Человеческий мозг - сложнейшая живая система, которая порой начинает давать сбои из-за переутомления, болезней, возрастных процессов. Поиск веществ, способных помочь мозгу в экстренных ситуациях, ведётся фармакологами давно. Одной из важнейших удач было открытие гамма-аминомасляной кислоты, „главнокомандующего" тормозными процессами мозга. О лекарствах, созданных на основе этого вещества, - ноотропиле, аминалоне и других - рассказывает заслуженный деятель науки, лауреат Государственной премии, профессор Валентин Борисович Прозоровский.
Телеграммы от нервных клеток
В школе нас учат, что мозг и нервы работают исключительно с помощью электричества. В самом деле, нервные клетки отправляют свои „приказы" в виде электрических импульсов. Но волокна, по которым бегут эти импульсы, напрямую не соприкасаются с клетками, выполняющими „приказы". Между нервным окончанием и клеткой-исполнительницей лежит пространство, которое называется синаптическая щель. Место же контакта нервного волокна с клеткой получило наименование синапс.
Передача нервного импульса похожа на посылку телеграммы: сначала действует ток, бегущий по нервному волокну, потом готовится „письменное сообщение", которое передаётся через синаптическую щель с помощью химических веществ, и только потом клетка-исполнитель получает „приказ". Нас интересует среднее звено этого процесса - события в синапсе. В нервных окончаниях вырабатываются и выделяются особые химические вещества - передатчики нервных импульсов, или медиаторы. Они поступают в синаптическую щель. Их молекулы и являются носителями информации, передающими „приказ". На поверхности клетки, принимающей „приказ", расположены особые белки, которые захватывают плавающие в синаптической щели передатчики-медиаторы и затем запускают сложные физико-химические процессы в клетке. Результатом этого может быть множество самых разных реакций в организме. Но в основе всех функций, в том числе и сложной функции центральной нервной системы, лежит тонкое взаимодействие основных процессов нервной деятельности - возбуждения и торможения. Возбуждение - это состояние активности нервных клеток, когда они вырабатывают и отправляют по своим отросткам нервные импульсы, а торможение - состояние невосприимчивости к внешним раздражителям.
Первые, наиболее хорошо изученные передатчики нервного импульса - это ацетилхолин и адреналин (см. „Наука и жизнь" № 5, 1991 г.). Они работают, передавая „приказы" от мозга к мышцам, к железам, сердцу, сосудам. Оба медиатора могут обеспечивать как торможение, так и возбуждение. Например, ацетилхолин вызывает усиление сокращений мышц кишечника, но замедляет работу сердца. Адреналин вызывает спазмы сосудов, но расслабляет бронхи. В мозге одни нейроны или даже целые отделы мозга возбуждаются ацетилхолином и адреналином, другие - тормозятся.
Но эти медиаторы работают только в 10% нейронов мозга. А каким же образом обеспечивается снижение общей активности мозга, например сон? Это долго оставалось неясным. Однако учёные предполагали, что в мозге должны быть вещества, которые обеспечивали бы уменьшение активности нервной системы в целом. И такое универсальное вещество, вызывающее торможение, через некоторое время было обнаружено. Им оказалась гамма-аминомасляная кислота, которую в дальнейшем мы будем называть сокращённо - ГАМК.
Универсальный регулятор
Впервые гамма-аминомасляную кислоту обнаружили в мозге Е. Робертс и С. Френкель в 1950 году. Но её главное свойство открыл в 1963 году английский учёный К. Крневич. Он изучал электрические потенциалы, которые возникают в соответствующих участках коры головного мозга при раздражении кожи, а также и любых других органов чувств. Исследователь подвёл к нейрону, воспроизводящему такие электрические потенциалы, две микропипетки. Одну из них ввёл в тело нейрона и через неё регистрировал возникновение электрического потенциала - возбуждение, а другую оставил снаружи и заполнил раствором ГАМК в ничтожной концентрации 10 -14М. Когда аминокислота поступала из пипетки к нейрону, она полностью подавляла импульсы в чувствительных клетках коры головного мозга.
Схема участия ГАМК в торможении импульсов нервных клеток.
В покое в протоплазме клеток преобладают отрицательные заряды, а на поверхности мембраны скапливаются положительные - клетка находится в состоянии умеренной деполяризации и готова к возбуждению. При воздействии активирующего медиатора происходит выравнивание зарядов по обе стороны мембраны - деполяризация, что ведёт к возбуждению клетки.
