскать ту или иную ситуацию в предыдущих записях. 🔹 Префронтальная кора лобных долей. Необходима для сознательной оценки происходящего и сложных форм мышления. Как мы уже отметили, префронтальная кора не работает полноценно у детей до 3–4 лет. 🔹 Гипоталамус. Отвечает за такие вегетативные проявления, как сердцебиение, потоотделение и другие. Покраснели, услышав неудобный вопрос? Всё просто: сработал гипоталамус.
Как эти структуры работают при появлении приятного или, напротив, нежелательного раздражителя?
Схема зависит от силы стимула. Если он резок и силен, импульс передается немедленно по пути таламус — амигдала — гипоталамус. Если же стимул недостаточно силен и не воспринимается как опасный сию же секунду, мы наблюдаем другую маршрутизацию: таламус — префронтальная кора — гиппокамп — гипоталамус. Здесь за счет включения таких компонентов, как сознательная оценка и сличение ситуации с предыдущим опытом, реагирование носит отложенный характер. То есть мы не действуем немедленно, но анализируем разные модели поведения, выбирая наиболее адекватную.
Основные функции нейромедиаторов следующие:
🔸 Ацетилхолин - участвует в двигательной активности, процессах памяти, концентрации и работы парасимпатической нервной системы.
🔸 Серотонин - регулирует настроение, сон, аппетит и другие процессы...
🔸 Дофамин - отвечает за мотивацию, удовольствие, двигательную активность и другие функции...
🔸 Норадреналин - участвует в регуляции артериального давления, периферического сосудистого сопротивления и других процессов...
🔸 Глутамат - является основным возбуждающим нейромедиатором (необходимо различать с глутаматом пищевой вариации (E620-E621), неспособным пройти через гематоэнцефалический барьер).
🔸Гамма-аминомасляная кислота является основным тормозным нейромедиатором.
Итак, вышеописанные функции являются далеко не детальным научным описанием, кое и невозможно в силу ограниченности возможности полного познания работы данной группы химических веществ, даже спустя столько столетий активного использования практического опыта и экспериментов. Прежде чем перейти к более детальному описанию каждого вышеперечисленного гормона и медиатора, давайте вспомним о сущности гормонов и медаиторов. «Гормон» означает, что вещество выбрасывается в кровь особыми клетками, зачастую собранными в железу. Гормоны распространяются по всему телу, действуют на многие органы и ткани, а их эффекты длятся долго — минуты и часы. Медиатор выделяется из отростка нейрона (аксона), образующего контакт с клеткой-мишенью — мышечной, железистой, другим нейроном. Медиатор действует точечно, только на эту клетку, изменяя ее активность не более чем на несколько секунд.
Итак, о медиаторах по порядку, первым в описании символично удостоиться ацетилхолин, являющийся первым описанным нейромедиатором (век назад).
В начале ХХ-го века одним из важнейших диспутов среди ученых был спор о процессе передачи сигналов через синапсы. Наиболее вероятными оказались две версии, по одной это были электронные сигналы, по другую сторону говорили о химических сигналах. Обе вариации оказались верны, но эмпирически было выведено большее влияние химических сигналов. Химические синапсы действительно преобладают в организме человека. Было выявлено, что 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. Чтобы разобраться в особенностях передачи сигнала от одной клетки к другой, физиолог Отто Лёви 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. В 1936 году Отто получил Нобелевскую премию по физиологии «за открытия, связанные с химической передачей нервных импульсов».
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 (всего существует две вариациим - мускариновые и никотиновые). Их активация будет приводить к тому, что прохождение сигнала по иннервируемой клетке упростится, и он с большей вероятностью перейдет на следующий нейрон. 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.
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. Важное отступление - нейроны и человека и мыши похожи по структуре и состоят из тела (сомы), дендритов (принимающих сигналы) и аксонов (передающих сигналы). Различия структуры нейронов обусловлены развитием коры головного мозга и когнитивных функций. 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. Для обучения важен не только интеллект или объем памяти, но и 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. 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 лишь в случае выкуривания сигареты после долгого воздержания.
Плавно от ацетилхолина перейдем к обсуждению одного из самых важных нейротрансмиттеров - серотонина. Опишем его влияние на организм в наиболее краткой форме↙️.
