16939

Аминокислоты-медиаторы ЦНС: глутамат, глицин, ГАМК. ГАМК-ергическая система мозга проблемы эпилепсии. Бензодиазепины и поиск их природных легандов

Лекция

Биология и генетика

Физиология ЦНС лекция №7 Аминокислотымедиаторы ЦНС: глутамат глицин ГАМК. ГАМКергическая система мозга проблемы эпилепсии. Бензодиазепины и поиск их природных легандов. Норадренергическая и серотонинергическая системы мозга их участие в обучение с положител

Русский

2013-06-28

58 KB

7 чел.

Физиология ЦНС, лекция №7

Аминокислоты-медиаторы ЦНС: глутамат, глицин, ГАМК. ГАМК-ергическая система мозга проблемы эпилепсии. Бензодиазепины и поиск их природных легандов.

Норадренергическая и серотонинергическая системы мозга их участие в обучение с положительным и отрицательным подкреплением.

Лимбическая система мозга.

У нас в организме синтезируется 23 аминокислоты. В мозге также содержатся аминокислоты, первая их функция – они принимают участие в синтезе белка, но аминокислоты, которые содержатся в головном и спинном мозге выполняют медиаторную функцию. И 75% аминокислот в ЦНС приходится на глутомат, глицин, аспаразиновую кислоту (ее в программе нет) и гаммааминомаслянную кислоту.

Что касается глицина, его функцию мы в прошлый раз выяснили – это мощный тормозный медиатор, он обеспечивает как прямое торможение в системе реципропной иннервации мышц антагонистов и в системе возвратного торможения с участием клеток РЕНШОУ. За счет чего возникает торможение с помощью глицина? - На мембране возникает процесс гиперполяризации в результате того, что  открывается большее количество каналов (повышается проницаемость мембраны) для ионов калия.  Глицин синтезируется из глюкозы и не только в нервных клетках, но и во многих клетках организма, он проходит через гематоэнцефалический барьер (ГЕБ). Рецепторы к глицину есть не только в постсинаптический мембране нервной клетки, но и в других участках мембраны нейрона, и это обеспечивает лечебное действие того глицина, который применяется в фармакологии, т. е. он не включается в синаптическую передачу, а влияет на рецепторы в нервной клетке внесинаптические.

Глутомат – это только возбуждающий медиатор, он синтезируется из глюкозы только в клетках нервной системы. Он напротив вызывает деполяризацию мембраны нейронов, за счет повышения ее проницаемости для ионов натрия. Сконцентрированы нейроны, синтезирующие глутомат в основном в лобной коре. Если 3-4 года назад он рассматривался только как медиатор, то сейчас говорят о том, что он принимает участие в синтезе белка, т.е. он включается в метоболические процессы в нервных клетках.. К нему открыты NMDA – рецепторы.  Когда глутомат взаимодействует с ними, происходит деполяризация мембраны, которая приводит к возникновению потенциала действия, а значит возбуждению нервной клетки. После открытия NMDA- рецепторов стало понятно,  почему барбитураты оказывают тормозное влияние на эпилептические приступы. Оказалось на рецепторе к глютонату есть участок который взаимодействует с барбитуратами. Если есть вещество, которое садится на этот рецептор, глутомату не с чем взаимодействовать и поэтому возникает  торможение.  К сожалению глутомат – необходимый медиатор при взаимодействии нервных клеток для формирования памяти, он обязательно включается в механизмы формирования памяти. Особенно опасно применять барбитураты для лечения маленьких детей, у которых страдает память, обучение. Хотя нет еще таких препаратов, которые так быстро снимали эпилептический приступ.

Один фермент, который взаимодействует с глутоматом, одна ступенька от глутомата,  и глутомат превращается в ГАМК. Гаммааминомаслянная кислота – это тоже тормозный медиатор, она синтезируется только в мозге, содержится в коре, в мозжечке, в черной субстанции. Это мощная тормозная система головного мозга (глицин – спинной мозг). Повышенная активность глюконатэргической системы, или усиленный выброс  глуконата приводит к судорожной готовности мозга, которая может спровоцировать приступ эпилепсии. Недостаток гамкэргической системы приводит к тем же последствиям, к повышенной судорожной готовности мозга. Большая часть препаратов, которыми лечится эпилепсия, направлены на то, чтобы усилить секрецию ГАМК или затормозить разрушение ГАМК.

Рисуем нервную клетку, мембрану, рецептор к ГАМК.

Когда ГАМК взаимодействует с этим рецептором, каков механизм действия ГАМК?

