Откуда всё начинается: нейробиология

Фрейд лукавил, когда говорил "Всё начинается тут" - и показывал.. на ширинку. На самом деле, всё начинается в мозгу, или в "мозге" - кто как привык склонять этот орган.

Из множества частей мозга, различного назначения, можно выделить три органа, работающие в тесной связке друг с дружкой: гипофиз, гипоталамус и эпифиз. Все три этих органа, занимают довольно небольшой объем (по сравнению с общим объемом мозга) - однако несут очень важную функцию: они синтезируют гормоны. Эти органы являются одними из главных желёз секреции эндокринной системы. Не менее важными железами эндокринной секреции являются надпочечники.

Эндокринная система - система регуляции деятельности внутренних органов посредством гормонов, выделяемых эндокринными клетками непосредственно в кровь, либо диффундирующих через межклеточное пространство в соседние клетки.

Гормоны - это сигнальные химические вещества, оказывающие сложное и многогранное воздействие на организм вцелом либо на определённые органы и системы-мишени. Гормоны служат регуляторами определённых процессов в определённых органах и системах.

1960-е годы ознаменовались существенными открытиями в области нейробиологии. Именно в это время ученые убедились, что одних электрических разрядов недостаточно для передачи передачи импульсов между нервными клетками.

Дело в том, что нервные импульсы переходят от одной клетки к другой в нервных окончаниях, называемых "синапсами". Как выяснилось, большинство синапсов имеют отнюдь не электрический как считалось ранее), а химический механизм действия.

При этом в передаче нервных сигналов участвуют нейромедиаторы (нейротранмиттеры) - биологически активные вещества, являющихся химическим передатчиком импульсов между нервными клетками человеческого мозга.

1. Настроение: серотонин

Серотонин - это нейромедиатор - одно из веществ, являющихся химическим передатчиком импульсов между нервными клетками человеческого мозга. Восприимчивые к серотонину нейроны расположены практически по всему мозгу.

Больше всего их в так называемых "ядрах шва" - участках ствола мозга. Именно там и происходит синтез серотонина в головном мозге. Кроме головного мозга, большое количество серотонина вырабатывается слизистыми оболочками желудочно-кишечного тракта.

На рисунке показаны направления распространения серотониновых импульсов из этих ядер - как видно, они затрагивают многие области как головного, так и спинного мозга.

Трудно переоценить ту роль, которую выполняет серотонин в человеческом организме:

• В передней части мозга под воздействием серотонина стимулируются области, ответственные за процесс познавательной активности.

• Поступающий в спинной мозг серотонин, положительно влияет на двигательную активность и тонус мышц. Это состояние можно охарактеризовать фразой "горы сверну".

• И наконец самое главное - повышение серотонинэргической активности создает в коре головного мозга ощущение подъема настроения. Пока ограничимся именно таким термином, хотя в различных сочетаниях серотонина с другими гормонами - мы получаем весь спектр эмоций "удовлетворения" и "эйфории" - но об этом мы поговорим чуть позже.

Недостаток серотонина, напротив - вызывает снижение настроения и депрессию.

Кроме настроения, серотонин ответственен за самообладание или эмоциональную устойчивость (Mehlman et al., 1994). Серотонин контролирует восприимчивость мозговых рецепторов к стрессовым гормонам адреналину и норадреналину (о которых будет рассказано далее). У людей с пониженным уровнем серотонина, малейшие поводы вызывают обильную стрессовую реакцию. Отдельные исследователи считают, что доминирование особи в социальной иерархии обусловлено именно высоким уровнем серотонина.

Для того чтобы серотонин вырабатывался в нашем организме, необходимы две вещи:

• поступление с пищей аминокислоты триптофана - так как именно она нужна для непосредственного синтеза серотонина в синапсах

• поступление глюкозы с углеводной пищей => стимуляция выброса инсулина в кровь => стимуляция катаболизма белка в тканях => повышение уровня триптофана в крови.

