Acetilcolina nu este cea mai renumită substanță, dar joacă un rol important în procese precum memoria și antrenamentul. Să deschidem vălul de secreție asupra unuia dintre cei mai subevaluați neurotransmițători ai sistemului nostru nervos.
Primul dintre cei egali
Figura 1. Experiența clasică a lui Otto Levy privind identificarea mediatorilor chimici ai transmiterii impulsurilor nervoase (1921). Obiectele sunt izolate și scufundate în soluția salină a inimii a doi broaște (donator și primitor). Descrierea este prezentată în text. Imagine de pe site-ul en.wikipedia.org. adaptat.
Figura 2. Formula structurală a acetilcolinei. O imagine de la www.curezone.org.
În literatura științifică populară a orientării medicale și neurofiziologice, cel mai adesea este vorba de trei neurotransmițători. dopamina [1]. serotonina [2] și norepinefrina [3]. Acest lucru se datorează în mare măsură faptului că afecțiunile normale și dureroase asociate cu modificările nivelului acestor neurotransmițători sunt mai accesibile înțelegerii și provocării unui interes mai mare pentru cititori. Am scris deja despre aceste substanțe, acum este timpul să acordăm atenție unui alt mediator.
E vorba de acetilcolină. și va fi simbolic, dat fiind faptul că a fost primul neurotransmițător deschis. La începutul secolului XX, a fost întreprinsă o dispută între oamenii de știință despre modul în care un semnal este transmis de la o celulă nervoasă la alta. Unii au crezut că încărcătura electrică, care trece printr-o fibră nervoasă, este transmisă celeilalte prin niște "fire" mai subțiri. Oponenții lor au susținut că există substanțe care transporta semnalul de la o celulă nervoasă la alta. În principiu, ambele părți au avut dreptate: există sinapse chimice și electrice. Cu toate acestea, susținătorii celei de-a doua ipoteze s-au dovedit a fi "mai corecți" - sinapsele chimice predomină în corpul uman.
Pentru a înțelege particularitățile transmiterii semnalelor de la o celulă la alta, fiziologul Otto Levy a efectuat experimente simple, dar elegante (Figura 1). El a stimulat nervul vag al broasca cu un curent electric, ceea ce a condus la o scadere a ritmului cardiac *. Apoi, fluidul din jurul inimii, Levy a strâns și a pus în inima unei alte broaște - și a încetinit și ea. Acest lucru a demonstrat existența unei substanțe care transmite un semnal de la o celulă nervoasă la alta. Substanța enigmatică a lui Levi numită vagusstoff ("substanța nervului vag"). Acum știm că se numește acetilcolină. Problema transmisiei chimice sinaptice a fost, de asemenea, tratată de britanicul Henry Dale. care a descoperit acetilcolina chiar mai devreme decât Levy. În 1936, ambii oameni de știință au primit Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină "pentru descoperiri legate de transferul chimic al impulsurilor nervoase".
Acetilcolina (Figura 2) este produsă în celulele nervoase de colină și acetilcoenzimă-A (acetil-CoA). Enzima acetilcolinesterază este responsabilă pentru distrugerea acetilcolinei. situată în cleștea sinaptică; despre această enzimă va fi o conversație detaliată mai târziu. Planul structurii sistemului acetilcolinergic al creierului este similar cu cel al altor sisteme neurotransmițătoare (Figura 3). În tulpina creierului, există un număr de structuri care eliberează acetilcolina, care intră în axonii în ganglionii bazali ai creierului. Există neuronii lor de acetilcolină, ale căror procese diferă mult peste cortex și penetrează hipocampul.
Figura 3. Sistemul acetilcolinei din creier. Vedem că, în părțile profunde ale creierului sunt grupuri de celule nervoase (în trunchiul și encefalului), care trimit procesele lor în diferite regiuni ale cortexului și a zonelor subcorticale. La punctele finale, acetilcolina este eliberată din terminalele neuronale. Efectele locale ale neurotransmițătorului diferă în funcție de tipul receptorului și de localizarea acestuia. MS - nucleul medial al septului, DB - ligamentul diagonal Brock, nBM - nucleul magnocelular bazal (nucleul Meitner); PPT este nucleul tegmental pedunculopontin, LDT este nucleul tegmental lateral dorsal (ambele nuclee se află în formarea reticulară a brainstemului). Cifra de la [8]. adaptat.
Receptorii acetilcolinei sunt împărțiți în două grupuri - muscarinice și nicotinice. Stimularea receptorilor muscarinici conduce la o schimbare în metabolismul celulei prin sistemul * proteinele G (receptori metabotropici) și efectele asupra nicotinei - membranare potențială schimbare (receptorii ionotropici). Aceasta se datorează faptului că receptorii nicotinici sunt asociați cu canalele de sodiu de pe suprafața celulelor. Expresia receptorilor diferă în diferite părți ale sistemului nervos (Figura 4).