ГАМК повышает проницаемость клеточной мембраны для хлора, хлор входит в клетку и увеличивается на мембране мембранный потенциал, на мембране возникает гиперполяризация в виде ТПСП, а это повышает порог этой клетки, клетка затормаживается к ней сигналы подходят, но она возбудиться не может. Можно менять проницаемость для натрия, для кальция, для хлора, вот ГАМК меняет проницаемость мембраны клетки к хлору. ГАМК – это мощный тормозитель. На основе ГАМК был синтезирован препарат мефенезин его применяли при операции для расслабления мускулатуры. Затем его решили усовершенствовать, задача была та же – повысить расслабление скелетной мускулатуры, и синтезировали мекробамат, когда его стали применять оказалось, что он оказывает к тому же успокаивающее влияние на больного.

Тогда стали работать с этим препаратом, искать различные его формы и разработали – бензодиазепины –  транквелизаторы, которые гасят чувство страха, снимают эмоциональное напряжение.

Почему они оказывают свое действие? – значит к этим веществам есть рецепторы. Оказалось что рецепторы к бензодиазепину находятся на рецепторе к ГАМК-у (он взаимодействует с участком рецепторов к ГАМК-у) Явление успокоения возникает в результате того, что  бензодиазепин задерживает ГАМК в синаптической щели, т. е. он не разрушается и не захватывается обратно, бензодиазипин удлиняет срок действия Гамк-а в синаптической щели. Природные легамды, вещества которые обладают успокаивающим действием на человека, пока они не найдены. Но зато был найден эндозипин – к нему тоже есть участок на ГАМК – рецепторе, но при этом взаимодействии возникает чувство страха, чувство паники. Все зависит от того что возьмет верх эндозепины или бензодиазепины,  которых мы еще не знаем, или те бензодиазепины, которые мы принимаем в виде таблеток, все они борются за рецепторы. Оказалось, что у нас в мозге синтезируется карболины, которые вызывают чувство паники.

Норадренэргическая и сиротанинэргическая системы.

Норадреналин синтезируется в голубом пятне продолговатого мозга. Откуда норадреналин поступает в таламус, кору больших полушарий, лимбическую систему, мозжечок и спинной мозг. Во всех этих структурах норадреналин выступает в качестве медиатора.

Серотонин синтезируется в ядрах шва, откуда он поступает в лимбическую систему, таламус, хвостатое ядро, мозжечок и спинной мозг.

Уровень серотонина,  норадреналина и дофамина в мозге определяется их поступлением из структур каудальных (хвостовые, задние) отделов мозга по аксонам восходящей системы. Это медиаторы, которые взаимодействуют со своими рецепторами.  

Серотонин и норадреналин включаются в процесс обучения:

серотонин – обеспечивает обучение с положительным подкреплением,

норадреналин – с отрицательным подкреплением.

В Пущино есть лаборатория памяти, и это заслуги  многолетней работы Е. Н. Громовой и ее учеников. Они поставили ряд экспериментов, чтобы это доказать. Можно снижать уровень серотонина, или уровень норадреналина, т.е. вводить блокаторы; можно наоборот вводить их предшественников, можно грубо разрушить ядра шва, голубое пятно и смотреть, как это влияет на обучение.

Эксперимент:

А - опыт с положительным подкреплением.  У – число выполненных реакций, Х – дни. Можно добавлять 5окси-триптофан, т. е. мы повышаем уровень сиротонина в мозге у опытных животных, обучение у них идет лучше по сравнению с контрольными.

Б – опыт все тоже самое, но разрушим ядер шва, источники серотонина, обучение у опытных животных резко падает.

Точно така же схема с норадреналином.

Вывод: Норадренэргическая и серотонинэргическая системы мозга участвуют в обучении животных, причем это обучение реализуется через эмоциональную сферу. Серотонинэргическая система играет ведцщую роль в формировании эмоционально – положительного поведения. А эмоционально – отрицательное поведение корелирует с преобладанием активности норадренэргической системы.

Паралельно эксперименты проводились и в Новосибирске, академиком Беляевым. Он работал с животными на зверофермах: норками, бурыми лисами, дикими крысами, которые обладают большой агрессивностью к человеку.     Но всегда в помете есть такие животные которые положительно относились к человеку. Он их скрещивал в течение 11 лет. В конечном итоге у него появилась группа животных, которые по отношению к человеку вели себя очень дружелюбно. Что же произошло? – перестройка, которая закрепилась в течение нескольких поколений. У этих «добрых» животных повышена активность серотонинэргической системы, т. е. секреция серотонина в мозге.