С этими фактами напрямую связаны такие явления: булимия и так называемый "синдром сладкоежки". Всё дело в том, что серотонин способен вызвать субъективное ощущение сытости. Когда в организм поступает пища, в том числе содержащая триптофан - увеличивается выработка серотонина, что повышает настроение. Мозг быстро улавливает связь между этими явлениями - и в случае депрессии (серотонинового голодания), незамедлительно "требует" дополнительного поступления пищи с триптофаном или глюкозой.

Как ни странно, наиболее богаты триптофаном продукты, которые почти целиком состоит из углеводов,- такие, например, как хлеб, бананы, шоколад, инжир или чистые углеводы: столовый сахар или фруктозу. Это косвенно подтверждает бытующее в обществе утверждение, что сладкоешки / полные люди - более добрые, чем худые.

Серотонин метаболизируется в организме с помощью моноаминоксидазы-А (МАО-А) до 5-гидроксииндолуксусной кислоты, которая затем выводится с мочой. Первые Антидепрессанты являлись ингибиторами моноаминоксидазы.

Однако из-за большого количества побочных эффектов, вызванных широким биологическим действием моноаминоксидазы, в настоящее время в качестве андипепрессантов применяются "ингибиторы обратного захвата серотонина". Эти вещества затрудняют обратный захват серотонина в синапсах, тем самым повышая его концентрацию в крови. Например флуоксетин (препарат "Прозак").

2. День и ночь: мелатонин

Мы ужели выяснили, что серотонин во-первых, вырабатывается за счёт обогащенной триптофаном и глюкозой пищей, а во-вторых - сам притупляет чувство голода. Мы выяснили, почему серотонин даёт прилив физических сил.

У серотонина в организме есть антипод - это мелатонин. Они синтезируется в эпифизе ("шишковидной железе") из серотонина. Секреция мелатонина напрямую зависит от общего уровня освещенности - избыток света тормозит его образование, а снижение освещённости, напротив - повышает синтез мелатонина.

Именно под влиянием мелатонина в вырабатывается гамма-аминомасляная кислота, которая, в свою очередь тормозит синтез серотонина. 70% суточной продукции мелатонина приходится на ночные часы.

Именно синтезирующийся в эпифизе мелатонин ответственен за циркадные ритмы - внутренние биологические часы человека. Как правильно замечено, циркадный ритм напрямую не определяется внешними причинами, такими как солнечный свет и температура, но зависит от них - так как зависит от них синтез мелатонина.

Именно низкая освещённость и, как следствие, высокая выработка мелатонина, являются основными причинами сезонной депрессии. Вспомните эмоциональный подъём, когда зимой выдаётся ясный погожий день. Теперь вы знаете, почему это происходит - в этот день у вас снижается мелатонин, и повышается серотонин.

Замечу, что мелатонин вырабатывается не сам по себе - а из серотонина. И в то же время, сам притупляет его выработку. На этих, почти диалектических "единстве и борьбе противоположностей" и устроен внутренний механизм саморегуляции циркадных ритмов. Именно поэтому в состоянии депрессии, люди страдают бессонницей - для того, чтобы погрузиться в сон нужен мелатонин, а без серотонина его никак не получить.

3. Удовольствие: дофамин

Рассмотрим ещё один нейромедиатор - дофамин (или допамин) - вещество группы фенилэтиламинов. Тяжело переоценить роль дофамина в организме человека - как и серотонин, он выступает в качестве нейромедиатора и гормона одновременно. От него косвенно зависят и сердечная деятельность, и двигательная активность, и даже рвотный рефлекс.

Дофамин-гормон вырабатывается мозговым веществом надпочечников, а дофамин-нейромедиатор - областью среднего мозга, называемой "черным телом".

Нас интересует дофамин-нейромедиатор. Известны четыре "дофаминовых пути" - проводящих пути мозга, в которых роль переносчика нервного имульса играет дофамин. Один из них - мезолимбический путь - считается ответственным за продуцирование чувств удовольствия.