Figura 4. Distribuția receptorilor muscarinici și nicotinici în creierul uman. adaptat.
Mediator de memorizare și învățare
Sistemul de creier Acetilcolina este direct legată de fenomenul de plasticitate cum sinaptice - capacitatea de a mări sau micșora alocarea neurotransmițător sinaptice ca răspuns pentru a mări sau micșora activitatea. Plasticitatea synaptică este un proces important pentru memorie și învățare. așa că oamenii de știință au căutat să-l găsească în departamentul creier responsabil pentru aceste funcții - în hipocampus. Un număr mare de neuroni de acetilcolină direcționează procesele lor în hipocampus și acolo ele afectează eliberarea neurotransmițătorilor din alte celule nervoase [8]. Metoda acestui proces este destul de simplă: pe corpul neuronului și partea presinaptică sunt localizați diferiți receptori nicotinici (în principal, tipurile α7 și β2). Activarea lor va duce la faptul că trecerea semnalului prin celula inervată va fi simplificată și este mai probabil să treacă la următorul neuron. Cea mai mare influență de acest tip este experimentată de neuronii GABA-ergici - celulele nervoase, ale căror neurotransmițător este acidul y-aminobutiric [9].
Neuronii GABA-ergici reprezintă o parte importantă a sistemului care generează ritmurile electrice ale creierului nostru. Aceste ritmuri pot fi înregistrate și studiate folosind o electroencefalogramă - o metodă de cercetare larg răspândită în neurofiziologie. Ritmurile diferitelor frecvențe sunt marcate cu litere grecești: 8-14 Hz - ritm alfa, 14-30 Hz - ritm beta și așa mai departe. Utilizarea stimulatorilor receptorilor de acetilcolină conduce la formarea tetei (0,4-14 Hz) și a gamma-ritmului (30-80 Hz) în creier. Aceste ritmuri, ca regulă, însoțesc activitatea cognitivă activă. Stimularea receptorilor muscarinici ai acetilcolinei postsinaptici situate pe Neuronii din hipocampus (centrul de memorie) și cortexul prefrontal (centrul de comportament complex) conduce la excitarea celulelor și generarea ritmurilor menționate mai sus. Acestea însoțesc diferite activități cognitive - de exemplu, alinierea secvenței temporale a evenimentelor [10].
Hipocampul și cortexul prefrontal joacă un rol important în formare. Din punctul de vedere al reflexelor, orice formare are loc în două moduri. Să presupunem că sunteți un experimentator, iar obiectul experimentului dvs. este un șoarece. În primul caz, lumina strălucește în cușcă (stimulent condiționat), iar rozătoarele primește o bucată de brânză (stimul necondiționat) chiar înainte ca lumina să iasă. Formarea reflexului poate fi numită reținută. În al doilea caz, lumina este, de asemenea, aprins, dar mouse-ul primește tratamentul după ceva timp după oprirea becului. Acest tip de reflex se numește tipul urmelor. Reflexele de tipul al doilea depind de conștientizarea stimulilor mai mult decât de reflexele primului tip. Inhibarea activității sistemului acetilcholinergic conduce la faptul că animalele nu dezvoltă reflexe de urmărire, deși nu există probleme cu cele întârziate [11].
Când sa comparat secreția de acetilcolină în creierul șobolanilor, în care au fost dezvoltate ambele tipuri de reflexe, s-au obținut date interesante [12]. La șobolanii care au făcut față cu succes legătura vremennόy asimilarea între stimul și condiționat neconditionate, a relevat un important niveluri creșterea acetilcolină în cortexul prefrontal medial (Fig. 5), comparativ cu hipocampus. În mod deosebit semnificativă a fost diferența dintre nivelurile de acetilcolină la șobolani care au dezvoltat un reflex de urmărire. Acei rozătoare care nu au făcut față ambelor sarcini au arătat aproximativ nivele egale ale neurotransmițătorului în părțile studiate ale creierului (Figura 6). Continuând de aici, se poate concluziona că cortexul prefrontal joacă un rol mai important în formare, iar hipocampul își păstrează cunoștințele dobândite.
Figura 5. Eliberarea acetilcolinei în hipocampus (HPC) și cortexul prefrontal (PFC) la șobolani cu reflexe reușite. Nivelul maxim de acetilcolină este observat în cortexul prefrontal în dezvoltarea unui reflex de urmărire. Cifra de la [12].
Receptori ai atenției
Figura 7. Varietatea receptorilor de acetilcolină (nAChR) în straturile cortexului prefrontal al creierului Fig.
Nu numai intelectul sau memoria sunt importante pentru învățare, dar atenția este, de asemenea, importantă. Fără atenție, chiar cel mai de succes student va fi un om de două. Acetilcolina este de asemenea implicată în procesele care reglează atenția.