У человека было проведено исследование американским химиком УОЛЧем в 70-е, 80-е годы. Он взял 96- спокойных мужчин и 96 – уголовников, и еще 24- параблизнецов, из которых один агрессивен. С помощью масспектрометрия – посмотрели состав их волос. У спокойных людей в волосах повышено количество свинца, железа, кальция и меди. У агрессивных понижено количество кобальта, цинка и самое главное  лития – это исходно то вещество из которого в конечном итоге синтезируется серотонин.

Вывод: Различные в эмоциональном поведении животных, а именно  агрессия, страх могут возникать из-за того, что у разных особей по-разному складывается баланс активности разных медиаторных систем. Важная роль принадлежит серотонину, именно серотониновые нейроны составляют фундамент тормозной антиагрессивной системы мозга животных.

В 1878 году Поль Брока выделил систему структур в головном мозге, которые связаны с обонянием. Эту систему он назвал обонятельный мозг. Оказалось, что все эти структуры имеют отношение к регуляции работы внутренних органов, и тогда эту систему назвали висцеральный мозг, т. е регулирующий работу внутренних органов. В 1930 году Пейпц доказал, что эти структуры мозга имеют отношение к возникновению эмоций, они были названы эмоциональный мозг. И начиная с 1952 года, Мак Лимб опять исследовал эти структуры, и предложил называть их лимбической системой мозга.

Лимбическая система мозга состоит  из структур связанных между собой двойными связями это: гоппокамп, септум, поясная извилина, миндалина, переднее ядро таламуса и

маммилярное тело гипоталамуса.

Эти структуры в мозге  образуют как бы два обруча, которые связаны между собой впереди, но схему рисовать не стали, а только посмотрели на картинке.

Лимбическая система отвечает за пищевое, половое, питьевое поведение, участвует в формировании  памяти, в обучении, но особым образом. Лимбическая система обеспечивает эмоциональное сопровождение всех этих функций. Пейпц писал: «лимбика- это система взаимосвязанных образований, обеспечивающих возникновение и протекание эмоций» пейпц считал, что центральным звеном лимбической системы является гиппокамп. Он всю свою жизнь посвятил изучению гиппокампа, он изучал его строение, его связи, и приписал ему свойство, которое в дальнейшем не было доказано. Гипокамп принимает в этом участие, но в основном за счет того, что он связан с миндалиной, что в основном это миндалина.

Стихи:

О, Перл, моя жемчужина,

Ты прелесть, а не штамп.

Об этом мне натруженный,

поведал гипокамп.

Стремление к положительным эмоциям наше врожденное свойство, но в то же время это может привести к зависимости от алкоголя, никотина, наркотиков.

Почему есть привыкание к никотину? – возникает абсиментный синдром, вплоть до аритмии.

Животное можно приучить курить.

Опыт -1:

Рядом с поилкой ставят сигарету, и каждый раз, когда крыса пьет, она вдыхает дым.

Потом крыс помещают в трехкомнатную клетку, где в одной комнате сигарета, во второй крыса, в третьей кормушка. И вот 28% крыс не смотря на то, что они голодные сначала идут к сигарете; 28% крыс - поели, покурили; и 28% - идут к еде.

Опыт-2:

Крысы боятся воды, предварительно обученных, двух крыс помещают в бассейн с платформой, на которой может поместиться только одна. На платформе оказывается, конечно, доминантная крыса, затем берут субдоминанта и вводят ему маленькую дозу никотина, и она в этом конфликте побеждает. Но если увеличить дозу никотина все остается как и раньше.

Крысу можно заставить стать алкоголиком, поставить только пробирку с алкоголем, потом поставить две пробирки одну с водой, другую с алкоголем. Здесь те же 28%.

Реакция на вживление электродов в зону отрицательного и положительного поведения.

У крыс привыкших к алкоголю и никотину больше желание получать отрицательные эмоции.

Огромную роль играет баланс  отрицательных и положительных эмоций. При преобладании положительных эмоций с трудом формируется пристрастие к курению и этанолу. При недостатке положительных эмоций повышается вероятность формирования пристрастия к никотину и этанолу.

Лимбическая система – это система отдельных образований, которые имеют разную структуру. Одни образования  имеют ядерную структуру, другие – экранную.

Например: миндалина – имеет ядерное строение, в ней хаотично располагаются нервные клетки. Гипокамп - центральное звено лимбической системы имеет экранное строение, в нем нейроны располагаются строго упорядоченно. Тело - сома, в одном направлении отходят дендриты, в другом направлении отходят аксоны.