Уровень дофамина достигает максимума во время таких действий, как еда и секс.

Почему нам приятно от мыслей о предстоящем удовольствии? Почему мы можем часами смаковать предстоящее наслаждение? Последние исследования показывают, что выработка дофамина начинается ещё в процессе ожидания удовольствия. Этот эффект схож с рефлексом предварительного слюноотделения у "собаки Павлова".

Считается, что дофамин также участвует в процессе принятия человеком решений. По крайней мере, среди людей с нарушением синтеза/транспорта дофамина многие испытывают затруднения с принятием решений. Это связано с тем, что дофамин отвечает за "чувство награды", которое зачастую позволяет принять решение, обдумывая то или иное действие ещё на подсознательном уровне.

К сожалению, нейробиология ещё только развивается. В частности, относительно недавняя нобелевская премия за 2000 год в области биологии была присуждена за открытия в области "передачи сигналов в нервной системе". Поэтому, получить из русскоязычного интернета более подробную информацию по нейромедиаторам, на данный момент не представляется возможным.

4. Страх и ярость: адреналин и норадреналин

Но далеко не все жизненно важные процессы управления человеческим организмом проходят в головном мозге. Надпочечники - парные эндокринные железы всех позвоночных также играют большую роль в регуляции его функций. Именно в них вырабатываются два важнейших гормона: адреналин и норадреналин.

Адреналин - важнейший гормон, реализующий реакции типа «бей или беги». Его секреция резко повышается при стрессовых состояниях, пограничных ситуациях, ощущении опасности, при тревоге, страхе, при травмах, ожогах и шоковых состояниях.

Адреналин - не нейромедиатор, а гормон - то есть он не участвует напрямую в продвижении нервных импульсов. Зато, поступив в кровь, он вызывает целую бурю реакций в организме: 16,66 КБ

• усиливает и учащает сердцебиение

• вызывает сужение сосудов мускулатуры, брюшной полости, слизистых оболочек

• расслабляет мускулатуру кишечника, и расширяет зрачки. Да-да, выражение "у страха глаза велики" и байки о встречах охотников с медведями - имеют под собой абсолютно научные основания.

Основная задача адреналина - адаптировать организм к стрессовой ситуации. Адреналин улучшает функциональную способность скелетных мышц. При продолжительном воздействии адреналина отмечается увеличение размеров миокарда и скелетных мышц. Вместе с тем длительное воздействие высоких концентраций адреналина приводит к усиленному белковому обмену, уменьшению мышечной массы и силы, похуданию и истощению. Это объясняет исхудание и истощение при дистрессе (стрессе, превышающем адаптационные возможности организма).

Норадреналин - гормон и нейромедиатор. Норадреналин также повышается при стрессе, шоке,травмах, тревоге, страхе, нервном напряжении. В отличии от адреналина, основное действие норадреналина заключается в исключительно в сужении сосудов и повышении артериального давления. Сосудосуживающий эффект норадреналина выше, хотя продолжительность его действия короче.

И адреналин, и норадреналин способны вызывать тремор - то есть дрожание конечностей, подбородка. Особенно ясно эта реакция проявляется у детей возраста 2-5 лет, при наступлении стрессовой ситуации.

Непосредственно после определения ситуации как стрессовой, гипоталамус выделяет в кровь кортикотропин (адренокортикотропный гормон), который, достигнув надпочечников, побуждает синтез норадреналина и адреналина.

"Бодрящий" эффект никотина обеспечивается выбросом в кровь адреналина и норадреналина. В среднем достаточно около 7 секунд после вдыхания табачного дыма, чтобы никотин достиг мозга. При этом происходит кратковременное ускорение сердцебиения, увеличение кровяного давления, учащение дыхания и улучшение кровоснабжения головного мозга. Сопровождающий это выброс дофамина способствует закреплению никотиновой зависимости.