Серотонин представляет нейромедиатор и гормон, играющий ключевую роль в регуляции настроения, сна, аппетита, пищеварения, а также участвующий в процессах заживления ран и свертываемости крови. Он вырабатывается в основном в кишечнике и мозге, а также в тромбоцитах. в головном мозге вырабатывается только 5% этого вещества. Еще немного в тромбоцитах, некоторых клетках кожи и других органах. Основная часть серотонина формируется и хранится в желудочно-кишечном тракте. Там он становится полноценным гормоном и принимает участие в регулировке важных процессов. В организме человека серотонин не вырабатывается. Он синтезируется шишковидной железой из триптофана — незаменимой аминокислоты, которая содержится в белковой пище животного и растительного происхождения (мясо, рыба, молочные продукты, бобовые, орехи). А еще для его производства жизненно необходим солнечный свет. Вот почему наше настроение повышается в погожие дни, и падает, когда за окном пасмурно и серо. Пища с высоким содержанием белка, железа, рибофлавина и витамина B-6, как правило, содержит большое количество триптофана. Хотя продукты с высоким содержанием этой маинокислоты сами по себе не повышают уровень серотонина, существует обман этой системы. Это углеводы, так как они заставляют организм выделять больше инсулина. Инсулин способствует усвоению аминокислот и повышению активности триптофана в крови.
Серотонин был впервые выделен из ткани кишечника в 1935 году итальянским биохимиком Витторио Эрспамером, и тогда его назвали энтерамин. В 1948 году в Кливлендской клинике Морис Раппорт, Арда Грин и Ирвин Пейдж обнаружили сосудосуживающее вещество в сыворотке крови и назвали его серотонином. Серотонин регулирует разнообразные нейропсихологические процессы. А лекарства, воздействующие на серотониновые рецепторы, широко применяются в области психиатрии и неврологии. Серотонин управляет множеством биологических процессов, включая работу сердечно-сосудистой системы, перистальтику кишечника, задержку эякуляции и регуляцию мочевого пузыря. Кроме того, новые исследования показывают, что серотонин может влиять на некоторые процессы, такие как агрегация тромбоцитов, через взаимодействие с клеточными белками с помощью трансглутаминазозависимой ковалентной связи. В период 1960-х годов усиленно проводились исследования, посвящённые возникновению депрессии и её взаимосвязи с серотонином. В ходе данных исследований стало ясно, что у серотонина существует механизм обратного захвата, находящийся в дендритах и телах серотониновых нервных клеток. В 1969 году благодаря советской теории патогенеза депрессии началась активная разработка антидепрессантов, которые могли избирательно блокировать обратный захват серотонина и в то же время незначительно влиять на другие нейромедиаторные системы головного мозга. Современное изучение серотонина сосредоточено на определении взаимосвязи уровня серотонина в крови и развития депрессии.
Дофамин, обоснование работы которого в организме не имеет ни конца ни края, попытается быть описанным немного ниже↙️.
Дофамин это химическое вещество играющее роль во многих функциях организма и проявляющееся в важных сферах человеческой жизни. Он влияет на все: от того, как мы думаем и действуем, до того, как мы запоминаем и ведем себя. Однако у разных людей он вызывает разные ощущения. В мозге дофамин участвует в регуляции поведения и моторики. В кровеносных сосудах вызывает их расширение, в почках увеличивает выделение мочи, в поджелудочной железе снижает выработку инсулина, в пищеварительной системе снижает перистальтику желудочно-кишечного тракта и защищает слизистую кишечника, в иммунной системе снижает активность лимфоцитов. За исключением кровеносных сосудов, дофамин в каждой из этих периферических систем синтезируется локально и оказывает свое действие вблизи клеток, которые его выделяют. Предшественником дофамина является L-тирозин (он синтезируется из фенилаланина), который гидроксилируется ферментом тирозингидроксилазой с образованием L-ДОФА, которая, в свою очередь, декарбоксилируется с помощью фермента L-ДОФА-декарбоксилазы и превращается в дофамин. Этот процесс происходит в цитоплазме нейрона. Дофамин не вызывает чувства удовольствия или удовлетворения, а создаёт сильное ощущение предвкушения от получения результата или нежелания его получения, подобное тому, которое испытывают люди перед оргазмом или при сильном отвращении. Дофамин естественным образом вырабатывается в больших количествах во время положительного, по субъективному представлению человека, опыта — к примеру: секса, приёма вкусной пищи, приятных телесных ощущений, таким образом, придавая этим событиям мотивационную важность. Нейробиологические эксперименты показали, что даже воспоминания о поощрении могут увеличить уровень дофамина, поэтому данный нейромедиатор используется мозгом для оценки и мотивации, закрепляя важные для выживания и продолжения рода действия.
