Норадреналин
Физиолог Вячеслав Дубынин об открытии адреналина, фармакологических исследованиях норадреналина и его влиянии на поведение
Норадреналин и адреналин легко перепутать: похожи названия и химические формулы, оба они связаны со стрессом и возбуждением, оба открыты в надпочечниках. Однако адреналин — это гормон, а норадреналин преимущественно выполняет функции медиатора нервной системы.
«Гормон» означает, что вещество выбрасывается в кровь особыми клетками, зачастую собранными в железу. Гормоны распространяются по всему телу, действуют на многие органы и ткани, а их эффекты длятся долго — минуты и часы. Медиатор выделяется из отростка нейрона (аксона), образующего контакт с клеткой-мишенью — мышечной, железистой, другим нейроном. Медиатор действует точечно, только на эту клетку, изменяя ее активность не более чем на несколько секунд.
Адреналин был выделен в самом конце XIX века и тут же начал активно исследоваться и применяться в клинической практике. Позже был открыт норадреналин. Классические работы по их изучению выполнены под руководством англичанина Генри Дейла — одного из основателей современной фармакологии. В 1936 году Дейл получил Нобелевскую премию за открытие и описание механизмов химической передачи сигналов в нервной системе.
Образование и действие норадреналина
Как адреналин, так и норадреналин образуются в нашем организме из тирозина. Тирозин — одна из 20 аминокислот, входящих в состав белков пищи. Каждый день с самой разной едой мы поглощаем несколько граммов тирозина, способного превратиться в норадреналин, а затем в надпочечниках в адреналин. Пища, богатая тирозином и его производными, активирует нервную систему и многие органы. В связи с этим, например, сыр острых сортов не рекомендуется есть на ночь (или, скажем, при приеме антидепрессантов).
Контакт аксона нейрона со следующей клеткой, в котором функционируют медиаторы, в том числе норадреналин, называют синапсом. Срабатывание синапса происходит, когда по аксону приходит электрический импульс, сигнализирующий о важном сенсорном раздражителе, например боли, эмоциях, принятых мозгом решениях. Выделившись из окончания аксона, медиатор воздействует на рецепторы — чувствительные белки, расположенные на поверхности клетки-мишени. В случае норадреналина такие рецепторы подразделяются на два типа: альфа и бета, различающиеся по скорости срабатывания, а порой и по знаку эффекта (возбуждение либо торможение следующей клетки).
Норадреналин является главным медиатором симпатической нервной системы — той части мозга и нервных волокон, которые управляют нашими внутренними органами во время стресса, физической и эмоциональной нагрузки, затрат энергии. Выделяясь в симпатических синапсах, норадреналин усиливает работу сердца, сужает большинство сосудов. Он же расширяет бронхи (чтобы мы лучше дышали), тормозит желудочно-кишечный тракт (не время тратить ресурсы на переваривание пищи) и так далее.
Легко догадаться, что первые два эффекта являются возбуждающими (активация работы мышечных клеток сердца и стенок сосудов); другие два — тормозными (расслабление стенок бронхов, желудка, кишечника, прекращение секреции пищеварительных соков). Для запуска подобных разнонаправленных изменений и необходимы разные типы рецепторов к норадреналину — адренорецепторы. Эти же рецепторы, кстати, столь же эффективно «откликаются» на появление адреналина.
Норадреналин и стресс
Один из важнейших эффектов симпатической нервной системы — активация внутренней области надпочечников, их «мозгового вещества». Выделяющийся в результате адреналин (с небольшой добавкой норадреналина) функционирует как гормон. При этом важно, что на поверхности клеток-мишеней адренорецепторы присутствуют не только в зоне синапсов, но и во всех остальных областях. В итоге адреналин зачастую оказывается более значимым фактором, изменяющим активность самых разных органов и тканей, чем даже норадреналин. Адреналин также способен воздействовать на такие типы клеток, к которым вообще не подходят симпатические аксоны: эритроциты, клетки печени, жировой ткани и так далее.
Эффекты активации мозгового вещества надпочечников не только мощнее, но и продолжительнее влияний симпатической нервной системы. В итоге серьезный стресс обязательно включает в себя адреналиновый компонент. Избыточный хронический стресс создает в крови постоянно высокую концентрацию адреналина. Это уже нехорошо и способно привести не только к истощению организма, но и к ухудшающим здоровье нарушениям работы сердца, желудка, кишечника.
В норме очень быстро возникающие, но короткие симпатические эффекты норадреналина гармонично дополняются растянутым во времени эндокринным действием адреналина. В итоге мы имеем целостную реакцию организма, которая возникает при стрессе, нагрузке, эмоциях и приводит его системы в состояние готовности к оптимальному ответу.
