Нервные клетки управляют функциями организма с помощью химических сигнальных веществ, нейромедиаторов и нейрогормонов. Нейромедиаторы — короткоживущие вещества локального действия; они выделяются в синаптическую щель и передают сигнал соседним клеткам (продуцируются нейронами и хранятся в синапсах; при поступлении нервного импульса они выделяются в синаптическую щель, избирательно связываются со специфическимрецептором на постсинаптической мембране другого нейрона или мышечной клетки, стимулируя эти клетки к выполнению ими своих специфических функций). Вещество, из которого синтезируется медиатор (предшественник медиатора), попадает в нейрон или его окончание из крови или ликвора (жидкость, циркулирующая в головном и спинном мозге) и в результате биохимических реакций под воздействием ферментов превращается в соответствующий медиатор, а затем транспортируется в синаптическую щель в виде пузырьков (везикул). Медиаторы синтезируются так же в пресинаптических окончаниях.
Механизм действия. Медиаторы и модуляторы связываются с рецепторами постсинаптической мембраны соседних клеток. Большинство нейромедиаторов стимулируют открывание ионных каналов, и лишь только немногие — закрывание. Характер изменения мембранного потенциала постсинаптической клетки зависит от типа канала. Изменение мембранного потенциала от -60 до +30 мВ за счет открывания Nа+ -каналов приводит к возникновению постсинаптического потенциала действия. Изменение мембранного потенциала с -60 мВ до -90 мВ за счет открывания Cl- -каналов ингибирует потенциал действия (гиперполяризация), в результате чего возбуждение не передается (тормозной синапс). По химическому строению медиаторы можно разделить на несколько групп, главными из которых являются амины, аминокислоыт, полипептиды. Достаточно широко распространенным медиатором в синапсах ЦНС является ацетилхолин.
Ацетилхолин встречается в различных отделах ЦНС (кора большого мозга, спинной мозг). Известен в основном как возбуждающий медиатор. В частности, является медиатором альфа-мотонейронов спинного мозга, иннервирующих скелетную мускулатуру. Этими нейронами передаётся возбуждающее влияние на тормозные клетки Реншоу. В ретикулярной формации ствола мозга, в гипоталамусе обнаружены М- и Н-холинорецепторы. Ацетилхолин активирует и тормозные нейроны, что и определяет его эффект.
Амины ( гистамин,дофамин, норадреналин, серотонин)в большинстве своем в значительных количествах содержаться в нейронах ствола мозга, в меньших количествах выявляются в других отделах ЦНС. Амины обеспечивают возникновение процессов возбуждения и торможения, например, в промежуточном мозге, черной субстанции, лимбической системе, полосатом теле.
Норадреналин. Норадренергические нейроны сконцентрированы в основном в области голубого пятна (средний мозг), где их насчитывается всего несколько сотен, но ответвления их аксонов встречаются по всей ЦНС. Норадреналин является тормозным медиатором клеток Пуркинье мозжечка и возбуждающим – в гипоталамусе, ядрах эпиталамуса. В ретикулярной формации ствола мозга и гипоталамусе обнаружены альфа и бета-адренорецепторы. Норадреналин регулирует настроение, эмоциональные реакции, обеспечивает поддержание бодрствование, участвует в механизмах формирования некоторых фаз сна, сновидений.
Дофамин. Дофаминорецепторы подразделяют на Д1-и Д2- подтипы. Д1-рецепторы локализуются в клетках полосатого тела, действуют посредством дофаминчувствительной аденилатциклазы, как и Д2-рецепторы. Д2-рецепторы обнаружены в гипофизе, при действии на них дофамина угнетаются синтез и секреция пролактина, окситоцина, меланостимулирующего гормона, эндорфина. Дофамин участвует в формировании чувства удовольствия, регуляции эмоциональных реакций, поддержании бодрствования. Дофамин полосатого тела регулирует сложные мышечные движения.
Серотонин. С помощью серотонина в нейронах ствола мозга передаются возбуждающие и тормозящие влияния, в коре мозга – тормозящие влияния. Имеется несколько типов серотониновых рецепторов. Серотонин реализует свое влияние с помощью ионотропных и метаботропных рецепторов, влияющих на биохимические процессы с помощью вторых посредников – цАМФ и ИФ3/ДАГ. Содержится главным образом в структурах, имеющих отношение к регуляции вегетативных функций. Серотонин ускоряет процессы обучения, формирование болевых ощущений, сенсорное восприятие, засыпание; ангиотезин повышаетартериальное давление (АД), тормозит синтез катехоламинов, стимулирует секрецию гормонов; информирует ЦНС об осмотическом давлении крови.