Синтезированный нейроном дофамин накапливается в дофаминовых везикулах. В везикулу с помощью протонзависимой АТФазы закачиваются ионы H+. При выходе протонов по градиенту концентрации, в везикулу поступают молекулы дофамина. Далее дофамин выводится в синаптическую щель. Часть его участвует в передаче нервного импульса, воздействуя на клеточные D-рецепторы постсинаптической мембраны, а часть возвращается в пресинаптический нейрон с помощью обратного захвата. Ауторегуляция выхода дофамина обеспечивается D2 и D3 (мишень для препаратов, которые лечат шизофрению , наркотическую зависимость и болезнь Паркинсона) рецепторами на мембране пресинаптического нейрона. Обратный захват производится транспортёром дофамина. Вернувшийся в клетку медиатор расщепляется с помощью моноаминооксидазы (МАО) и, далее, альдегиддегидрогеназы и катехол-О-метил-трансферазы до гомованилиновой кислоты.
Микробиота кишечника играет важную роль в поддержании адекватных концентраций дофамина посредством сложной двунаправленной связи, известной как ось микробиота-кишечник-мозг. Блуждающий нерв, иммунная система, ось гипоталамус-гипофиз-надпочечники (HPA) и микробные метаболиты служат важными медиаторами реципрокной передачи сигналов микробиота-кишечник-мозг. Кроме того, микробиота кишечника обладает внутренней ферментативной активностью, которая активно участвует в метаболизме дофамина, способствуя синтезу дофамина, а также расщеплению его метаболитов.
Дофамин также является предшественником норадреналина, это значит, что он является молекулой, из которой в конечном итоге образуется норадреналин. В нейронах, специализирующихся на производстве норадреналина, дофамин транспортируется в везикулы и там превращается в норадреналин под действием фермента дофамин-бета-гидроксилазы. Хотя дофамин может быть преобразован в норадреналин, он не является единственным фактором, влияющим на его высвобождение. Другие факторы, такие как стресс и физическая активность, также стимулируют выброс норадреналина.
Перейдем к описанию главного гормона и нейротрансмиттера психопатов - норадреналина, синтезируемого организмом одной из из 20-ти аминокислот - тирозин. Тирозин чаще всего находиться в составке белковой пищи↙️.
Суточная норма тирозина обычно вырьируется от 1-го до 3-ех грамм. Продукты с высоким содержанием L-тирозина: 1) Мясо: курица, индейка, говядина содержат значительное количество тирозина. 2) Рыба: чаще всего красная рыба, лосось, тунец и другие жирные сорта рыбы. 3) Яйца: яйца, особенно желток, являются отличным источником этой аминокислоты. 4) Молочные продукты: молоко, кефир, мацони, сыр и творог. 5) Орехи и семена: миндаль, тыквенные семечки, семена кунжута. 6) Бобовые: фасоль, чечевица и другие бобовые. 7) Соевый протеин. Пища, богатая тирозином и его производными, активирует нервную систему и многие органы.