Интересно, что у разных животных соотношение клеток, синтезирующих адреналин и к норадреналин - колеблется. Норадреноциты весьма многочисленны в надпочечниках хищников и почти не встречаются у их потенциальных жертв. Например, у кроликов и морских свинок они почти совсем отсутствуют. Может, именно поэтому лев — царь зверей, а кролик всего лишь кролик?

Считается, что норадреналин - гормон ярости, а адреналин - гормон страха. Норадреналин вызывает в человеке ощущение злобы, ярости, вседозволенности. Адреналин и норадреналин тесно связаны друг с другом. В надпочечниках адреналин синтезируется из норадреналина. Что ещё раз подтверждает давно известную мысль, что эмоции страха и ненависти родственны, и порождаются одна из другой.

Без гормонов надпочечников организм оказывается "беззащитным" перед лицом любой опасности. Подтверждение этому — многочисленные эксперименты: животные, у которых удаляли мозговое вещество надпочечников, оказывались неспособными делать какие-либо стрессовые усилия: например, бежать от надвигающейся опасности, защищаться, или добывать пищу.

5. Счастье есть:

В замечательной книге "Секреты поведения Homo Sapiens" написано: "Для обозначения выраженного подъема настроения обычно используют понятия "радость", "счастье" и "эйфория". Такое субъективное состояние аналогично удовольствию, возникающему при поедании изысканного блюда после сильного голода." Теперь мы уже знаем, что за радость отвечает серотонин, а за удовольствие - дофамин. Но есть ещё две группы гормонов, без которых "счастье" не было полным.

5.1 Эндогенные опиаты (эндорфины, энкефалины)

Во-первых, это семейство эндорфинов, и самый распространённый из них - бета-эндорфин.

Эндорфины были открыты в 70-х годах прошлого века, когда европейские ученые стали исследовать механизмы обезболивающего действия китайской системы иглоукалывания. Было обнаружено, что при введении в организм человека медикаментов, блокирующих обезболивающее действие наркотических анальгетиков, эффект обезболивания методом иглоукалывания исчезает. Было предположено, что при иглоукалывании в организме человека выделяются вещества, по химической природе близкие к морфину. Такие вещества получили условное название "эндорфины", или "внутренние морфины".

Схожи по действию с эндорфинами - энкефалины. Некоторые исследователи их относят к подмножеству эндорфинов, некоторые - выделяют в отдельную группу нейротрансмиттеров. В других работах, считается, что энкефалины - это побочный продукт не полностью использованных эндорфинов. Энкефалины имеют очень схожее с эндорфинами действием. Однако их обезболивание слабее и более кратковременное.

Физиологически, эндорфины и энкефалины обладают сильнейшим обезболивающим, противошоковым и антистрессовым действием, они понижают аппетит и уменьшают чувствительность отдельных отделов центральной нервной системы. "Слеп от счастья" - если говорить утрировано.

Эндорфины нормализуют артериальное давление, частоту дыхания, ускоряют заживление поврежденных тканей, образование костной мозоли при переломах. Счастливые люди выздоравливают быстрее - это научно доказанный факт. Более подробное влияние эндорфинов на физиологические реакции организма описано здесь.

В настоящее время считается, что эндорфины синтезируются в гипофизе и гипоталамусе, а энкефалины - в гипоталамусе. Ещё одно различие эндорфинов и энкефалинов - в том, что эндорфины оказывают селективное, а энкефалины - более общее угнетающее воздействие на рецепторы центральной нервной системы.

Основная мишень эндорфинов - это так называемая опиоидная система организма, и опиоидные рецепторы в частности. Благодаря сходству с наркотическими веществами вроде морфия, эндорфины и энкефалины получили название "эндогенные (то есть внутренние) опиаты".