В головном мозге нейроны, вырабатывающие норадреналин в качестве медиатора (норадренергические), расположены в голубом пятне — небольшой области в верхней передней части моста. В голубом пятне всего несколько миллионов нервных клеток, однако их аксоны образуют чрезвычайно широкую сеть ветвлений. В результате соответствующие синапсы можно обнаружить в самых разных отделах центральной нервной системы (ЦНС) — от спинного до конечного мозга, в том числе в коре мозжечка и больших полушарий (причем в ЦНС присутствуют как альфа-, так и бета-адренорецепторы).
Функции норадреналина
В наиболее общем виде функцию норадреналина в ЦНС можно определить как психическое сопровождение стресса. При этом он влияет на общий уровень активности мозга, нашу подвижность и сенсорное восприятие, эмоции, потребности, память.Скажем несколько слов про каждую из групп эффектов.
Норадреналин участвует в создании определенного уровня активации бодрствующей ЦНС (за счет прежде всего торможения центров сна). В результате чем выше уровень стресса, тем мы активнее. Кроме того, все знают, что на фоне сильных эмоциональных переживаний и раздумий нам хуже спится, вплоть до бессонницы. Далее норадреналин участвует в тормозной регуляции сенсорных потоков, что позволяет нам сосредоточиться на тех сигналах, которые наиболее значимы здесь и сейчас. Хорошо известно обезболивающее действие норадреналина, ярко проявляющееся при экстремальных ситуациях (стресс-вызванная анальгезия). Известно, что, находясь в состоянии аффекта, люди способны не замечать даже серьезных травм и физических повреждений.
Кроме того, норадреналин вносит вклад в управление общим уровнем двигательной активности человека. Синапсы, формируемые нейронами голубого пятна, повышают подвижность, скорость шага и бега, выключая тормозные нейроны в моторных центрах. Именно этот компонент действия норадреналина приводит к тому, что при сильных эмоциях и стрессе нам «не сидится на месте».
Норадреналин участвует в процессах обучения и запоминания информации, протекающих в высших (корковых) зонах ЦНС. В этом случае активность влияний голубого пятна регулируется центрами положительного и отрицательного подкрепления мозга. Выделение норадреналина приводит к долговременным изменениям свойств синапсов в нейронных сетях коры больших полушарий и мозжечка. В итоге мы прочнее запоминаем программы, которые привели к успеху («положительное подкрепление»). Параллельно мозг блокирует неудачные программы, выполнение которых привело к появлению негативных эмоций («отрицательное подкрепление»). На фоне высокой активности голубого пятна человек и животные учатся, прежде всего, избегать неприятности и запоминать пути выхода из потенциально или реально опасных ситуаций. На фоне небольшого контролируемого стресса мы учимся лучше. Однако слишком сильный стресс ухудшает качество запоминания, и если, скажем, студент или школьник чересчур боится экзамена, то это не идет на пользу делу.
Норадреналин важен для регуляции активности центров многих биологических потребностей и мотиваций. Эти центры расположены в таких областях нашего мозга, как гипоталамус и миндалина. Влияя на них, норадреналин способен вызвать снижение уровня тревожности и рост проявлений агрессивности. Человек с высокой активностью голубого пятна зачастую обладает более выраженным холерическим темпераментом. В опасных ситуациях из пары «беги либо дерись» он чаще выбирает второй вариант. Его мозг нередко является более импульсивным в процессах принятия решений, в том числе более склонным к внезапным и даже неадекватным вспышкам агрессии.
И наконец, норадреналин ярко влияет на выраженность эмоциональных компонентов поведения. Имеются в виду прежде всего позитивные эмоции, возникающие в явно стрессовых условиях и соответствующие таким понятиям, как азарт, удовольствие от риска, радость победы. В зависимости от индивидуальной организации мозга значимость таких эмоций для конкретного человека может быть разной, но иногда очень большой.
Баланс норадреналина
Спортивные соревнования (особенно в экстремальных видах спорта), сплав по бурным рекам и скалолазание, казино, американские горки, компьютерные игры — вот далеко не полный список способов, которые придумало человечество для усиления выделения норадреналина и получения связанных с ним положительных эмоций. Тут, конечно, важно, чтобы приключение успешно закончилось, матч был выигран, а очередной уровень «стрелялки» пройден. Мы понимаем, что убитый компьютерный монстр виртуален. Но адреналин, который выделился в процессе игры, вполне реален, и человеку может захотеться получать его вновь и вновь, забросив все остальные дела. Так возникают игромании, лечение которых в тяжелых случаях требует применения тех же методов, что и лечение настоящих наркоманий.
