Начало >> Статьи >> Архивы >> Нейрофармакология

Ацетилхолин-медиатор - Нейрофармакология

Оглавление
Нейрофармакология
Медиаторные средства
Ацетилхолин-медиатор
Распределение М-холинорецепторов в тканях
М-холиномиметики
Карбахолин
Избирательные М-холиномиметики
М-Н-холинолитики
Избирательные М-холинолитики
Четвертичные производные избирательных М-холинолитиков
Применение М-холиномиметиков и М-холинолитиков
Местоположение Н-холинорецепторов
Н-холинорецепторы вегетативных ганглиев
Н-холинорецепторы мозгового слоя надпочечников
Н-холинорецепторы каротидных клубочков
Н-холинорецепторы поперечнополосатых мышц
Н-холиномиметики
Ганглиолитики и их применение
Периферические миорелаксанты и их применение
Антихолинэстеразные вещества и реактиваторы холинэстеразы
Структура холинорецепторов
Фармакология центральных холинорецепторов
Препараты М-холиномиметиков
Препараты М-холинолитиков
Препараты Н-холиномиметиков
Ганглиоблокаторы
Препараты антихолинэстеразных веществ и реактиваторы холинэстеразы
Норадреналин-медиатор и адренорецепторы
Связь между строением и действием адреномиметиков
Адреналин
Альфа-Адреномиметики
Бета-Адреномиметики
Пресинаптические адреномиметики
Альфа-адреноблокаторы
Бета-адреноблокаторы
Пресинаптические симпатолитики
Препараты адренергических средств
Альфа- и бета-Адреноблокаторы
Норадреналин как медиатор в центральной нервной системе
Дофамин
Серотонин
Гистамин и его антагонисты
Простагландины
Аминокислоты аминалон и глицин
Участие норадреналина-медиатора в образовании нейрогенных дистрофий
Наркотические и снотворные средства
Ингаляционные наркотические вещества
Наркотические газы
Нелетучие наркотические средства
Применение барбитуратов для внутривенного наркоза
Небарбитураты, применяемые для внутривенного наркоза
Применение нелетучих наркотических средств в качестве снотворных
Препараты наркотических и снотворных средств
Этиловый алкоголь
Противосудорожные средства
Средства, применяемые при паркинсонизме
Наркотические анальгетики
Ненаркотические анальгетики
Салициловая кислота и ее производные
Производные пиразолона
Производные анилина
Препараты анальгезирующих веществ
Производные фенотиазина
Производные тиоксантена
Производные бутирофенона
Резерпин
Средства, применяемые при аффективных, маниакальных и депрессивных расстройствах
Ингибиторы аминоксидазы как антидепрессантные средства
Препараты антипсихотических средств
Седативные средства
Производные бензодиазепина
Коразол, кордиамин, камфора
Углекислота, этимизол
Стрихнин
Препараты аналептиков
Средства, тонизирующие центральную нервную систему
Местноанестезирующие средства
Группа сложных эфиров
Группа амидов
Препараты местных анестетиков
Список литературы

Глава II
АЦЕТИЛХОЛИН-МЕДИАТОР И МЕХАНИЗМ ЕГО ДЕЙСТВИЯ
Ацетилхолин осуществляет передачу импульсов с вырабатывающих его окончаний нервов, которые называют поэтому холинергическими нервами.
Честь открытия медиаторной роли ацетилхолина принадлежит австрийскому фармакологу О. Lowi (1921). Опытами на изолированном сердце лягушки с сохраненными блуждающими нервами им было показано, что при раздражении сердечных ветвей этого нерва в питательную жидкость выходит вещество, способное вызвать замедление ритма другого изолированного сердца лягушки. Это вещество О. Lowi назвал «вагусным веществом» (вагусштоф).