Психологически, воздействуя на опиоидные рецепторы, и эндорфины и энкефалины вызывают эйфорию - "форму болезненно-повышенного настроения". Эйфория включает в себя не только эмоциональные изменения, но и целый ряд психических и соматических ощущений, чувствований, за счет которых достигается положительный эмоциональный сдвиг.

Эйфория - это один из "побочных эффектов" борьбы со стрессом. После успешно преодоленных нагрузок, после выхода из трудной ситуации организм получает "пряник", вознаграждение в виде положительных эмоций. Но стресс - это только один из множества случаев выработки эндорфинов. Опытным путём установлено, что выброс эндорфинов у человека напрямую связан с ощущением счастья, сиюминутного блаженства.

Есть мнение, что эйфория от просмотра произведений искусства, прослушивания музыки - также имеет эндорфинную природу. Эйфория оргазма - это тоже эндорфины, но про оргазм мы поговорим чуть позже. Ещё один способ выработки эндорфинов - занятия спортом. Причина популярности спорта не только в культе силы, но и в выбросе эндорфинов, который происходит, когда стрессовая нагрузка прекращается.

Всем известен классический опыт с крысами, когда в мозг крысы вживляли электроды, стимулирующие гипоталамус. Крыса могла нажатием на педаль, приводить электроды в действие. В результате опыта крыса, установив связь между педалью и удовольствием - умирала от жажды или от истощения, истошно нажимая на педаль.. Обычно этот опыт приводят в качестве классического примера наркотической зависимости. А механизм крысиного удовольствия - те же самые эндорфины, вырабатывавшиеся в гипоталамусе под действием электрических разрядов.

Кроме электрического стимулирования гипоталамуса, есть ещё один способ словить "вечный кайф". Это опиаты: начиная от натурального опиума - млечного сока недозрелых коробочек опийного мака, и содержащихся в нём морфина и кодеина до синтетического героина - который во много раз сильнее морфина, и гораздо быстрее вызывает привыкание.

Механизм привыкания к опиатам хорошо изложен здесь. Его суть заключается в приспособлении организма к повышенной концентрации морфинов, путём снижения чувствительности опиоидных рецепторов. В результате, во-первых повышается доза морфинов, необходимая для получения "эйфории", а во-вторых, рецепторы становятся практически не чувствительны к малым дозам внутренних эндорфинов.

Показательно, что если здоровому человеку, ни разу не употреблявшему наркотики, ввести препарат налоксон, блокирующий опиоидные рецепторы - он погружается в депрессию, и испытывает психическое состояние дискомфорта, сродни наркотической "ломке". Это ещё раз подтверждает важность опиоидных рецепторов в ощущении человеком счастья.

Между прочим, привыкание к морфинам проявляется не только у наркоманов. Всем известно, что с возрастом, всё меньше событий способны доставить человеку ощущение счастья. "Станут речи мудрей, а улыбка скупа, и слабей новогодний дурман".. Так вот, этот дурман слабее именно из-за привыкания рецепторов к эндорфинам. Поэтому "опьянеть от счастья", взрослому человеку гораздо тяжелее, чем ребёнку.

Интересная гипотеза: в этой докторской диссертации (стр. 28-30) излагается теория о тесной связи между темпераментом человека и функционированием его опиоидной системы.

Есть мнение, что эндогенные опиаты (как и каннобоиды, о которых я расскажу ниже) помимо своих уже описанных функций, выполняют регуляцию "второго уровня" - регулируют адреналиновую, дофаминовую, и серотониновую системы. То есть, это нейрорегуляторы, контролирующие другие нейрорегуляторы. Однако подробного обоснования этой точки зрения в массовой литературе я пока не встречал.

5.2 Эндогенные каннабиоиды (анандамид)

До недавних пор, эндогенные морфины считались единственными нейромедиаторами, создающими ощущения счастливой эйфории. Однако в 1992 году в головном мозге было найдено вещество "анандамид", способное имитировать все известные эффекты марихуаны. К эндогенным каннабиоидам относится также вещество "2-арахидоноил-глицерол".