Гистамин в довольно высокой концентрации обнаружен в гипофизе и срединном возвышении гипоталамуса – именно здесь сконцентрировано основное количество гистаминергических нейронов. В остальных отделах ЦНС уровень гистамина очень низок. Медиаторная роль его изучена мало. Выделяют Н1 -, Н2 – и Н3 –гистаминорецепторы.
Аминокислоты. Кислые аминокислоты (глицин, гамма-аминомасляная кислота) являются тормозными медиаторами в синапсах ЦНС и действуют на соответствующие рецепторы. Глицин – в спинном мозге, ГАМК – в коре большого мозга, мозжечке, стволе мозга и спинном мозге. Нейтральные аминокислоты (альфа- глутамат, альфа-аспартат) передают возбуждающие влияния и действуют на соответствующие возбуждающие рецепторы. Предполагают, что глутамат является медиатором афферентов в спинном мозге. Рецепторы глутаминовой и аспарагиновой аминокислот имеются на клетках спинного мозга, мозжечка, таламуса, гиппокампа, коры большого мозга. Глутамат - основной возбуждающий медиатор ЦНС (75%). Рецепторы глутамат ионотропные (K+, Ca2+, Na+) и метаботропные (цаМФ и ИФ3/ДАГ). Полипептиды также выполняют медиаторную функцию в синапсах ЦНС. В частности, субстанция Р является медиатором нейронов, передающих сигналы боли. Особенно много этого полепиптида содержится в дорсальных корешках спинного мозга. Это позволило предположить, что субстанция Р может быть медиатором чувствительных нервных клеток в области их переключения на вставочные нейроны.
Энкефалины и эндорфины – медиаторы нейронов, блокирующих болевую импульсацию. Они реализуют своё влияние посредством соответствующих опиатных рецепторов, кот особенно плотно располагаются на клетках лимбической системы; много их так же на клетках чёрной субстанции, ядрах промежуточного мозга и солетарного тракта, имеются они на клетках голубого пятна спинного мозга.Эндорфины, энкефалины, пептид вызывающий бета-сон, дают антиболевые реакции, повышение устойчивости к стрессу, сон. Ангиотензин участвует в передаче информации о потребности организма в воде, люлиберин – в половой активности. Олигопептиды – медиаторы настроения, полового поведения, передачи ноцицептивного возбуждения от периферии в ЦНС, формирования болевых ощущений.
Химические вещества, циркулирующие в крови (некоторые гормоны, простагландины, оказывают модулирующее влияние на активность синапсов. Простагландины (ненасыщенные оксикарбоновые кислоты), высвобождаемые из клеток, влияют на многие звенья синаптического процесса, например на секрецию медиатора, работу аденилатциклаз. Они обладают высокой физиологической активностью, но быстро инактивируются и потому действуют локально.
Гипоталамические нейрогормоны, регулирующие функцию гипофиза, также выполняют роль медиатора.
Принцип Дейла. Согласно этому принципу, каждый нейрон синтезирует и использует один и тот же медиатор или одни и те же медиаторы во всех разветвлениях своего аксона (один нейрон – один медиатор), но, как выяснилось, в окончаниях аксона могут выделяться и другие, сопутствующие, медиаторы (комедиаторы), играющие модулирующую роль и действующие более медленно. В спинном мозгеустановленно два быстродействующих медиатора в одном тормозном нейроне – ГАМК и глицин, а также один тормозной (ГАМК) и один возбуждающий (АТФ). Поэтому принцип Дейла в новой редакции звучит так: «один нейрон – один быстрый синаптический эффект». Эффект действия медиатора зависит в основном от свойств ионных каналов постсинаптической мембраны и вторых посредников. Это явление особенно ярко демонстрируется при сравнении эффектов отдельных медиаторов в ЦНС и периферических синапсах организма. Ацетилхолин, например, в коре мозга при микроаппликациях на разные нейроны может вызывать возбуждение и торможение, в синапсах сердца – торможение, в синапсах гладкой мускулатуры желудочно-кишечного тракта – возбуждение. Катехоламины стимулируют сердечную деятельность, но тормозят сокращения желудка и кишечника.