Несколько позже О. Lowi со своим сотрудником Л. Навратилом (1926) убедительно показал, что вагусштоф является ацетилхолином. Первым доказательством тому служит открытый ими факт, что как ацетилхолин, так и вагусное вещество быстро инактивируется тканями и что это разрушение предотвращается физостигмином. Эта работа О. Lowi и Навратила имела очень большое значение. Она дала объяснение ранее известной способности физостигмина в сотни раз повышать активность ацетилхолина, причем было доказано, что физостигмин тормозит фермент, разрушающий ацетилхолин, получивший впоследствии название ацетилхолинэстеразы (3.1.1.7). Этим было положено начало фармакологии нового класса соединений, так называемых антихолинэстеразных веществ.
Вместе с тем показанная в этой работе возможность стабилизировать физостигмином ацетилхолин, выделяющийся с нервных окончаний, открыла путь для экспериментального подтверждения химической передачи нервных импульсов. Когда опыты с раздражением блуждающего нерва ставились на изолированном сердце, перфузируемом раствором Рингера, далеко не всегда удавалось обнаружить в нем вагусное вещество. Опубликованные О. Lowi результаты не удавалось повторить многим другим авторам, так как вагусное вещество — ацетилхолин — быстро разрушается. Значительно более постоянные результаты были получены, когда к питательной жидкости стали прибавлять физостигмин, защищающий ацетилхолин от ферментативного расщепления. Тот же прием привел к доказательству передачи ацетилхолином нервных импульсов не только с концов сердечных ветвей блуждающего нерва, но и с нервных окончаний ряда других нервов.
Химическая передача в ганглионарных синапсах была впервые установлена советским физиологом А. В. Кибяковым (1933), а затем Н. Dale, W. Feldberg (1934) показали, что и в этом случае роль передатчика играет ацетилхолин. В лаборатории Н. Dale была также доказана передача ацетилхолином импульсов в синапсах мозгового слоя надпочечника. Мысль о том, что передача импульсов с двигательных нервов на поперечнополосатые мышцы происходит посредством химического вещества, была высказана в 1925 г. А. Ф. Самойловым. Это заключение сделано им на основании термодинамических опытов.
В 1934—1936 гг. Н. Dale со своими учениками экспериментально показали, что передачи в нервно-мышечных синапсах осуществляются ацетилхолином. Участие вещества, близкого к ацетилхолину, в передаче импульсов через синапсы головного мозга было впервые показано сотрудницей К. М. Быкова А. В. Риккль (1936) в опытах на изолированной голове рыбы. В настоящее время благодаря многочисленным исследованиям не вызывает сомнения, что ацетилхолин служит основным передатчиком в центральных межнейронных синапсах.
В итоге всех работ было показано, что ацетилхолин является передатчиком импульсов с окончаний всех парасимпатических постганглионарных волокон, с постганглионарных симпатических волокон, иннервирующих потовые железы, с окончаний всех (как симпатических, так и парасимпатических) преганглионарных волокон (включая симпатические волокна, иннервирующие хромаффинные клетки надпочечника, эмбриологически соответствующие ганглионарным), с окончаний двигательных нервов поперечнополосатых мышц, а также во многих центральных синапсах.
Все нервы, импульсы которых передаются ацетилхолином, а также соответственно нейроны называются холинергическими.
Химически ацетилхолин представляет собой сложный эфир холина и уксусной кислоты:

Он легко образует хорошо растворимые в воде соли. Ацетилхолин химически нестоек, в щелочной среде омыляется, распадаясь на холин и уксусную кислоту:

Холин обладает в тысячу раз меньшей активностью по сравнению с ацетилхолином, и потому омыление ацетилхолина практически инактивирует его. Разрушение ацетилхолина катализируется в тканях открытым О. Lowi ферментом ацетилхолинэстеразой, которая сосредоточена в области холинергических синапсов. Быстрое разрушение медиатора обеспечивает лабильность холинергических нервных регуляций.
