Ацетилхолин

Основной структурной и функциональной единицей мозга являются синапсы — контакты между нервными клетками. А главное действующее лицо в синапсе — медиатор (это молекула, которая выделяется из аксона и воздействует на следующую клетку). Первым открытым медиатором явилось вещество под названием ацетилхолин. Ацетилхолин обнаружил в начале ХХ века Генри Дейл, когда работал со спорыньей. Уже в тот момент он заметил активность данной молекулы, которая серьезно влияла на работу разных внутренних органов. А в начале 20-х годов прошлого века австриец Отто Леви доказал, что ацетилхолин является медиатором в периферической нервной системе.

Гениальный эксперимент Отто Леви, за который он получил Нобелевскую премию, выглядел так. У него было две лягушки, и он из каждой лягушки извлек по сердцу. И дальше, соответственно, поместил первое сердце в сосуд с физиологическим раствором и подавал через блуждающий нерв (а это один из главных нервов) возбуждение на это лягушачье сердце, и блуждающий нерв заставляет сердце биться реже. Дальше Леви брал немного жидкости, окружающей это первое сердце, и наносил на второе сердце, и второе сердце тоже начинало биться реже. Данный эффект явился первым доказательством химической передачи сигнала в нервной системе, потому что явно что-то из блуждающего нерва выделялось и дальше управляло работой сердца. Всего через несколько лет Леви идентифицировал данное вещество как ацетилхолин. Ацетилхолин в итоге оказался важнейшим медиатором периферической нервной системы. Кроме того, он еще работает в головном мозге, о чем я, конечно, скажу.

Итак, ацетилхолин — это важнейший медиатор нашей периферической нервной системы, и первая зона, где он крайне важен, — это нервно-мышечные синапсы. Это синапсы, которые образуют нервные клетки с клетками наших скелетных мышц (они еще называются поперечно-полосатые мышечные клетки), и любое движение, любое сокращение любой нашей мышцы — а у нас их штук 400 — это выделение ацетилхолина. То есть я шевелю пальцем, соответственно, здесь, в нервно-мышечных синапсах, выделяется ацетилхолин и вызывает сокращение этой мышцы. А сам нейрон, между прочим, находится в спинном мозге, в шейных отделах. Представьте себе: клетка находится в спинном мозге, ее аксон имеет длину больше метра. Это само по себе впечатляет. Мы привыкли, что клетки маленькие и нейроны маленькие. Размер самых больших нейронов — это менее одной десятой доли миллиметра. Но аксоны могут быть очень длинными, по ним бежит электрический импульс, вызывает выделение ацетилхолина, и, соответственно, ацетилхолин воздействует на мышечные клетки и запускает их сокращение.

Как во всяком синапсе, в нервно-мышечных синапсах работают белки-рецепторы, то есть специальные молекулы, которые находятся на мембране мышечной клетки, и ацетилхолин присоединяется к ним, как ключ к замку, и запускает сокращение мышцы. Интересно, что, помимо ацетилхолина, на эти же рецепторы действует довольно известный токсин, который называется никотин, и никотин тоже способен запускать сокращение мышц. Правда, если мы берем организм человека, организм позвоночных, нужна довольно высокая концентрация никотина, чтобы пошло мышечное сокращение. Вообще никотин — это известный токсин, токсин табака, пасленового растения. Зачем табак вырабатывает никотин? Ему подобного рода вещество нужно для того, чтобы защищаться от травоядных, прежде всего от насекомых. И если колорадский жучок поест листьев табака, его нервно-мышечные синапсы очень мощно активизируются, случится судорога, он упадет с веточки и уже больше никогда не будет есть табак. То есть эволюция формирует эти токсины, чтобы защищаться в первую очередь от насекомых, и на млекопитающих они тоже действуют, потому что наша нервная система не так уж сильно отличается от нервной системы колорадского жука.