Норадреналин был открыт шведским фармакологом и физиологом Ульфом фон Эйлером в 1946 году. Он выделил это вещество из мозгового вещества надпочечников и показал, что оно является нейромедиатором, играющим важную роль в передаче нервных импульсов. Позже, в 1970 году, фон Эйлер был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине за это открытие. Норадреналин является главным медиатором симпатической нервной системы — той части мозга и нервных волокон, которые управляют нашими внутренними органами во время стресса, физической и эмоциональной нагрузки, затрат энергии. Выделяясь в симпатических синапсах, норадреналин усиливает работу сердца, сужает большинство сосудов - мускариновый рефлекс. Он же расширяет бронхи (чтобы мы лучше дышали), тормозит желудочно-кишечный тракт (не время тратить ресурсы на переваривание пищи) - никотиновый рефлекс, и так далее. Вероятно, вы слышали рассказы, как под воздействием сильного стресса, например при внезапном пожаре или спасаясь от преследования, люди выпрыгивали из окон, ничего себе не сломав. Конечно, нейромедиаторы организма тут ни при чем: этим людям повезло и высота, скорее всего, была низкой. Однако норадреналин, помог им сориентироваться и правильно оценить, из какого окна лучше выпрыгнуть и куда и как приземлиться.
Норадреналин участвует в создании определенного уровня активации бодрствующей ЦНС (за счет прежде всего торможения центров сна). В результате чем выше уровень стресса, тем мы активнее. Кроме того, все знают, что на фоне сильных эмоциональных переживаний и раздумий нам хуже спится, вплоть до бессонницы. Далее норадреналин участвует в тормозной регуляции сенсорных потоков, что позволяет нам сосредоточиться на тех сигналах, которые наиболее значимы здесь и сейчас. Хорошо известно обезболивающее действие норадреналина, ярко проявляющееся при экстремальных ситуациях (стресс-вызванная анальгезия). Известно, что, находясь в состоянии аффекта, люди способны не замечать даже серьезных травм и физических повреждений. Кроме того, норадреналин вносит вклад в управление общим уровнем двигательной активности человека. Синапсы, формируемые нейронами голубого пятна, повышают подвижность, скорость шага и бега, выключая тормозные нейроны в моторных центрах. Именно этот компонент действия норадреналина приводит к тому, что при сильных эмоциях и стрессе нам «не сидится на месте». Норадреналин участвует в процессах обучения и запоминания информации, протекающих в высших зонах ЦНС. В этом случае активность влияний голубого пятна регулируется центрами положительного и отрицательного подкрепления мозга. Выделение норадреналина приводит к долговременным изменениям свойств синапсов в нейронных сетях коры больших полушарий и мозжечка. В итоге мы прочнее запоминаем программы, которые привели к успеху («положительное подкрепление»). Параллельно мозг блокирует неудачные программы, выполнение которых привело к появлению негативных эмоций («отрицательное подкрепление»). На фоне высокой активности голубого пятна человек и животные учатся, прежде всего, избегать неприятности и запоминать пути выхода из потенциально или реально опасных ситуаций. На фоне небольшого контролируемого стресса мы учимся лучше. Однако слишком сильный стресс ухудшает качество запоминания, и если, скажем, студент или школьник чересчур боится экзамена, то это не идет на пользу делу. Норадреналин важен для регуляции активности центров многих биологических потребностей и мотиваций. Эти центры расположены в таких областях нашего мозга, как гипоталамус и миндалина. Влияя на них, норадреналин способен вызвать снижение уровня тревожности и рост проявлений агрессивности. Человек с высокой активностью голубого пятна зачастую обладает более выраженным холерическим темпераментом. В опасных ситуациях из пары «беги либо дерись» он чаще выбирает второй вариант. Его мозг нередко является более импульсивным в процессах принятия решений, в том числе более склонным к внезапным и даже неадекватным вспышкам агрессии. И наконец, норадреналин ярко влияет на выраженность эмоциональных компонентов поведения. Имеются в виду прежде всего позитивные эмоции, возникающие в явно стрессовых условиях и соответствующие таким понятиям, как азарт, удовольствие от риска, радость победы. В зависимости от индивидуальной организации мозга значимость таких эмоций для конкретного человека может быть разной, но иногда очень большой.
Глутамат, как нейромедиатор, был открыт в несколько этапов. Впервые предположение о его возбуждающем действии в мозге высказал Такаси Хаяси. В своих работах он выяснил, что введение глутаминовой кислоты в желудочки головного мозга собак и обезьян вызывает судороги. К концу 50-х провели эксперименты, в которых глутамат деполяризовал и возбуждал нейроны спинного мозга кошки. В 1969 году Джон Олни обнаружил эксайтотоксический эффект глутамата на структуры центральной нервной системы, предложив, что это явление можно купировать антагонистами. В 1970-х годах научное сообщество признало глутамат основным нейромедиатором в центральной нервной системе, а в конце 1980-х была сформулирована гипотеза о существовании метаботропных рецепторов глутамата.