Синтез ацетилхолина из холина и уксусной кислоты при участии фермента холинацетилтрансферазы (2.3.1.6) происходит в холинергических нейронах. По ходу холинергического аксона ацетилхолин-медиатор сосредоточивается в везикулах, медленно продвигающихся по направлению к синапсам.
При поступлении нервных импульсов к пресинаптическим окончаниям нервного волокна происходит выход активного медиатора в синаптическую щель. Пройдя через синаптическую щель, ацетилхолин вступает в реакцию с чувствительными к нему постсинаптическими образованиями, именуемыми холинорецепторами. После воздействия на рецепторы ацетилхолин разрушается. Фармакологические вещества, избирательно действующие на холинорецепторы, вызывающие обратный эффект и препятствующие действию ацетилхолина, т. е. его антагонисты, называют холинолитиками. Ацетилхолин, введенный в организм извне, воспроизводит все эффекты холинергических нервов, но проявлению этого действия в значительной степени препятствует быстрое его разрушение ацетилхолинэстеразой и другими менее специфическими эстеразами. При медленном поступлении в кровь, как, например, при приеме внутрь, действие ацетилхолина вовсе не проявляется, так как он полностью успевает разрушиться. Зато при внутривенном введении ацетилхолина наступает чрезвычайно сильное, хотя и кратковременное действие, вызываемое возбуждением холинорецепторов. Современная микроэлектродная техника, методика микроинъекций и применение радиоактивных изотопов приблизили исследователей к пониманию механизма воздействия ацетилхолина-медиатора на иннервируемые клетки.
Согласно создавшимся представлениям, ацетилхолин действует на клеточную мембрану, вызывая изменение ее проницаемости к ионам. Известно, что существует постоянная разница в содержании ионов внутри клеток и во внеклеточной среде. Внутри клетки преобладают катионы калия и анионы органических кислот, вне клеток преобладают катионы натрия и анионы хлора, причем на внешней поверхности клетки преобладают положительные заряды катионов, а внутри клетки — отрицательные заряды анионов. Это создает разницу потенциалов между внешней и внутренней поверхностями клеточной мембраны, достигающую нескольких десятков милливольт (у поперечнополосатого мышечного волокна около 90 мВ). Такая разница потенциалов, характерная для клетки, находящейся в покое, создает состояние поляризации и называется потенциалом покоя. При воздействии ацетилхолина на постсинаптические холинорецепторы разница потенциалов вне и внутри клетки  нарушается благодаря увеличению проницаемости клеточной мембраны к катионам. В клетках, в которых холинергические импульсы вызывают состояние возбуждения, ацетилхолин вызывает последовательное повышение проницаемости мембраны сначала к ионам натрия, а затем и к ионам калия.
Благодаря повышению проницаемости поток ионов натрия устремляется в направлении падающего градиента концентрации, т. е. извне внутрь клетки. Вхождение внутрь клетки положительно заряженных ионов натрия уменьшает разницу между потенциалами на наружной и внутренней поверхности мембран, что определяют как деполяризацию. Когда деполяризация достигает определенной критической величины, поток ионов натрия резко увеличивается, разница потенциалов принимает обратный характер, внешняя поверхность клетки становится электроотрицательной по отношению к внутренней среде клетки, и эти электроотрицательные постсинаптические потенциалы действия приобретают остроконечную форму (спайк). В клетках, способных к распространению импульсов, спайк вызывает появление распространяющегося потенциала действия. После того как деполяризация достигает максимума, начинается обратный процесс благодаря последующему за повышением проницаемости к натрию повышению проницаемости мембран к калию. Ионы калия устремляются в направлении градиента, т. е. изнутри клетки наружу. При этом, неся положительные заряды, ионы калия возвращают электроположительность поверхности клеток и восстанавливают обычную разницу потенциалов внутри и вне клетки. Этот процесс, вызываемый потоком ионов калия, называют реполяризацией.