Но жуки едят растения уже очень давно, поэтому эволюция растений свои токсины настраивала именно на членистоногих. А млекопитающие едят растения только около 70 миллионов лет, поэтому на нас никотин действует не очень сильно, по крайней мере судороги не вызывает, а вот на головной мозг влияет. Итак, рецепторы, которые работают в нервно-мышечных синапсах, называются никотиновые рецепторы, то есть на них влияет никотин, а еще, конечно, сам ацетилхолин. Помимо веществ, которые активируют работу рецепторов, есть вещества, блокирующие работу рецепторов. Скажем, никотин, активирующий рецепторы, называется агонистом этих рецепторов, а вещества, блокирующие работу рецепторов, называются антагонистами рецепторов.

Антагонистом никотиновых рецепторов, которые работают в нервно-мышечных синапсах, является, например, курарин — еще один растительный токсин, который производят тропические лианы, для того чтобы защищаться от насекомых. Но, соответственно, курарин, в отличие от никотина, будет вызывать не судороги, а, наоборот, паралич, остановку дыхания, поэтому аборигены Амазонии используют подобного рода токсины для охоты: мажут стрелы, и такая стрела, попав, например, в птицу или маленькую обезьянку, вызывает почти мгновенный паралич. И в клинике подобные вещества используются, для того чтобы в микродозах расслаблять мышечные волокна, мышечные сокращения. Такое порой нужно во время хирургических операций или при каких-то очень сильных спазмах. Так что любой токсин мы, если как следует его разбавим, можем превратить в лекарственный препарат, и на этом базируется традиционная фармакология, которая действительно использует растительные яды очень эффективно и очень широко.

Помимо нервно-мышечных синапсов, ацетилхолин еще очень серьезно влияет на работу внутренних органов. Он является важнейшим медиатором так называемой вегетативной нервной системы. Та часть нашей нервной системы, которая влияет на мышцы, — это соматическая нервная система, двигательная нервная система. И важным признаком этой части нервной системы является то, что здесь возможен произвольный контроль. То есть я хочу подвигать пальцем — никаких проблем. А кроме этого, есть вегетативная нервная система, которая влияет на работу внутренних органов, и здесь произвольного контроля нет. Я пальцем подвигать могу, но не могу сказать, например, коже в этой зоне: «Расширяй сосуды» или потовым железам: «Выделяйте пот». В эти зоны, в эти функции вход нашему сознанию закрыт, это так называемая непроизвольная регуляция. Но тем не менее она все равно управляется из нашей центральной нервной системы, из головного мозга, и большинство наших внутренних органов находится под двойным управлением.

Вегетативная нервная система делится на два конкурирующих блока: симпатическую и парасимпатическую. И ацетилхолин — это важнейший медиатор парасимпатической нервной системы, той части вегетативной нервной системы, которая успокаивает работу внутренних органов, по крайней мере большинства внутренних органов. Сердце бьется слабее и реже, скажем, зрачки сужаются, бронхи сужаются. А вот, например, желудочно-кишечный тракт под действием парасимпатической системы начинает работать активнее. И ацетилхолин, получается, активизирует работу желудочно-кишечного тракта, тормозит работу сердца, сужает зрачки. И агонист ацетилхолина действует примерно так же. Интересно, что рецепторы на внутренних органах не такие, как на мышцах. Никотин на них не действует. На них действует другой известный токсин, который называется мускарин. Это токсин мухомора. Он является агонистом тех рецепторов ацетилхолина, которые работают в парасимпатической системе, и поэтому эти рецепторы называют мускариновыми.

То есть вообще нейрофармакологи говорят, что к ацетилхолину два основных типа рецепторов: никотиновые и мускариновые. Соответственно, мускарин точно так же будет замедлять работу сердца, активировать желудочно-кишечный тракт, и опять-таки он нужен, чтобы защищаться от насекомых. Само название «мухомор» говорит о том, что вряд ли мускарин полезен для всяких членистоногих. Для всех этих рецепторов есть и антагонист, он называется атропин. Тоже довольно известный токсин, который характерен, скажем, для белены, белладонны. И он будет действовать в направлении, противоположном ацетилхолину. Скажем, под влиянием атропина расширяются бронхи, расширяются зрачки (это, кстати, используется в клинике), сердце работает активнее, поэтому атропин входит в состав некоторых лекарственных смесей, которые оказывают кардиостимулирующее действие.