Глутамат — это возбуждающий медиатор, то есть он всегда в нашей нервной системе, в синапсах, вызывает нервное возбуждение и дальнейшую передачу сигнала. Этим глутамат отличается, например, от ацетилхолина или норадреналина, потому что ацетилхолин и норадреналин в одних синапсах могут вызывать возбуждение, в других — торможение, у них более сложный алгоритм работы. А глутамат в этом смысле более прост и понятен, хотя такой уж совсем простоты вы не найдете, поскольку к глутамату существует порядка 10 типов рецепторов, то есть чувствительных белков, на которые действует эта молекула, и разные рецепторы с разной скоростью и с разными параметрами проводят глутаматный сигнал. Эволюция растений нашла целый ряд токсинов, действующих на глутаматные рецепторы. Для чего это растениям, в общем, достаточно понятно. Растения, как правило, против того, чтобы их ели животные, соответственно, эволюция придумывает некие защитные токсические конструкции, которые останавливают травоядных. Наиболее сильные растительные токсины связаны с водорослями, и именно токсины водорослей (ламинарии, из которой впервые в 1866 году была синтезирована нейромолекула глутамата и позже из нее мононатриевая соль) способны очень мощно влиять на глутаматные рецепторы мозга и вызывать тотальное возбуждение и судороги. Получается, что суперактивация глутаматных синапсов — это очень мощное возбуждение мозга, судорожное состояние. С глутаматом, действительно, связываются много рецепторов (около 10 типов), которые с разной скоростью проводят глутаматные сигналы. И эти рецепторы изучаются прежде всего с точки зрения анализа механизмов памяти. Когда в нашем мозге и в коре больших полушарий возникает память, это реально означает, что между нервными клетками, передающими какой-то информационный поток, начинают активнее работать синапсы. Основной механизм активации работы синапсов — это увеличение эффективности глутаматных рецепторов. Анализируя разные глутаматные рецепторы, мы видим, что разные рецепторы по-разному меняют свою эффективность. Наверное, наиболее изученные — так называемые NMDA-рецепторы. Это аббревиатура, она расшифровывается как N-метил-D-аспартат. Этот рецептор реагирует на глутамат и NMDA. Для NMDA-рецептора характерно то, что он способен блокироваться ионом магния, и если к рецептору присоединен ион магния, то этот рецептор не функционирует. То есть вы получаете синапс, в котором есть рецепторы, но эти рецепторы выключены. Если по нейросети прошел какой-то сильный, значимый сигнал, то ионы магния (их еще называют магниевыми пробками) отрываются от NMDA-рецептора, и синапс начинает буквально мгновенно работать в разы эффективнее. На уровне передачи информации это как раз и означает запись некого следа памяти. В нашем мозге есть структура, которая называется гиппокамп, там как раз очень много таких синапсов с NMDA-рецепторами, и гиппокамп является, пожалуй, наиболее исследуемой с точки зрения механизмов памяти структурой. Но NMDA-рецепторы, появление и уход магниевой пробки — это механизм кратковременной памяти, потому что пробка может уйти, а потом вернуться — тогда мы что-то забудем. Если формируется долговременная память, там все гораздо сложнее, и там работают другие типы глутаматных рецепторов, которые способны с мембраны нервной клетки передавать сигнал прямо на ядерную ДНК. И получив этот сигнал, ядерная ДНК запускает синтез дополнительных рецепторов в глутаминовой кислоте, и эти рецепторы встраиваются в синаптические мембраны, и синапс начинает работать эффективнее. Но это происходит уже не мгновенно, как в случае выбивания магниевой пробки, а требует нескольких часов, требует повторов. Но зато уж если это случилось, то всерьез и надолго, и это основа нашей долговременной памяти. Еще одна молекула очень известна в связи с глутаматом — это мемантин, вещество, способное довольно мягко блокировать NMDA-рецепторы и в итоге понижать активность коры больших полушарий в самых разных зонах. Мемантин используется в довольно широком круге ситуаций. Его аптечное название — «Акатинол». Он используется для того, чтобы понижать тотальный уровень возбуждения, чтобы ослаблять вероятность эпилептических припадков, и, пожалуй, самое активное использование мемантина — это ситуации нейродегенерации и болезнь Альцгеймера.