После этих двух фаз восстанавливается потенциал покоя, но остается нарушенным нормальное соотношение ионов натрия и калия снаружи и внутри клеточных мембран. Восстановление этого соотношения ионов, и поддержание его на постоянной высоте выполняются так называемым «натриевым насосом», благодаря работе которого излишек ионов натрия удаляется из клетки через мембрану и на их место поступают ионы калия. Это движение ионов происходит против градиента и потому требует затраты энергии. «Натриевый насос» использует запас энергии клеточной АТФ и других макроэргических соединений.
В таких клетках, как, например, в клетках сердечных ведущих узлов, где холинергические импульсы вызывают не возбуждение, а торможение, ацетилхолин, действуя на клеточную мембрану, вызывает не деполяризацию, а, наоборот, гиперполяризацию, т. е. увеличение разницы потенциалов между внутренней и внешней поверхностью клеточной мембраны. Это гиперполяризующее действие объясняют тем, что у мембран подобных клеток ацетилхолин увеличивает проницаемость не к ионам натрия, а лишь к ионам калия и хлора. Катионы калия устремляются по градиенту изнутри клеток наружу, увеличивая положительный заряд на поверхности клетки, благодаря чему увеличивается потенциал покоя. Вследствие этого, т. е. вследствие увеличения разницы потенциалов внутри и вне клеток, требуются более сильные внешние импульсы для получения деполяризации, т. е. наблюдается состояние торможения. Описанные выше процессы при возбуждении и торможении клеток были получены в опытах на гигантских нервных клетках краба с регистрацией потенциалов через введенные в клетки электроды и с наблюдением за движением радиактивных ионов Na и К. Полученные в этих опытах данные были затем подтверждены на нервных и мышечных клетках теплокровных животных. При этом было установлено, что ацетилхолин вызывает изменение проницаемости клеточной мембраны, воздействуя на внешнюю ее поверхность. Нанесение микродоз ацетилхолина на поверхность клетки вызывает характерный эффект, внутриклеточная же микроинъекция оказывается недействительной.
Согласно изложенной выше классической теории ацетилхолиновой передачи, ацетилхолин, выделяясь в синаптическую щель, действует на постсинаптические холинорецепторы. Таким образом, по этой теории деполяризующее действие ацетилхолина-медиатора проявляется исключительно на постсинаптической мембране. Однако, в настоящее время накопились факты, говорящие в пользу того, что деполяризующее действие ацетилхолина-медиатора распространяется и на пресинаптическую мембрану, отделяющую пресинаптические нервные окончания от синаптической щели. Впервые на это указывали опыты с введением ацетилхолина или прозерина в артерию, питающую поперечнополосатую мышцу, которое одновременно с вздрагиванием мышечных волокон вызывало антидромные импульсы в двигательном нерве, иннервирующем эти мышечные волокна. Очевидно, это могло быть следствием деполяризации пресинаптической мембраны. По-видимому, такое же деполяризующее действие оказывает ацетилхолин на пресинаптическую мембрану в ганглионарных синапсах. G. Koelle (1961) предполагает, что для мощной деполяризации постсинаптической мембраны количество ацетилхолина, освобождающегося с нервных пресинаптических окончаний при их возбуждении, может быть недостаточным и деполяризующее действие его на пресинаптическую мембрану приводит к выходу в щель добавочных количеств медиатора, необходимых для получения должного постсинаптического эффекта.
В то время как вызываемое ацетилхолином движение катионов через клеточную мембрану и наблюдающееся при этом изменение потенциала доказано точными опытами и в настоящее время не вызывает сомнения, представления о том, каким образом ацетилхолин вызывает изменения проницаемости мембран, остаются до сих пор чисто гипотетическими. Для ТОГО чтобы приблизиться к пониманию этого процесса, необходимо обратиться к имеющимся представлениям о микроструктуре клеточной мембраны. Считают, что эта мембрана состоит из белковых и липидных молекул, образующих по крайней мере два слоя.