До сих пор не полностью определено назначение эндогенных каннабиоидов. В человеческом организме существует целая система каннабиоидных рецепторов.

В 2003 году, опытным путём было установлено, что эндоканнабиноиды играют важную роль в устранении отрицательных эмоций и боли, связанных с прошлым опытом. В начале опыта определённый звук сочетался с непродолжительным раздражением лапок грызуна слабым электрическим током. Через некоторое время, услышав звук, животное замирает в ожидании электрического удара. Если же звук раз за разом не сопровождается электроболевым раздражением, оно перестаёт его бояться: выработанный условный рефлекс угасает. Оказывается, животные с блокированными каннабиоидными рецепторами не могли освободиться от страха, когда звук переставал сочетаться с болью.

Так что, если вы не можете избавиться от отрицательных воспоминаний, связанных с прошлым опытом - в вашем орагнизме не хватает каннабиоидов. Эндогенных, или экстрагенных - это кому что больше нравится..

6. Влюблённость: фенилэтиламин

2-фенилэтиламин (или PEA) - является нейротрансмиттером и нейромодулятором энергии межличностных отношений. Выделение РЕА повышает эмоциональную теплоту, симпатию, сексуальность

Хотя фенилэтиламин является начальным соединением для других нейромедиаторов, и сам он часто выделяется вместе дофамином и серотонином, тем не менее, его действие в эмоциональной области единственно в своем роде. Для РЕА совсем недавно был идентифицирован специфический рецептор, локализованный в миндалевидном теле - ядре мозга.

Своеобразно также короткое время жизни фенилэтиламина (минуты) и его разрушение под действием энзима моноамин-оксигеназы. Короткое время жизни свидетельствует о специальной биодинамической роли РЕА, связанной с очень кратко действующим эффектом раздражения. Напротив, другие нейроамины (допамин, серотонин и норадреналин) обладают большими временами жизни (часы).

Влияние фенилэтиламина на поведение человека принято объяснять на основе гипотезы М. Либовица (называемой ещё "психохимической гипотезой") о влюбленности. Несмотря на спекулятивность этой гипотезы, она позволяет хотя бы объяснить роль фенилэтиламина в регулировании аффектов. Если мы встречаем кого-либо, кто нам нравится, в мозгу начинает вырабатываться фенилэтиламин. Мы, люди, судим о привлекательности партнера или партнерши в первую очередь по оптическому впечатлению, а не по запаху или осязанию, как большинство млекопитающих. Романтическая любовь может вспыхнуть буквально с первого взгляда. Синтез фенилэтиламина в мозгу и его распределение по всей нервной системе играют роль при возникновении возбуждения, охватывающего нас при взгляде на любимого человека, и стремления к нему, когда его нет с нами.

Фенилэтиламин содержится в шоколаде, в сладостях (содержащих аспартам), в диэтических напитках. И всё же все эти источники не дают того результата, какой дает фенилэтиламин, выделяемый мозгом (то есть эндогенный). Главная причина – быстрое разрушение фенилэтиламина под действием энзима моноаминоксидазы-Б (МАО-Б) - основное его количество расщепляется еще на начальной стадии потребления. Любовные напитки существуют в сказании о Тристане и Изольде или в драме Шекспира «Сон в летнюю ночь», в действительности же наша химическая система ревниво охраняет свое исключительное право контроля наших эмоций.

В Интернете практически нет русскоязычных научных статей, в которых бы описывался механизм действия фенилэтиламина как нейромедиатора. Зато полно популярно-бытовых заметок сомнительного наполнения. Если бы не эта и эта статьи, и их англоязычные аналоги - я вообще бы усомнился в научности действия фенилэтиламина. Тем не менее, не следует забывать, что "на нашем современном уровне знаний эта гипотеза М.Либовица полностью не подтверждена".

автор