ГАМК, или гамма-аминомасляная кислота, была впервые обнаружена в головном мозге в 1950 году. В том же году вещество того же состава нашла научная группа под руководством Дж. Авапары. Американские ученые Юджин Робертс и Сидней Франкел идентифицировали ее, изучая свободные аминокислоты. Они заметили соединение, которое не соответствовало ни одной известной аминокислоте, и обнаружили его в различных тканях центральной нервной системы. Позднее, через 7 лет, канадские исследователи определили, что это вещество с тормозящей активностью в отношении нейронов и есть ГАМК.
Гамма-аминомасляная кислота является главным тормозящим нейротрансмиттером. Он мягок, уравновешен и не очень физически скоординирован. Его основная работа заключается в регулировании возбуждающих сигналов, посылаемых другими нейротрансмиттерами. Он позволяет мышцам и кровеносным сосудам расслабиться, а телу - нормально спать. Грубо говоря, без его присутствия тело было бы под угрозой смерти от судорог.
Основная функция - гашение возбуждающих сигналов: ГАМК убеждает нейроны (соответственно и нас, нейронных мешков) не реагировать на провокации агрессивных соседей и соблюдать спокойствие, чтобы не пасть жертвами глутаматных казней (например, инсульта). Вероятно, ГАМК участвует в поддержании нормального цикла сна и повышает усвоение глюкозы. Не исключено, что дирижирует она и какими-то сигнальными путями у растений - не зря же это основная аминокислота апопласта помидоров (непрерывная сеть, образованная клеточными стенками и межклетниками, через которую осуществляется движение воды и растворенных питательных веществ). Гамма-аминомасляная кислота синтезируется в мозге из глутаминовой кислоты - еще одного нейромедитора - путем ее декарбоксилирования (удаления карбоксильной группы из основной цепи). По химической классификации ГАМК - это аминокислота, но не привычная, то есть используемая для синтеза белковых молекул, α-аминокислота, где аминогруппа присоединена к первому атому углерода в цепочке. В ГАМК аминогруппа связана с третьим от карбоксильной группы атомом (в глутамате он был первым по счету до декарбоксилирования).
Одним из самых изученных подтипов ГАМК-эргических нейронов являются канделябровидные клетки. Они расположены в коре, формируют контакты исключительно с пирамидальными нейронами и участвуют в фильтрации импульсов с пирамидальных нейронов к другим клеткам. Канделябровидные клетки богаты ферментами глутаматдекарбоксилазой и GAT-1; первый участвует в синтезе ГАМК, а второй – в обратном захвате этого нейромедиатора. Несмотря на тормозящее действие, они способны к быстрой генерации импульсов, и, согласно современным данным, могут быть двух видов – парвальбумин-положительные и парвальбумин-негативные. Также интересно, что при ИГХ-окрашивании срезов мозга людей, страдавших шизофренией, антителами к глутаматдекарбоксилазе, в канделябровидных клетках обнаружено значительное снижение количества этого фермента, что в свою очередь вызывало снижение тормозящей функции этих клеток.
Широкая распространённость рецепторов ГАМК в нервной системе сделала возможной разработку множества лекарств, молекулы которых взаимодействуют с различными типами этих рецепторов. Например, бензодиазепины – лекарства, обладающие успокоительным эффектом – работают как положительные модуляторы ионотропных рецепторов ГАМК. Молекулы бензодиазепинов связываются с рецептором и делают его более чувствительным к воздействию природной гамма-аминомасляной кислоты, что приводит к «затормаживанию» некоторых процессов в мозге и медикаментозному успокоению.
В последние годы идёт разработка и негативных модуляторов рецепторов ГАМК для стимуляции работы нервной системы при состояниях, когда она слишком «заторможена» от природы или в результате воздействия каких-либо веществ, например, алкоголя.