Тесное взаимное расположение липидных молекул оставляет небольшие молекулярные поры, допускающие при покойном состоянии клетки лишь сравнительно медленный поток катионов по градиенту, т. е. ионов натрия и калия извне внутрь и изнутри клетки наружу. Обратный поток катионов через мембраны, поддерживающий постоянную разницу в их концентрации, осуществляется посредством «насоса» против градиента и идет иными путями, чем пассивное прохождение катионов через поры. Для работы этого насоса необходима затрата энергии, черпаемой из богатых энергией фосфатов.
Действие ацетилхолина на мембрану состоит в его реакции с холинорецепторами, т. е. белковыми молекулами, обладающими к нему особой чувствительностью и входящими в архитектуру наружного слоя клеточной мембраны. События, развивающиеся в результате реакции ацетилхолина с холинорецептором, можно себе представить в следующем виде. Реакция ацетилхолина с чувствительной к нему белковой молекулой вызывает изменения конформации последней. Это изменение конформации, т. е. пространственного расположения атомов, образующих молекулу, нарушает взаимное расположение липоидных частиц, составляющих основу клеточной мембраны. Благодаря этому увеличивается размер межмолекулярных пор мембраны, образуя свободный приход для ионов натрия, а затем калия, и происходит деполяризация с последующей реполяризацией. В тех клеточных структурах, в которых ацетилхолин оказывает гиперполяризующее действие, т. е. торможение, он вызывал увеличение размеров мембранных пор, достаточных лишь для потока ионов калия и хлора. Вызываемые ацетилхолином изменения конформации молекулы рецептора легкообратимы и скоропреходящи, так как после передачи импульса уже приблизительно через 1 мс заканчивается деполяризация и восстанавливается обычная проницаемость мембраны. К этому моменту холинорецептор уже свободен от связи с ацетилхолином.
Можно полагать, что вызываемая ацетилхолином деформация молекулы рецептора не только вызывает увеличение межмолекулярных пор мембраны, но и ведет к отторжению ацетилхолина от рецептора. Отторжение это необходимо для реакции освобождающегося ацетилхолина с холинэстеразой — ферментным белком, молекула которого должна располагаться поблизости от молекулы рецептора, т. е. также входит в состав молекулярной мозаики, из которой построена клеточная мембрана. В состав этой мозаики должны входить также молекулы других ферментных белков, в частности тех ферментов, которые необходимы для использования энергии АТФ при работе «натриевого насоса». Работа этого насоса особенно возрастает с проведением импульса, когда под влиянием ацетилхолина происходит обильный поток катионов натрия и калия, и для проведения их против градиента концентрации требуется особая затрата энергии.
Рассмотрение структуры ацетилхолина и сравнение ее со структурой наиболее близких к нему по действию холиномиметиков дают возможность судить о тех функциональных группах его молекулы, которые принимают участие в реакции ацетилхолина с холинорецептором. Согласно существующему представлению, активными группами молекулы ацетилхолина, участвующими во взаимодействии с холинорецептором, являются, с одной стороны, его катионная положительно заряженная «головка», а с другой — сложноэфирная (эстерная) связь, включая в нее карбонильную группу. Предполагается, что белковая молекула, представляющая собою холинорецептор, имеет соответствующие функциональные группы: отрицательную анионную группу, реагирующую с катионной «головкой» ацетилхолина, и «эстерофильный» участок молекулы, взаимодействующий с карбонильной группой и с кислородом эфирной связи. Наибольшее значение для реакции с холинорецептором имеет «катионная головка» ацетилхолина, поскольку соли тетраметиламмония, представляющего собой как бы изолированную головку ацетилхолина, обладают некоторыми холиномиметическими свойствами.