Экранное строение свойственно  коре больших полушарий, буграм четверохолмия, мозжечку, т. е. тем структурам, в которых происходит обработка огромного количества информации. Следовательно, и в гипокампе происходит обработка информации. В чем же функции гипокампа?  В процессе онтогенеза гипокамп созревает поздно, когда ребенок начинает общаться с внешней средой. Гипокамп впервые появляется у рептилий. Ящерицу нельзя назвать более эмоциональной чем лягушку, но ее можно научить большим навыкам, нежели лягушку. Обратили внимание на то, что очень большой гипокамп относительно других структур у человека. У дикого животного на 45% гипокамп больше,  чем у домашнего, например у свиньи. Окончательно этот вопрос был решен в результате поталогоанатомического материала. Если у человека разрушен гипокамп, человек утрачивает памяти. В конечном итоге было доказано, что гипокамп принимает участие  в формировании краткосрочной  памяти. После разрушения гипокампа человек помнит все, что было до операции, он воспринимает и информацию, которую получает после операции, но тут же все забывает. У животных гипокамп не играет такую большую роль  в обучении, в запоминании, но у животных если гипокамп разрушен страдают ориентировочные реакции. Если у крысы разрушить гипокамп, она новый предмет будет обследовать несколько раз как новый.

Миндалевидный комплекс мозга – миндалина, если ее разрушить, и посмотреть на вегетативные функции, ничего не меняется. Но если ее раздражать, возникает нарушение  в работе внутренних органов. Миндалина принимает участие в регуляции работы внутренних органов за счет своей связи с гипоталамусом. Гипоталамус регулирует работу внутренних органов, является высшим центром вегетативной системы. Главное миндалина обеспечивает эмоциональное сопровождение вегетативных реакций. При ориентировочной реакции, что-то возникло новое, как правило такая реакция сопровождается  изменением вегетативных функций, как изменение работы сердца, учащение дыхания, изменение кровяного давления. Если разрушить миндалину, то этого эмоционального сопровождения нет, возникает ориентировочная реакция, но не включается вегетативная нервная система, и не изменяются вегетативные реакции. Если разрушить миндалину у самца-доминанту, то его карьере конец. Кроме того обезьяны очень боятся змей и огня, у обезьян без миндалины вся агрессивность, настороженность исчезают. Миндалина отвечает за узнавание человека по лицу. Если возникает скалероз височной области, а миндалина располагается именно там, это особенно часто происходит при эпилепсии, возникает заболевание просопагнозия, Prosop – лицо, agnosia – забывать.

В результате этого заболевания человек не узнает даже себя в зеркале.

Обезьяне вживляли электроды в миндалину и предъявляли разные картинки, сначала просто окружность, и смотрели, как разряжаются нейроны в миндалине. С изменением картинки, появлением на ней больших элементов эмоционально значимых для, потенциал действия в миндалине увеличивался.

Миндалина обладает низким судорожным порогом, если возникает травма в области миндалины, очень часто  возникает фокус эпилепсии, источник паталогической импульсации. У человека развивается постравмвтическая аминдалярная эпилепсия, которая не связана с глютоматом или ГАМК. В миндалине возникают патологические импульсы, которые идут в кору больших полушарий там возникает повышенная возбудимость от туда в мотонейроны спинного мозга, и происходят тяжелые моторные судороги. Часто это бывает родовой травмой.

Миндалина и гипокамп принимают участие в формировании психонервной деятельности, примером такой психонервной деятельности является - эмоциональный резонанс. Это многолетние работы П. В. Симонова директора института мозга.

Открытое поле, освещено, разбито на квадраты. Крыса идет по стеночке в укрытие. Все зависит от уровня познавательных способностей у данной крысы, она постепенно вылезает из домика и постепенно продвигается к центру, здесь считают,  сколько квадратов крыса прошла. Постепенно крыса начинает изучать пространство: встает на лапки – это ориентировочная реакция, заглядывает в норку… за три минуты мы составляем эмоциональный портрет крысы, пригодность ее к эксперименту.

Если рядом с норкой помещают другую крысу, которую бьет током, как только первая крыса заходит в норку. 28% - сразу выбегает из норки, не смотря на то, что на открытом, освященном поле страшно, 28% - сидят в норке твердо, 28% - бегают туда – сюда. Если разрушить миндалину, то индивидуальность животных стирается. Крысы становятся более или менее одинаковы и не знают, что делать сидеть ли в домике или выбежать наружу. Это и есть эмоциональный резонанс.

