Гормоны и химия мозга. Знания, которые не займут много места

Мозг в клеточку, или Клеточная организация мозга

Мозг человека состоит из нервных клеток, передающих, обрабатывающих и запоминающих информацию. Главная клетка, один из кирпичиков, кусочков пазла, из которых строится нервная система, – это нервная клетка, или нейрон. Работа миллиардов нейронов нашего мозга состоит в том, чтобы передавать импульсы по всему организму. Передающие и принимающие нервные клетки объединены в нейронные цепи или сети. Информация в пределах нейронов распространяется в виде коротких электрических импульсов. Каждый нейрон состоит из тела и имеет несколько небольших «входов» – дендритов, сильно ветвящихся коротких отростков, от которых отходят тонкие, как нити паутины, волокна – через них сигнал попадает в нейрон. А «выход» у нейрона один – так называемый аксон, он соединяется с мышцей или другим нейроном. Но соединяется неплотно, друг друга нейроны не касаются. Аксон – это главный длинный отросток нейрона, живой провод, по которому нервная клетка передает информацию следующему нейрону в нейронной цепи. Если нейрон образует выходные связи с большим числом других клеток, его аксон многократно ветвится, чтобы сигналы могли дойти до каждой из них.

Между клетками сигналы передаются иначе – за счет выделения химических веществ нейромедиаторов. С их помощью сигнал перескакивает через разделяющий нейроны промежуток, или иначе синапс, и попадает в следующий нейрон. Синапсы служат для передачи сигналов от одних нейронов к другим, а процесс передачи информации в этих местах называют синаптической передачей. Нейроны передают сигналы с очень высокой скоростью. Каждый синапс – сложный завод, который производит особые химические вещества, позволяющие передавать сигналы от одного нейрона к другому.

Из истории термина

В 1897 году будущий лауреат Нобелевской премии британец Чарльз Скотт Шеррингтон (1857–1952) предложил термин «синапс» для обозначения соединения между нейронами. Название «синапс» происходит от греческих слов syn – «вместе» и haptein – «прикреплять». В синапсах импульсы задерживаются на 0,2–0,5 миллисекунды, тогда как человеческая мысль возникает гораздо быстрее

Быстрее болида

Нервные импульсы от мозга и к мозгу двигаются со скоростью более 400 километров в час. Это быстрее, чем ездят болиды на гонках «Формула-1»

Должностная инструкция нейрона

Нейроны сильно различаются по функционалу, форме и связям, в которые они вступают. Они могут выполнять различные «должностные обязанности», такие как обработка информации, внутренние стимулы, управление мышечными действиями и прочие. Нервные клетки являются неотъемлемым элементом наших пяти чувств. Они бывают разных форм и размеров. Некоторые из самых маленьких нейронов имеют клеточные тела шириной всего четыре микрона, а самые большие нейроны – сто микрон. Напомню, что один микрон равен одной тысячной миллиметра.

Функционал нейрона включает три основных пункта:

• получить информацию;

• обработать приходящую информацию и определить, стоит ли она того, чтобы ее передавать или нет;

• после оценки полученной информации отправить ее целевым нейронам, мышцам, железам или другим органам.

Такие разные нейроны

Существует три основных типа нейронов:

1. Сенсорные, или чувствительные, нейроны. Информацию о том, что происходит внутри и снаружи нашего тела, мы можем получить именно с их помощью. Они передают сигналы от органов чувств в спинной и головной мозг. Например, если мы прикоснемся к горячей поверхности, органы чувств на кончиках наших пальцев передадут в мозг сообщение о том, что эта поверхность очень горячая.

2. Двигательные, или моторные, нейроны. К ним поступает информация от других нейронов, и они передают сообщение нашим мышцам, органам и железам, которые затем действуют на основе полученной информации. Двигательные нейроны транслируют сигналы от мозга к мышцам. Когда прикоснетесь к горячей поверхности, они заставят отдернуть руку.

3. Ретрансляционные нейроны. Также известны как интернейроны. Они находятся только в центральной нервной системе и передают сообщения между сенсорными или моторными нейронами и центральной нервной системой.

А из чего состоят сами нейроны?

Дендритами называют не только отростки нервных клеток. В геологии дендритами именуют невероятно красивые кристаллические образования, которые разрастаются в разные стороны подобно дереву, тянущемуся к солнечному свету

Такие же, как и остальные, но все-таки другие

Нейроны, являясь клеткой нервной системы, построены по такому же принципу, как и другие клетки организма, но отличаются от них тем, что:

1. Имеют особенные клеточные участки, называемые дендритами и аксонами. Дендриты передают электрические сигналы в тело клетки, а аксоны забирают информацию из тела клетки.

2. Взаимодействуют друг с другом с помощью электрохимического процесса.

3. Содержат синапсы и химические вещества.

Кроме нейронов в центральной нервной системе (ЦНС) есть глиальные клетки. Глия – это нервные клетки различной формы, которые заполняют пространства между нейронами и кровеносными сосудами. Они – опорные клетки нейронов. Одним из видов глиальных клеток является астроцит. Звездообразная форма астроцита позволяет контактировать с большим количеством синапсов.

Что такое глион?

В 1848 году Рудольф Вирхов (1821–1902) рассмотрел в микроскоп среди нейронов особые клетки, поддерживающие и скрепляющие нервную ткань, и назвал их глией. В переводе с древнегреческого это означает клей. Выдающийся врач и ученый пользовался таким авторитетом, что был избран в прусский парламент, где основал прогрессистскую партию

Встречаемся в терминале

Химические синапсы используют химические мессенджеры – нейромедиаторы – для передачи сигналов. Они обнаруживаются по всему телу. Особенно много их в центральной нервной системе и головном мозге. Типичный химический синапс состоит из трех частей:

• Досинаптический терминал (обычно находится на аксоне) – это своеобразный зал ожидания. Он высвобождает нейромедиаторы в синаптическую щель, как пассажиров при объявлении о посадке в самолет. Этот терминал является первой частью передачи сигнала.

• Синаптическая щель – это участок посередине двух мембран, своеобразный рукав, телетрап для перехода пассажира (нейромедиатора) из аэропорта в лайнер.

• Синаптическая мембрана находится на дендрите следующего нейрона. Она поглощает нейромедиаторы в нейрон, принимающий сигнал. А это уже сам лайнер, в котором размещаются пассажиры.

Синапсы первого типа – самые распространенные в человеческом мозге. Они возбуждают (запускают) следующий нейрон, а синапсы второго типа тормозят следующий нейрон.

А какая все-таки польза от этих знаний? – справедливо спросите вы. Эта польза связана с возможностями сохранения физического и психического здоровья. Самое время рассказать о том, как исследуют электрическую активность мозга и каким образом это помогает врачам своевременно распознавать нарушения его работы.

В одной темной-темной комнате…

Итак, работа мозга и передача сигналов нейронами сопровождается электрической и химической активностью. Электрическая активность мозга мала, ее можно зарегистрировать только при помощи специальных чувствительных приборов и усилителей, которые называют электроэнцефалографами. В результате получается электроэнцефалограмма (ЭЭГ) – набор сложных кривых линий, состоящий из волн различной частоты. В зависимости от частоты различают волны, обозначаемые греческими буквами «альфа», «бета», «дельта» и «тета». Альфа-ритм свойствен спокойному состоянию, готовности к работе; его основной источник – затылочная область. Бета-ритм – более быстрый; в состоянии покоя он отмечается в лобных долях, а при активной деятельности охватывает всю поверхность мозга. Медленные дельта-ритм и тета-ритм регистрируются во время сна у взрослых людей и во время бодрствования у совсем маленьких детей; появление этих ритмов во время бодрствования у взрослых является признаком болезни.

Оценку активности головного мозга проводят в темной тихой комнате, защищенной от электромагнитного излучения. Пациент располагается полулежа и старается максимально расслабиться, закрыв глаза. Для оценки состояния мозга при различных формах нарушений сна, отставании в развитии, после инсультов и черепно-мозговых травм используют ЭЭГ. Исследование также помогает отличить обмороки «сердечного» происхождения от «мозговых». Методика ЭЭГ эффективна и безопасна.

Остроумие ученого

Политические взгляды Вирхова довели его до дуэли с канцлером Отто фон Бисмарком! Поединок закончился весьма неожиданно. Когда к Вирхову пришли секунданты, он выбрал в качестве оружия… две одинаковые палки колбасы. Он утверждал, что одна из них заражена смертоносными бациллами. «Его превосходительство может оказать мне честь, выбрав и съев одну из них. Я же съем другую!» – сказал Вирхов секундантам. В результате канцлер отказался от дуэли

Чем занимаются астроциты?

Астроциты, составляющие 25–30 % клеток мозга, покрывают его бесчисленными отростками. Это позволяет каждому астроциту «прослушивать» десятки тысяч синапсов между нейронами

Термин «нейромедиатор» происходит от латинских слов neuro – «относящийся к нервной системе» и mediator – «посредник». В англоязычной литературе часто используют термин «нейротрансмиттер»

Андреас Везалий – выдающийся специалист по анатомии, изучавший в том числе и строение мозга

Рудольф Вирхов

 

Чарльз Скотт Шеррингтон

Схема синапса – связей между нейронами

Глава III. Мозг, энергия и движение. Нейромедиаторы

Обычно счастье – это побочный эффект другой деятельности.

Олдос Хаксли

Без слаженной работы отделов нервной системы невозможны ходьба, танцы, занятия спортом и прочее. Все это мы можем выполнять с помощью нейромедиаторов. Как они действуют на наш организм? Поняв это, мы сможем регулировать свои психологические и физиологические состояния – от депрессии до двигательных расстройств.

Химическая лаборатория эмоций

С чем только не сравнивали человеческий организм: с исправным автомобилем, бульоном, космосом, компьютером, хрупкой вазой… Давайте внесем свой посильный вклад в этот список и сравним человеческий организм с огромной химической лабораторией, в которой есть свои согласованно работающие отделы и департаменты: мышц, сердца, печени и так далее. Реагируя на радостные новости или недобрый взгляд, тесную обувь и чашечку капучино, наш организм отвечает каскадом химических реакций. В результате коктейль из химических веществ и электрических сигналов приводит человека в состояние гнева или радости, эмоционального подъема или стресса. Любая из этих реакций есть результат выработки определенных нейромедиаторов и гормонов. Возможно, ответ на вопрос о том, выработкой каких химических веществ мозг отреагирует на определенную ситуацию, находится в наших руках, точнее, в нашем сознании? Умение оценить и осознать обстановку позволяет нам сделать выбор в пользу того, что мы хотим получить взамен чего-то тревожного и неблагоприятного. Нейроны, синапсы и нейромедиаторы становятся в этом надежными помощниками.

Термин «нейромедиатор» происходит от латинских слов neuro – «относящийся к нервной системе» и mediator – «посредник». В англоязычной литературе часто используют термин «нейротрансмиттер»

Вспоминая синапсы

Мы помним, когда сигналы проходят через нейрон и достигают его конца, они не могут просто пройти к следующему. Нейрон должен вызвать появление нейромедиаторов, которые затем передают сигналы по синапсам с целью достичь следующего нейрона. Нейромедиатор – это химический мессенджер, который позволяет нервным клеткам взаимодействовать друг с другом. Давайте вспомним, каким образом.

Упаковка молекул нейромедиатора высвобождается из аксона (главный, длинный отросток нейрона) в синапс. Затем эти молекулы улавливаются локаторами – рецепторами дендрита – и таким образом передают свое химическое сообщение. Избыточные молекулы забираются обратно аксоном и перерабатываются. Именно так, именно здесь устанавливается связь между нейромедиаторами и эмоциями, а сообщения отправляются в нервную систему. А теперь самый подходящий момент, чтобы узнать, какие типы нейромедиаторов существуют и как они влияют на наш организм.

3D-модель нейрона

Возбуждающие, тормозящие, модулирующие

Нейромедиаторы важны как для усиления, так и для балансировки сигналов в мозге и поддержания его нормальной работы. Они помогают управлять автоматическими реакциями – например, дыханием и частотой сокращений сердца. Но у них также есть задачи в области психологии, такие как обучение, управление страхом, удовольствием и даже влюбленностью. Есть несколько типов нейромедиаторов, и каждый из них имеет влияние на разные функции. Какие же это типы и почему важно знать о них?

Нейромедиатор может воздействовать на нейроны одним из трех способов: возбуждать, подавлять или модулировать их. Возбуждающие нейромедиаторы оказывают стимулирующее действие на нейроны. Примеры такого типа – адреналин и норадреналин. Ингибирующие медиаторы имеют противоположный эффект, подавляя активность нейронов. Примеры – эндорфины и гамма-аминомасляная кислота (ГАМК). Модулирующие медиаторы часто называют нейромодуляторами. Это означает, что они могут влиять на большое количество нейронов одновременно, а также воздействовать на эффекты других нейромедиаторов. Примеры – серотонин и дофамин. Какие же задачи решает каждый из медиаторов?

Нейроны в ожидании

На один нейрон приходится от одной тысячи до десяти тысяч синапсов. Основная масса нейронов относительно молчит в течение длительного времени, ожидая, когда они начнут действовать при активации. Но они делают это, чтобы оставаться энергоэффективными

Дофамин – нейромедиатор результатов

Известно более ста разновидностей нейромедиаторов, но стоит обратить внимание на наиболее важные из них. Начнем с так называемой моноаминовой группы. Эта группа особенно интересна психологам, поскольку ее представители участвуют в таких реакциях, как принятие решений, эмоциональное восприятие, счастье, депрессия и вознаграждение. К моноаминам относят серотонин, адреналин, норадреналин и дофамин.

Дофамин в организме человека может работать в качестве нейромедиатора и гормона одновременно. Для нас важен дофамин-нейромедиатор. Один из проводящих путей мозга, в которых роль переносчика нервного импульса играет дофамин, считается ответственным за выработку чувств удовольствия. Дофамин также играет роль в координации движений тела, а его нехватка у людей с болезнью Паркинсона приводит к нарушениям моторики. Выработка дофамина начинается еще в процессе ожидания удовольствия, а уровень достигает максимума во время таких событий, как секс и еда. Избыток дофамина может привести к агрессии, плохому контролю над эмоциями, азартным играм и зависимости, а дефицит – к депрессии. Считается, что этот нейромедиатор участвует в процессе принятия решений. С этим возникают затруднения у людей с нарушением транспортировки дофамина.

Откуда дофамин?

Самые известные пищевые источники дофамина – сладости, алкогольные напитки и кофе. Однако кроме того, что они небезопасны, особенно в большом количестве, они еще и работают недолго, и через некоторое время дофамин возвращается к прежнему уровню

Счастье приходит из кишечника

Серотонин, как и дофамин, играет роль и нейромедиатора, и гормона. Он не стимулирует мозг, а уравновешивает чрезмерные возбуждающие эффекты других нейромедиаторов. Поэтому его называют эмоциональным стабилизатором. Он отвечает за контроль настроения и может влиять на ощущение счастья человеком. В организме человека 95 % серотонина находится в кишечнике. Когда уровень серотонина соответствует нормальным показателям, человек испытывает понятные ему чувства. Серотонин также нужен для регулирования тревоги, аппетита, контроля боли и циклов сна. В случае если уровень серотонина низкий, например при предменструальном синдроме, возникает чувство тревожности, склонность к беспричинной плаксивости, нарушениям сна, болезненному реагированию на шум. Дефицит серотонина может быть связан с депрессией, печалью, усталостью, тревогой и мыслями о суициде. Если вы замечаете, что человек находится в депрессии и одновременно раздражителен, видимо, можно говорить о низком уровне серотонина.

В погоне за серотонином

Недостаток серотонина в организме можно восполнить включением в рацион продуктов, богатых триптофаном – предшественником серотонина. Триптофан содержится в черном шоколаде, натуральном йогурте, цитрусовых, чесноке, луке и морской рыбе

У страха и ненависти один источник

Адреналин – гормон стресса, который выделяется в кровь через надпочечники. Это возбуждающий класс нейромедиаторов, поскольку он стимулирует центральную нервную систему. Высокий уровень адреналина в крови может привести к повышенному давлению, беспокойству, бессоннице и риску инсульта. Нехватка адреналина ведет к снижению возбуждения и неспособности адекватно реагировать в стрессовых ситуациях.

Норадреналин приходит на работу в нервную систему возбуждающим нейромедиатором. Он помогает активизировать организм и мозг для принятия мер во время стресса, особенно в ситуации «сражайся или беги», способствуя повышению бдительности. Норадреналин достигает своего пика во время стресса, а самый низкий его уровень наблюдается во время сна. Высокий уровень норадреналина может привести к повышенному артериальному давлению, чрезмерному потоотделению и беспокойству. Низкое содержание – способствует снижению жизненной активности, концентрации, а также появлению чувства подавленности.

И адреналин, и норадреналин способны вызывать тремор – дрожание конечностей, подбородка. Особенно заметна эта реакция у детей 2–5 лет при наступлении стрессовой ситуации. Считается, что норадреналин – гормон ярости, адреналин – гормон страха. В надпочечниках адреналин синтезируется из норадреналина, что на химическом уровне подтверждает связь двух эмоций.

Больше, еще больше!

Мозг запоминает, при каких условиях был поднят уровень дофамина, и в будущем будет напоминать, как его повысить. Ожирение снижает чувствительность дофаминовых рецепторов. Например, если в мае при весе в шестьдесят килограммов человеку требовался кусочек торта, чтобы получить удовольствие, то в декабре при весе в семьдесят килограммов получится «насытить» мозг только половиной торта

Самый лучший препарат – это натрий глутамат?

Если бы стояла задача описать работу нервной системы всего двумя словами, то ими стали бы возбуждение и торможение. ГАМК – гамма-аминомасляная кислота – это основной тормозящий нейромедиатор нашего организма. Недостаток ГАМК может привести к проблемам с психическим здоровьем, таким как биполярное расстройство и различные мании. Основные функции ГАМК заключаются в контроле движения и регулировании тревожности. Этот нейромедиатор позволяет мышцам и кровеносным сосудам расслабиться, а человеку – нормально спать. Без него наше тело было бы под угрозой смерти от судорог! Однако если ГАМК слишком много в организме, то это может привести к сонливости и недостатку энергии.

Другой аминокислотой является глутамат, который поддерживает формирование памяти и обучение. Это главный возбуждающий нейромедиатор. С помощью выделения глутамата в нашем мозге передаются основные информационные потоки – все, что связано с сенсорикой (зрение и слух), памятью, движением. Дефицит глутамата может привести к психозу, бессоннице, проблемам с концентрацией внимания, умственному истощению.

Допинг, без которого не обойтись

Норадреналин и адреналин широко применяют при лечении сердечно-сосудистых и легочных заболеваний. Такие аналоги адреналина и норадреналина, как сальбутамол и кленбутерол, способны активировать адреналиновые рецепторы. Помимо влияния на процессы в нервно-мышечном контакте и усиления мышечных сокращений, они могут приводить еще и к повышению мышечной массы. Их даже могут использовать в качестве допинга