Для полноты действия ацетилхолина на рецепторы имеет значение и часть молекулы, несущая сложную эфирную связь. Так, сам холин, без присоединения к нему остатка уксусной кислоты, т. е. лишенный эфирной связи, обладает лишь очень слабым холиномиметическим действием, уступая по силе ацетилхолину в 1000 раз. Для активности холиномиметиков важное значение имеет не только наличие «катионной аммонийной головки» и сложноэфирной (эстерной) связи, но и должное расстояние между этими активными центрами. Это расстояние оптимально у самого ацетилхолина, у которого азот, несущий положительный заряд, и кислород эфирной связи находятся на расстоянии около 0,35 нм. Следует полагать, что на таком же расстоянии друг от друга находятся соответственно активные группы рецептора, т. е. анионные центры и эстерофильные группы.
Механизм молекулярной связи ацетилхолина с рецептором до настоящего времени остается предметом предположительным, тем более, что представления о структуре рецептора и о расположении на нем активных групп являются чисто гипотетическими. Не вызывает сомнения, что основная связь между ацетилхолином и его холиномиметическими агонистами, с одной стороны, и холинорецепторами — с другой, является связью электростатической, основанной на взаимном притяжении положительно заряженной аммонийной группы ацетилхолина и отрицательно заряженной анионной группы рецептора. Относительно же связи эфирного и карбонильного кислорода с рецептором существуют различные предположения. Автор известной монографии D. Triggle (1965) предполагает, что кислород эфирной связи реагирует с рецептором посредством водородной связи, карбонильный же кислород — полученным от углерода π-электроном посредством δ-отрицательного заряда реагирует с δ-положительным зарядом рецептора (схема 1).

Схема 1. Реакция ацетилхолина с рецептором (1-й вариант).
Существует и другое предположение, согласно которому карбонильный кислород, как и по первой схеме, благодаря перемещению электрона посредством отрицательного заряда δ реагирует с электрофильным центром рецептора, а эфирный кислород — не водородной связью, а посредством положительного δ-заряда с нуклеофильным центром рецептора (схема 2).

Схема 2. Реакция ацетилхолина с рецептором (2-й вариант).
Приведенные схемы являются общими для всех видов холинорецепторов, и в них не учитывается разница в строении между М- и Н-холинорецепторами. Предложения об особенностях в структуре различного вида холинорецепторов могут быть сделаны с учетом особенностей строения веществ, избирательно на них действующих.
Английский фармаколог A. Clark (1937), автор классического труда «Общая фармакология», на примере воздействия ацетилхолина и атропина на изолированное сердце лягушки дал теоретический расчет их взаимной антагонистической активности.
Им же высказаны соображения относительно размеров поверхности клетки, занятой холинорецепторами. В своих расчетах он исходил из минимальной концентрации ацетилхолина, способной вызвать на сердце лягушки сильный отрицательный хронотропный эффект. Для сильного воздействия на  М-холинорецепторы сердца (урежение ритма на 50%) достаточно, согласно данным A. Clark, 0,02 мкг ацетилхолина на 1 г массы ткани, что составляет 1014 молекул. В 1 г сердечной мышцы, судя по среднему размеру клеток, имеется только 3,3· 108 клеток.

Следовательно, на каждую клетку приходится 8 молекул ацетилхолина. Если принять, как это делает A. Clark, что одна молекула ацетилхолина может покрыть около 1 нм2 поверхности, то все молекулы ацетилхолина, приходящиеся на одну клетку, могут занять площадь в 1 ημ2·3· 105=3-105 нм2, что составляет 0,3 мкм2.
Между тем поверхность клетки миокарда лягушки равна примерно 1900 мкм2. Отсюда следует, что при сильном своем действии ацетилхолин покрывает сравнительно малую часть поверхности клетки, т. е. общая площадь М-холинорецептора является лишь малой частью всей поверхности клетки.
О самой структуре М-холинорецепторов мы можем судить косвенно по их чувствительности к избирательному действию М-холиномиметиков и М-холинолитиков с различным химическим строением, и потому вопрос о структуре М-холинорецепторов обсуждается нами вслед за изложением строения М-холинолитиков.



 
« Недержание мочи при напряжении у женщин   Немецкая психиатрия »