На человеке был проведен подобный эксперимент.

Человек сидит на стуле, подается звук, и если человек не слышит звук, его бьет током. Частота сердечных сокращений увеличивается, но поскольку ток небольшой, человек постепенно к этому привыкает, и частота сердечных сокращений восстанавливается.

Затем если человек не слышит подаваемый звук, бьет током другого человека, который сидит рядом. У 60% частота сердечных сокращений повышается, 40%  - совершенно спокойны.

Другой эксперимент был проведен на большом количестве студентов. Один студент должен был постепенно увеличивать силу тока, которым било другого человека, за что ему платили деньги. 30% - выполняли эту задачу твердо, 30% - отказывались исполнять эту задачу тут же, 30% то увеличивали, то уменьшали силу тока. Т. е. все зависит от лимбической системы.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

24840. Основные отличия локальных сетей от глобальных 17.98 KB
  Так как в последнее время эти отличия становятся все менее заметными то будем считать что в данном разделе мы рассматриваем сети конца 80х годов когда эти отличия проявлялись весьма отчетливо а современные тенденции сближения технологий локальных и глобальных сетей будут рассмотрены в следующем разделе. Класс локальных вычислительных сетей по определению отличается от класса глобальных сетей небольшим расстоянием между узлами сети. Это в принципе делает возможным использование в локальных сетях качественных линий связи: коаксиального...
24841. Сети отделов 27.32 KB
  Главной целью сети отдела является разделение локальных ресурсов таких как приложения данные лазерные принтеры и модемы. Обычно сети отделов имеют один или два файловых сервера и не более тридцати пользователей рис. Сети отделов обычно не разделяются на подсети.
24842. Сети кампусов 58.51 KB
  Сети этого типа объединяют множество сетей различных отделов одного предприятия в пределах отдельного здания или в пределах одной территории покрывающей площадь в несколько квадратных километров. Службы такой сети включают взаимодействие между сетями отделов доступ к общим базам данных предприятия доступ к общим факссерверам высокоскоростным модемам и высокоскоростным принтерам. Пример сети кампуса Именно на уровне сети кампуса возникают проблемы интеграции неоднородного аппаратного и программного обеспечения.
24843. Корпоративные сети 65.42 KB
  Сети масштаба предприятия корпоративные сети объединяют большое количество компьютеров на всех территориях отдельного предприятия. Для соединения удаленных локальных сетей и отдельных компьютеров в корпоративной сети применяются разнообразные телекоммуникационные средства в том числе телефонные каналы радиоканалы спутниковая связь. Пример корпоративной сети Непременным атрибутом такой сложной и крупномасштабной сети является высокая степень гетерогенности нельзя удовлетворить потребности тысяч пользователей с помощью однотипных...
24844. Вычислительная сеть 18.62 KB
  Качество доступа к ресурсу как глобальная характеристика функционирования сети может быть описана многими показателями выбор которых зависит от задач стоящих перед вычислительной сетью. Производительность вычислительной сети может быть оценена с разных позиций. С точки зрения пользователя важным числовым показателем производительности сети является время реакции системы особенно в той части которая относится к работе сети.
24845. Стандартные стеки коммуникационных протоколов 21.42 KB
  Три основных момента: Существует множество протоколов и хотя все они участвуют в реализации связи каждый протокол имеет различные цели выполняет различные задачи обладает своими преимуществами и ограничениями. Несколько протоколов могут работать совместно. В этом случае они образуют так называемый стек или набор протоколов Работа различных протоколов должна быть скоординирована так чтобы исключить конфликты или незаконченные операции.
24846. К локальным сетям - Local Area Networks (LAN) 13.54 KB
  Изза коротких расстояний в локальных сетях имеется возможность использования относительно дорогих высококачественных линий связи которые позволяют применяя простые методы передачи данных достигать высоких скоростей обмена данными порядка 100 Мбит с. В связи с этим услуги предоставляемые локальными сетями отличаются широким разнообразием и обычно предусматривают реализацию в режиме online.
24847. Глобальные сети - Wide Area Networks (WAN) 13.78 KB
  Так как прокладка высококачественных линий связи на большие расстояния обходится очень дорого в глобальных сетях часто используются уже существующие линии связи изначально предназначенные совсем для других целей. Изза низких скоростей таких линий связи в глобальных сетях десятки килобит в секунду набор предоставляемых услуг обычно ограничивается передачей файлов преимущественно не в оперативном а в фоновом режиме с использованием электронной почты. Для устойчивой передачи дискретных данных по некачественным линиям связи применяются...