В целом можно сказать, что, мало участвуя в проведении основных потоков нервных сигналов, норадреналин способен серьезно модулировать, перенаправлять эти потоки и в конечном итоге регулировать общее состояние ЦНС. Зная это, достаточно легко представить последствия как избыточной, так и недостаточной активности норадренергической системы. В первом случае мы можем столкнуться с гиперактивностью, психотическими и агрессивными проявлениями, во втором — с апатией, депрессией (из-за недобора положительных эмоций), ухудшением памяти. В первом случае могут оказаться необходимыми лекарства с нейролептическими свойствами, во втором — антидепрессанты. Обе названные группы препаратов способны влиять на активность голубого пятна. Впрочем, ситуация осложняется тем, что в регуляции уровня эмоций, помимо норадреналина, участвуют и другие медиаторы, прежде всего дофамин, серотонин и эндорфины.
Подавляющее большинство используемых в клинической практике агонистов и антагонистов адренорецепторов являются синтетическими препаратами. Они появились в результате работ с химически модифицированными молекулами адреналина и норадреналина. Известны, однако, и природные соединения, воздействующие на эту систему. Один из примеров — эфедрин, алкалоид небольшого голосеменного кустарника эфедры. Эфедрин действует как смешанный агонист альфа- и бета-адренорецепторов. Он способен повысить артериальное давление, расширить бронхи, ослабить насморк, в связи с чем эфедра довольно широко использовалась в народной медицине. В случае передозировки эфедрина проявляются его центральные эффекты: нервное возбуждение, измененное состояние сознания. Вот почему эфедрин в настоящее время рассматривается как наркотический препарат, а эфедра — как одно из растений, законодательно запрещенных для выращивания или сбора.
Закончив передачу сигнала, норадреналин слабо разрушается в межклеточной среде и в основном всасывается обратно в окончание аксона (пресинаптическое окончание). Обратный захват норадреналина осуществляется особыми белками-насосами. Попав в пресинаптическое окончание, норадреналин может повторно выделяться, вновь передавая сигнал. Но может и разлагаться с помощью фермента моноаминоксидазы (МАО). Важно, что МАО осуществляет и разложение упомянутых выше дофамина и серотонина. Соответственно, препараты — блокаторы МАО являются мощными антидепрессантами (на фоне приема которых лучше не есть острый сыр).
Современные методы исследования и медицина
Фармакологи, начиная с Генри Дейла, ищут молекулярные «отмычки» к рецепторным белкам. Это вещества, похожие на норадреналин и адреналин (агонисты рецепторов) либо, напротив, мешающие норадреналину и адреналину влиять на клетку-мишень (антагонисты рецепторов). Направляя их действие на сердце, сосуды, бронхи, можно управлять давлением крови (таблетки), бороться с аллергической астмой (ингаляторы), лечить насморк («зажимать» капилляры носовой полости с помощью специальных капель) и так далее. Особенно актуально использование антагонистов рецепторов норадреналина в случае гипертонии. Многие миллионы пожилых людей во всем мире ежедневно принимают такие препараты, защищающие их от инфарктов, инсультов, серьезно продлевающие жизнь и улучшающие ее качество.
До последней пары десятилетий исследования механизмов синаптической активности норадреналина в основном велись на экспериментальных животных. С появлением функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) стало возможно напрямую увидеть, как эта система работает у человека при разных видах деятельности и эмоций. Можно исследовать роль голубого пятна и его синапсов в разных отделах нашего мозга. Добровольца-испытуемого помещают в томограф и ему дают разные задания, тесты. Например, ему говорят: «Представь, что за тобой гонится злая собака», «Представь, что ты врешь», «Представь, что рядом с тобой кому-то очень больно» или показывают эмоционально нагруженные клипы и др. Современные методы (прежде всего фМРТ) позволяют визуализировать реакции ЦНС, сравнить их у людей разного темперамента, возраста и так далее.
Открытые вопросы
Кафедра физиологии человека и животных МГУ активно изучает симпатическую нервную систему. В человеческом организме много тонко организованных функций. Одна из самых сложных связана с управлением тысячами километров кровеносных сосудов. Сосуды в разных наших органах: сердце, коже, кишечнике, мышцах, мозге — меняют свой диаметр и тонус очень по-разному. Во время активной деятельности на них воздействует как норадреналин, так и адреналин, и при сильном стрессе их правильный баланс чрезвычайно важен.
Мы очень мало знаем о филогенезе — эволюции и биологическом разнообразии эффектов норадреналина. Современная наука, помимо человека, изучает весьма небольшое число модельных видов животных: лабораторных крыс и мышей, дрозофилу, виноградную улитку. А многие сотни тысяч и миллионы других существ, обитающих на Земле, пока почти не исследованы. Но при этом известно, что шмель, осьминог, суслик ощущают мир, двигаются, обучаются на основе сходно работающих модулей мозга (хотя само строение нервной системы у них чрезвычайно разное). Исследования филогенеза позволяют в числе прочего осознать, что мы живем в мире, насыщенном сложнейшими проявлениями жизни, и человек — не единственное важное и интересное существо на этой планете.