Atenție - percepția concentrată sau gândirea față de problemă - este însoțită de creșterea activității în cortexul prefrontal. Fibrele de acetilcolină sunt trimise către cortexul frontal din părțile profunde ale creierului. Datorită faptului că de multe ori avem nevoie de o comutare rapidă a atenției, este logic că în reglarea atenției implică nicotină (ionotropici) receptorilor acetilcolină și muscarinici nu, care determină o schimbări lente și mai ales structurale in neuroni. Deteriorarea structurilor acetilcolinei din părțile profunde ale creierului reduce activitatea cortexului prefrontal medial și distruge atenția [13]. În plus, interacțiunea structurilor de acetilcolină profundă cu cortexul prefrontal nu este limitată la semnalele ascendente. Neuronii din cortexul frontal își transmit, de asemenea, semnalele către părțile inferioare, ceea ce permite crearea unui sistem de auto-reglare a atenției [14]. Atenția este susținută de acțiunea acetilcolinei asupra receptorilor presinaptici și postsynaptici (Figura 7).
Atunci când vorbim despre receptorii nicotinici și atenția există problema de îmbunătățire a funcțiilor cognitive prin intermediul fumatului, adică introducerea unor doze suplimentare de nicotina, chiar și sub formă de fum de țigară [16]. Situația de aici este destul de clară și rezultatele nu dau fumătorilor un argument suplimentar în favoarea dependenței lor. Nicotina, care a venit din exterior, perturbă dezvoltarea normală a creierului, ceea ce poate duce la tulburări de atenție (de mulți ani) [17]. Dacă comparăm fumătorii și nefumătorii, atunci primii indicatori de atenție sunt mai răi decât cei ai adversarilor lor [18]. Îmbunătățirea atenției fumătorilor apare în cazul fumatului după o lungă abstinență, când problemele lor starea de spirit și problemele cognitive se evaporă odată cu fumul.
Remediul pentru memorie
În cazul în care sistemul acetilcolinergici normale a creierului responsabile pentru memorie, atentie si invatare, bolile pentru care acest tip de transmisie este rupt în creierul nostru, ar trebui să manifeste simptome asociate: pierderea memoriei, scăderea atenției și capacitatea de a învăța lucruri noi. Aici trebuie să stipulăm imediat că, în cursul îmbătrânirii normale, majoritatea covârșitoare a oamenilor este redusă, abilitatea de a memora un nou și viața minții ca întreg. Dacă aceste tulburări sunt atât de grave încât împiedică persoanele în vârstă să se angajeze în activități zilnice și să-și satisfacă nevoile zilnice (servind), atunci medicii pot suspecta demența. Dacă doriți să aflați mai multe despre demență, vă recomand să începeți cu un buletin informativ al OMS. consacrată acestei patologii [19].
Strict vorbind, demența nu este o boală izolată, ci un sindrom care apare într-o serie de boli. Una dintre cele mai frecvente boli care conduce la demență este boala Alzheimer. Se crede că în boala Alzheimer in celulele nervoase acumuleaza amiloid patologice β-proteină [20, 21], care dă activitatea celulelor nervoase, ceea ce duce în cele din urmă la moartea lor. În plus față de această teorie, există și alții care au propriile lor dovezi. Este posibil ca în boala Alzheimer să apară diferite procese în celulele creierului diferiților pacienți, dar ele duc la simptome similare. Cu toate acestea, beta-amiloidul este interesant prin faptul că poate suprima efectul produs de acetilcolină asupra celulei prin intermediul receptorilor nicotinici [22]. Dacă reușim să intensificăm transmiterea acetilcholinergică, putem reduce manifestările bolii și putem prelungi viața independentă a unei persoane cu demență.
Medicamentele utilizate pentru demență includ inhibitori ai acetilcolinesterazei (AChE), o enzimă care distruge acetilcolina într-o cleftă sinaptică. Utilizarea inhibitorilor AChE conduce la o creștere a conținutului de acetilcolină în interneuronosferă și la îmbunătățirea transmiterii semnalului. Un studiu al eficacității inhibitorilor AChE în boala Alzheimer a determinat faptul că este capabil să reducă simptomele bolii [23] și să încetinească progresia acesteia [24]. Cele trei medicamente cele mai utilizate în acest grup - rivastigmină, galantamină și donepezil - sunt comparabile în ceea ce privește eficacitatea și siguranța. Există, de asemenea, o experiență mică, dar reușită cu utilizarea inhibitorilor AChE în tratamentul halucinațiilor muzicale la vârstnici [25].
Cu ajutorul acetilcolinei, creierul nostru învață, se concentrează asupra diferitelor obiecte și fenomene ale lumii înconjurătoare. Memoria noastră "funcționează" pe acetilcolină, iar deficitul poate fi compensat cu ajutorul drogurilor. Sper că ți-a plăcut cunoștința cu acetilcolina.
literatură
Articole similare
-
Măsoară lungimea moleculei în mod clar că nu putem măsura direct atât de mică
-
Măsurarea lungimii moleculei dnk - cartea de referință pentru chimie 21
Trimiteți-le prietenilor: