Нейротрансмиттерлер: анықтамалар мен терминология

Кіріспе

Химический зат, нейротрансмиссияны қамтамасыз етеді.
Осы мақалада қолданылатын түсініктер мен терминологияға кіріспе.

Нейротрансмиттер – бұл нейронның басқа жасушаға әсер етуі үшін синапс арқылы бөлінетін сигнал молекуласы. Сигналды қабылдайтын жасуша, яғни мақсатты жасуша, басқа нейрон болуы мүмкін, бірақ сондай-ақ без немесе бұлшықет жасушасы да болуы мүмкін. Нейротрансмиттерлер синаптылық кесекшелерден синаптылық кеңістікке шығарылады, онда олар мақсатты жасушадағы нейротрансмиттер рецепторларымен өзара әрекеттеседі. Нейротрансмиттердің мақсатты жасушаға тигізетін әсері, ол байланысқан рецепторға байланысты анықталады. Көптеген нейротрансмиттерлер аминоқышқылы сияқты қарапайым және көп мөлшердегі прекурсорлардан синтезделеді, олар оңай қол жетімді және көбінесе түрлендіру үшін аз ғана биосинтетикалық қадамдарды қажет етеді. Нейротрансмиттерлер күрделі жүйке жүйелерінің жұмыс істеуі үшін маңызды. Адамдағы ерекше нейротрансмиттерлердің нақты саны белгісіз, бірақ 100-ден астам түр анықталған. Көбінесе кездесетін нейротрансмиттерлерге глутамат, ГАМК, ацетилхолин, глицин және норадреналин жатады.

Сақтау

Нейротрансмиттерлер көбінесе синаптық қапшықтарда сақталады, олар пресинаптық нейронның аксон терминалындағы жасуша мембранасына жақын орналасқан. Дегенмен, кейбір нейротрансмиттерлер, мысалы, көміртек оксиді және азот оксиді сияқты метаболизмдік газдар, әрекет потенциалынан кейін бірден синтезделіп босатылады, және ешқашан қапшықтарда сақталмайды.

Шығару

Жалпы алғанда, нейротрансмиттерлер пресинаптикалық терминалдан пресинаптикалық нейрондағы әрекеттік потенциал деп аталатын электрлік сигналға жауап ретінде босатылады. Дегенмен, электрлік стимуляциясыз да төменгі деңгейдегі "базалық" босату жүзеге асырылады. Нейротрансмиттерлер синаптық кеңістікке бөлініп, одан таралады, онда олар постсинаптикалық нейронның мембранасындағы нақты рецепторлармен байланысады.

Рецепторлық өзара іс-қимыл

Синаптикалық кеңістікке босатылғаннан кейін нейротрансмиттерлер синапс арқылы таралып, мақсатты жасушадағы рецепторлармен әрекеттеседі. Нейротрансмиттердің әсері синапстағы мақсатты жасушаның қандай рецепторлары бар екеніне байланысты. Рецептордың түріне қарай, нейротрансмиттерлердің байланысуы постсинаптикалық нейронды қозуға, тежеуге немесе өзгертуге (модуляциялауға) алып келуі мүмкін. Толық ақпарат алу үшін төмен қараңыз.

Жою

Синаптикалық немесе мақсатты жасушадағы рецепторлардың үзіліссіз белсендірілуін болдырмау үшін нейротрансмиттерлерді синаптылық кеңістіктен алып тастау қажет. Нейротрансмиттерлер үш механизмнің бірі арқылы алынады: Диффузия – нейротрансмиттерлер синаптылық кеңістіктен таралып, онда глиальды жасушалар сіңіреді. Бұл глиальды жасушалар, әдетте астроциттер, артық нейротрансмиттерлерді сіңіреді. Астроциттер – мидағы глиальды жасушалардың бір түрі, олар астроциттік диффузия немесе глиотрансмиссия арқылы синаптылық байланысқа белсенді түрде үлес қосады. Нейрондық белсенділік астроциттердегі кальций деңгейінің жоғарылауына әкеледі, бұл глутамат, АТФ және D серин сияқты глиотрансмиттерлердің бөлінуіне себеп болады. Бұл глиотрансмиттерлер клеткадан тыс кеңістікке таралып, жақын жердегі нейрондармен өзара әрекеттесіп, синаптық беріліске әсер етеді. Астроциттер клеткадан тыс нейротрансмиттер деңгейін реттеу арқылы дұрыс синаптық функцияны сақтауға көмектеседі. Астроциттер мен нейрондар арасындағы екі бағытты коммуникация ми сигнализациясын күрделендіреді, бұл мидың жұмысына және неврологиялық ауруларға әсер етеді. Ферменттік ыдырау – ферменттер деп аталатын ақуыздар нейротрансмиттерлерді ыдыратады. Қайта сіңіру – нейротрансмиттерлер пресинаптикалық нейронға қайта сіңіріледі. Транспортерлер немесе мембраналық тасымалдау ақуыздары нейротрансмиттерлерді синаптылық кеңістіктен аксондық терминалдарға (пресинаптикалық нейронға) қайта жібереді, онда олар қайта пайдалану үшін сақталады. Мысалы, ацетилхолин ацетилхолинестераз ферментімен ацетил тобын бөліп шығару арқылы жойылады; қалған холин пресинаптикалық нейронға сіңіріліп, қайта өңделеді, содан кейін көбірек ацетилхолин синтезделеді. Басқа нейротрансмиттерлер мақсатты синапстық қосылыстардан таралып, бүйрек арқылы денеден шығарылады немесе бауырда жойылады. Әрбір нейротрансмиттерде реттеуші нүктелерде өте нақты ыдырау жолдары бар, олар организмнің реттеуші жүйесі немесе дәрі-дәрмектермен бағыттала алады. Кокаин дофаминнің қайта сіңірілуіне жауапты дофамин транспортерін бұғаттайды. Транспортер болмағанда, дофамин синаптылық кеңістіктен әлдеқайда баяу таралады және мақсатты жасушадағы дофамин рецепторларын белсендіруді жалғастырады.

In order to avoid continuous activation of receptors on the post synaptic or target cell, neurotransmitters must be removed from the synaptic cleft. Neurotransmitters are removed through one of three mechanisms:

Diffusion – neurotransmitters drift out of the synaptic cleft, where they are absorbed by glial cells. These glial cells, usually astrocytes, absorb the excess neurotransmitters. Astrocytes, a type of glial cell in the brain, actively contribute to synaptic communication through astrocytic diffusion or gliotransmission. Neuronal activity triggers an increase in astrocytic calcium levels, prompting the release of gliotransmitters, such as glutamate, ATP, and D serine. These gliotransmitters diffuse into the extracellular space, interacting with nearby neurons and influencing synaptic transmission. By regulating extracellular neurotransmitter levels, astrocytes help maintain proper synaptic function. This bidirectional communication between astrocytes and neurons add complexity to brain signaling, with implications for brain function and neurological disorders. Enzyme degradation – proteins called enzymes break the neurotransmitters down. Reuptake – neurotransmitters are reabsorbed into the pre synaptic neuron. Transporters, or membrane transport proteins, pump neurotransmitters from the synaptic cleft back into axon terminals (the presynaptic neuron) where they are stored for reuse. For example, acetylcholine is eliminated by having its acetyl group cleaved by the enzyme acetylcholinesterase; the remaining choline is then taken in and recycled by the pre synaptic neuron to synthesize more acetylcholine. Other neurotransmitters are able to diffuse away from their targeted synaptic junctions and are eliminated from the body via the kidneys, or destroyed in the liver. Each neurotransmitter has very specific degradation pathways at regulatory points, which may be targeted by the body's regulatory system or medication. Cocaine blocks a dopamine transporter responsible for the reuptake of dopamine. Without the transporter, dopamine diffuses much more slowly from the synaptic cleft and continues to activate the dopamine receptors on the target cell.

Ашылу

ХХ ғасырдың басына дейін ғалымдар мидағы синапстық байланыстың көп бөлігі электрлік екенін қабылдаған. Алайда, Рамон и Кахальдың гистологиялық зерттеулері нәтижесінде, қазір синапстық кеңістік деп аталатын нейрондар арасындағы 20-40 нм-лік саңылау табылды. Мұндай саңылаудың болуы химиялық хабаршылар арқылы синапстық кеңістік арқылы байланыс орнату мүмкіндігін көрсетті, ал 1921 жылы неміс фармакологы Отто Лоеви нейрондардың химиялық заттар шығару арқылы бір-бірімен қарым-қатынас жасай алатынын дәлелдеді. Бақалардың шаша жүйкелерімен жүргізген тәжірибелер сериясы арқылы Лоеви шаша жүйке төңірегіндегі тұзды ерітіндінің мөлшерін реттеу арқылы бақалардың жүрек соғуын қолмен баяулата алды. Осы тәжірибе аяқталғаннан кейін Лоеви жүрек функциясының симпатикалық реттелуі химиялық концентрацияның өзгеруі арқылы жүзеге асырылатынын айтты. Сонымен қатар, Отто Лоевиге ацетилхолин (АХ) – алғашқы белгілі нейротрансмиттерді ашқандық есімдері тиесілі.

Іс-шаралар

Нейрондар бір-бірімен синапстар арқылы байланысады, бұл нейротрансмиттерлердің сигналдарды жіберуге арналған мамандандырылған байланыс нүктелері. Әрекеттік потенциал пресинаптикалық терминалға жеткенде, ол синаптикалық кеңістікке нейротрансмиттерлердің босатылуын тудыруы мүмкін. Бұл нейротрансмиттерлер постсинаптикалық мембранадағы рецепторлармен байланысып, қабылдаушы нейронға тежегіш немесе қоздырғыш әсер етеді. Егер жалпы қоздырғыш әсерлер тежегіш әсерлерден артық болса, қабылдаушы нейрон өзінің әрекеттік потенциалын тудырып, ақпаратты желідегі келесі нейронға жіберуді жалғастырады. Бұл процесс ақпарат ағынына және күрделі нейрондық желілердің қалыптасуына мүмкіндік береді.

Модуляция

Нейротрансмиттердің мақсатты жасушаға қоздырғыштық, тежеушілік немесе модуляторлық әсері болуы мүмкін. Бұл әсерді нейротрансмиттердің постсинаптикалық мембранадағы рецепторлармен өзара әрекеттесуі анықтайды. Нейротрансмиттер трансмембраналық ион ағынына әсер етеді, яғни ол байланысқа түскен жасушаның әрекет потенциалын тудыру ықтималдығын арттырады (қоздырғыштық) немесе азайтады (тежеушілік). Қоздырғыштық әсері бар рецепторлары бар синапстар I типті синапстар деп аталады, ал II типті синапстар тежеушілік әсері бар рецепторларды қамтиды. Осылайша, синапстардың әртүрлі болуына қарамастан, олардың барлығы тек осы екі түрдегі хабарды жеткізеді. Бұл екі түрдің сыртқы түрі әр түрлі және олар негізінен оның әсеріне ұшыраған нейрондардың әртүрлі бөліктерінде орналасқан. Модуляторлық әсері бар рецепторлар барлық синапстық мембраналарға таралады және нейротрансмиттерлердің байланысуы жасушаның қызметін реттеуге көмектесетін сигналдық каскадтарды іске қосады. Нейротрансмиттерлердің модуляторлық әсері бар рецепторларға байланысуы көптеген нәтижелерге әкелуі мүмкін. Мысалы, ол синапстық мембранаға көбірек немесе аз рецепторларды тарту арқылы болашақ стимулға сезімталдықты арттыру немесе азайтуы мүмкін. I типті (қоздырғыштық) синапстар көбінесе дендриттердің сабаларында немесе тікендерінде орналасқан, ал II типті (тежеушілік) синапстар көбінесе жасуша денесінде орналасқан. Сонымен қатар, I типті синапстарда дөңгелек синаптық везикулалар бар, ал II типті синапстардағы везикулалар жалпақ. I типті синапста пресинаптық және постсинаптық мембраналардағы материал II типті синапстағыдан тығыз, ал I типті синаптық кеңістік кеңірек. Соңында, I типті синапстағы белсенді аймақ II типті синапстағыдан үлкен. I және II типті синапстардың әртүрлі орналасуы нейронды екі аймаққа бөледі: қоздырғыштық дендриттік ағаш және тежеушілік жасуша денесі. Тежеушілік тұрғысынан алғанда, қоздыру дендриттер арқылы келіп, аксон дөңесіне таралып, әрекет потенциалын тудырады. Егер хабарды тоқтату қажет болса, оны акциондық потенциал басталатын аксон дөңесіне жақын жасуша денесінде тежеу арқылы тоқтату қажет. Қоздырғыштық-тежеушілік өзара әрекеттесуді түсіндірудің тағы бір жолы – қоздырудың тежеуді жеңуін бейнелеу. Егер жасуша денесі әдетте тежелген күйде болса, аксон дөңесінде әрекет потенциалын тудырудың жалғыз жолы – жасуша денесінің тежеуін азайту. Бұл «есік ашу» стратегиясында, қоздырғыштық хабар жарыс жолында жүгіруге дайын ат сияқты, бірақ алдымен тежеуші бастау қақпасын алып тастау керек.

A neurotransmitter may have an excitatory, inhibitory or modulatory effect on the target cell. The effect is determined by the receptors the neurotransmitter interacts with at the post synaptic membrane. Neurotransmitter influences trans membrane ion flow either to increase (excitatory) or to decrease (inhibitory) the probability that the cell with which it comes in contact will produce an action potential. Synapses containing receptors with excitatory effects are called Type I synapses, while Type II synapses contain receptors with inhibitory effects. Thus, despite the wide variety of synapses, they all convey messages of only these two types. The two types are different appearance and are primarily located on different parts of the neurons under its influence. Receptors with modulatory effects are spread throughout all synaptic membranes and binding of neurotransmitters sets in motion signaling cascades that help the cell regulate its function. Binding of neurotransmitters to receptors with modulatory effects can have many results. For example, it may result in an increase or decrease in sensitivity to future stimulus by recruiting more or less receptors to the synaptic membrane. Type I (excitatory) synapses are typically located on the shafts or the spines of dendrites, whereas type II (inhibitory) synapses are typically located on a cell body. In addition, Type I synapses have round synaptic vesicles, whereas the vesicles of type II synapses are flattened. The material on the presynaptic and post synaptic membranes is denser in a Type I synapse than it is in a Type II, and the Type I synaptic cleft is wider. Finally, the active zone on a Type I synapse is larger than that on a Type II synapse. The different locations of Type I and Type II synapses divide a neuron into two zones: an excitatory dendritic tree and an inhibitory cell body. From an inhibitory perspective, excitation comes in over the dendrites and spreads to the axon hillock to trigger an action potential. If the message is to be stopped, it is best stopped by applying inhibition on the cell body, close to the axon hillock where the action potential originates. Another way to conceptualize excitatory–inhibitory interaction is to picture excitation overcoming inhibition. If the cell body is normally in an inhibited state, the only way to generate an action potential at the axon hillock is to reduce the cell body's inhibition. In this "open the gates" strategy, the excitatory message is like a racehorse ready to run down the track, but first, the inhibitory starting gate must be removed.

Дәрілік антагонисттер

Антагонист дәрі – биологиялық жауап беру үшін рецепторды белсендірмей, рецептор деп аталатын орынға қосылатын (немесе байланысатын) дәрі. Сондықтан оның ішкі белсенділігі жоқ деп есептеледі. Антагонисттерді рецептор "тоқтаушысы" деп те атайды, себебі олар агонисттің орынға әсер етуін тоқтатады. Осылайша, антагонисттің фармакологиялық әсері – сәйкес рецептор орындарының агонистерінің (мысалы, дәрілер, гормондар, нейротрансмиттерлер) оған байланысуына және оны белсендіруіне кедерілді етуде. Антагонисттер "бәсекелестік" немесе "қайтымсыз" болуы мүмкін. Бәсекелестік антагонист рецептормен байланысу үшін агонистпен бәсекелеседі. Антагонист концентрациясы артқан сайын, агонист байланысы біртіндеп тежеледі, нәтижесінде физиологиялық жауап төмендейді. Антагонисттің жоғары концентрациясы жауапты толығымен тоқтатуы мүмкін. Дегенмен, бұл тежелуді агонист концентрациясын арттыру арқылы жеңуге болады, өйткені агонист пен антагонист рецептормен байланысу үшін бәсекелеседі. Сондықтан бәсекелестік антагонисттер агонист үшін доза-жауап қатынасын оңға қарай жылдырады деп сипатталады. Бәсекелестік антагонист қатысқанда, агонистпен байқалатын жауапты алу үшін агонисттің жоғары концентрациясы қажет болады. Қайтымсыз антагонист рецептормен соншалықты мықты байланысады ki, рецептор агонистпен байланысуға қолжетімсіз болады. Қайтымсыз антагонисттер тіпті рецептормен ковалентті химиялық байланыстар құруы мүмкін. Екі жағдайда да, егер қайтымсыз антагонисттің концентрациясы жеткілікті жоғары болса, агонист байланысы үшін қалған байланыспаған рецепторлардың саны соншалықты азаюы мүмкін ki, тіпті агонисттің жоғары концентрациясы да максималды биологиялық жауапты тудырмайды.

Алдын ала өнімдер

Нейротрансмиттер прекурсорларын қабылдау нейротрансмиттер синтезін арттырғанымен, нейротрансмиттердің босатылуын және постсинаптикалық рецепторлардың қоздырылуын арттыратынына қатысты мәліметтер қарама-қайшы. Нейротрансмиттердің босатылуы артса да, бұл нейротрансмиттерлік сигналдың ұзақ мерзімді күшеюіне әкеледін-әкелмейдін белгісіз, себебі жүйке жүйесі нейротрансмиттер синтезінің артуы сияқты өзгерістерге бейімделіп, тұрақты қоздырылуын сақтап қалуы мүмкін. Кейбір нейротрансмиттерлер депрессияға қатысы болуы мүмкін, және осы нейротрансмиттерлердің прекурсорларын қабылдау жеңіл және орташа депрессияны емдеуде тиімді болуы мүмкін деген деректер бар.

Нейротрансмиттерлердің тепе- теңдігі

Жалпы алғанда, әртүрлі нейротрансмиттерлердің тиісті деңгейлері немесе "тепе-теңдігі" үшін ғылыми тұрғыдан белгіленген "нормалар" жоқ. Көп жағдайда мида немесе денеде нейротрансмиттерлердің деңгейін нақты бір сәтте өлшеу іс жүзінде мүмкін емес. Нейротрансмиттерлер бір-бірінің бөлінуін реттейді, ал осы өзара реттеудегі шамалы, тұрақты бұзылыстар сау адамдардың мінез-құлқымен байланысты. Нейротрансмиттерлік жүйелердегі күшті тепе-теңдіксіздік немесе бұзылыстар көптеген аурулар мен психикалық денсаулық мәселелерімен байланысты. Оларға Паркинсон ауруы, депрессия, ұйқысыздық, назар жетіспеуі және гипербелсенділік синдромы (НАЖС), алаңдаушылық, есте сақтау қабілетінің нашарлауы, салмақтың күрт өзгеруі және тәуелділік жатады. Созылмалы физикалық немесе эмоционалдық стресс нейротрансмиттерлік жүйедегі өзгерістерге себеп болуы мүмкін. Нейротрансмиттерлердің қызметіне генетика да әсер етеді. Бос уақытты өткізу мақсатында қолданылмайтын, бірақ бір немесе бірнеше нейротрансмиттермен немесе оның рецепторымен тікелей немесе жанама түрде әрекеттесетін дәрілер психиатриялық және психологиялық мәселелерге жиі тағайындалады. Атап айтқанда, серотонин және норадреналинмен әрекеттесетін дәрілер депрессия мен алаңдаушылық сияқты проблемалары бар пациенттерге тағайындалады, бірақ мұндай емшараларды қолдайтын нақты медициналық дәлелдердің жеткілікті екеніне қатысты кеңінен сын айтылады. Зерттеулер дофаминның тепе-теңдігінің бұзылуының көптік склероз және басқа да неврологиялық ауруларға әсер ететінін көрсетті.