Это периферические эффекты ацетилхолина, они чрезвычайно важны. Но кроме периферии ацетилхолин работает еще и в головном мозге. При этом в головном мозге он не является самым важным медиатором, есть медиаторы поважнее. Тем не менее ацетилхолиновые нейроны встречаются в самых разных отделах центральной нервной системы: в продолговатом мозге, в среднем мозге, в гипоталамусе, в больших полушариях. Как правило, у них довольно короткие аксоны, и они воздействуют только на близлежащие нейроны. И основные эффекты ацетилхолина связаны с балансом сна и бодрствования, с общим уровнем активации мозга, и чаще всего мы застаем ацетилхолин за так называемым нормализующим эффектом. То есть получается, что если, например, у нас стресс, то ацетилхолин понижает уровень возбуждения и делает мозг более спокойным. Если, наоборот, мозг слишком вялый, то ацетилхолин способен его активировать. Это и называется нормализующее действие, и это очень полезное и замечательное действие, конечно.

Никотин как раз и работает в центральной нервной системе таким нормализующим образом, поэтому, если у курильщика, например, стресс, он курит для того, чтобы успокоиться, а если он с утра не может как следует проснуться и включиться в рабочий процесс, то, соответственно, он курит для того, чтобы активизировать свои нейронные сети. Все бы хорошо, но на самом деле у подобных веществ, которые являются агонистами или антагонистами разных медиаторов, есть масса неприятных эффектов. Самый главный из них называется привыкание и зависимость. И привыкание, и зависимость — это следствие самой логики работы синапса. Каждый синапс в нашей центральной нервной системе врожденно знает, с какой активностью передавать сигналы. И дальше представьте себе, что вы берете, скажем, тот же самый никотин и заставляете синапс работать активнее. Синапс через некоторое время начинает на это реагировать и снижать свою собственную эффективность. Становится меньше рецепторов, меньше синтезируется медиатора. Зачем я буду делать ацетилхолин, если я все равно получу никотин?

И в итоге, если вы воздействуете на синапс агонистом, он постепенно снижает свою собственную эффективность, и вам приходится все больше и больше вводить агониста, чтобы достичь нужного уровня активации. Это зависимость. А соответственно, если вы попытаетесь отменить препарат, не ввести агониста, то вдруг окажется, что никакого нормализующего действия ацетилхолина вообще нет. И тогда вместо нормализации, наоборот, возникнут эмоции, какое-то состояние дисфории, уровень бодрствования не будет выводиться на какое-то оптимальное значение. Любой человек, который бросал курить после серьезного периода использования никотина, эти эффекты знает, и табакокурение является действительно важной и тяжелой проблемой. Здесь проблема не только в никотине, но и во вдыхании смол, в раке легких, но это уже отдельная история.

Итак, ацетилхолин является важнейшим медиатором периферической нервной системы, нервно-мышечных синапсов, парасимпатической системы и является важным медиатором нашего головного мозга. Многие нейроны используют его, и часть лекарственных препаратов ориентирована именно на ацетилхолин. Препараты, влияющие на работу мышц, работу внутренних органов и даже на работу центральной нервной системы, вплоть до нейродегенерации, то есть часть современных препаратов, ориентированных на ацетилхолин, используют для того, чтобы бороться с такими тяжелейшими заболеваниями, как, скажем, болезнь Альцгеймера.

Автор статьи:

Доктор биологических наук, профессор кафедры физиологии человека и животных биологического факультета МГУ, специалист в области физиологии мозга

Физиолог Вячеслав Дубынин