Тормозной импульс вызывает выработку синаптических пузырьков, которые выходят в синаптическую щель и выбрасывают ГАМК. Молекулы ГАМК соединяются с рецепторами, каналы в мембране открываются, и ионы хлора выходят в протоплазму, увеличивая отрицательный заряд внутри клетки и разность потенциалов на мембране. В результате обычное возбуждение клетки становится невозможным и возникает состояние торможения. Препарат пикротоксин препятствует этим процессам, воздействуя на каналы в мембране клетки-исполнителя. |
Чуть позднее японские исследователи подтвердили эти результаты. Опыты были воспроизведены и автором статьи. Стало ясно, что ГАМК может тормозить любые электрические потенциалы как в коре, так и в других участках мозга. Это вещество вырабатывается и выделяется именно в тех областях мозга, которые ответственны за торможение нервной активности. Считается, что ГАМК обеспечивает передачу тормозящих импульсов приблизительно
в 30-50% синапсов клеток мозга.
Аминокислота вырабатывается в цитоплазме нервной клетки, а с приходом импульса выделяется в синаптическую щель. Там специальныебелки-рецепторы взаимодействуют с ГАМК таким образом, что в мембране клетки-исполнителя открываются поры. Через них внутрь клетки поступают ионы хлора, которые находятся в избытке в межклеточной жидкости. Проникновение хлора в клетку и вызывает в ней состояние торможения.
Рецепторы ГАМК расположены также и в сосудах, особенно много их в сосудах мозга. Учёные составили карты, на которых указано, в каких частях мозга ГАМК играет роль главного тормозного вещества. Хотя концентрация этой кислоты в разных отделах мозга различна, найти её можно практически везде. Когда же подсчитали общее число её молекул, то оказалось, что мозг содержит ГАМК в значительно больших количествах, чем это требуется для торможения его активности. Зачем? Ведь природа не терпит излишеств. Исследователи предположили, что ГАМК выполняет в мозге и какие-то иные функции. Действительно, вскоре было установлено, что она является обязательным участником многих процессов: влияет на транспорт и переработку глюкозы, на дыхание клеток, на образование в них запасов энергии, повышает устойчивость клеток (и мозга в целом) к кислородному голоданию, активизирует синтез белков. Эти функции нарушаются при некоторых психических и неврологических расстройствах, когда мозг испытывает нехватку аминокислоты.
Схема опыта, демонстрирующего тормозящее действиегамма-аминомасляной кислоты на нервные клетки. В головной мозг кошки, находящейся под наркозом, вводят электрод, к которому прикладывают фильтровальную бумажку, смоченную раствором ГАМК. После раздражения нерва на передней лапе записывают вызванные потенциалы на экране осциллографа. Амплитуда потенциала отражает число возбуждённых нейронов и их способность к восприятию внешнего импульса. При воздействии физиологическим раствором потенциалы не изменяются (график вверху), при поступлении раствора ГАМК постепенно происходит торможение нервных клеток (график внизу). |
Начался поиск лекарств, способных воздействовать на передачу нервных импульсов. При этом учёные столкнулись с удивительным фактом: некоторые растения уже миллионы лет тому назад научились синтезировать вещества, которые успешно воспроизводили или столь же успешно блокировали действие передатчиков нервных импульсов медиаторов. Так, никотин и мускарин, содержащиеся в табаке и мухоморах, действуют так же, как ацетилхолин, а атропин, вырабатываемый красавкой
(белладонной), устраняет его действие. Эфедрин из растения эфедра воспроизводит, а эрготоксин из маточных рожков спорыньи устраняет действие норадреналина.
Стали искать такие растительные вещества, которые могли бы влиять и на работу ГАМК в нервных клетках. Выяснилось, что некоторые алкалоиды „выключают" ГАМК. Эти вещества пытались использовать в качестве средств, активизирующих работу мозга, однако они слишком опасны, поскольку даже в очень малых дозах могут вызывать сильнейшие судороги. Не случайно в былые времена из этих растений готовили яды для стрел. Алкалоиды пикротоксин и бикукулин нашли другое применение: с их помощью исследователи установили, что система торможения, регулируемая ГАМК, противодействует столь же тотальной системе активации мозга, которая управляется другим медиатором - глютаминовой кислотой. Если тормозная система ГАМК блокирована или нарушена, то активация мозга становится слишком сильной, и возникают судороги. Небольшое же снижение работы тормозной системы при недостатке ГАМК в организме ведёт к бессоннице, беспокойству, тревоге. Восстановление содержания этого вещества, напротив, обеспечивает нормализацию сна, успокоение.
Поиски лекарств
Первое лекарство, которое активировало рецепторы - молекулы, воспринимающие ГАМК, и тем самым заставляло активно работать тормозную систему, была сама эта кислота в чистом виде. Препарат был получен в Японии и назван гаммалон. Позднее появился точно такой же отечественный препарат, который назвали аминалон. Хотя оба лекарства используются давно, их лечебные эффекты не до конца выяснены. Дело в том, что из-за низкой растворимости в жирах ГАМК почти не поступает из крови в ткань мозга. Тем не менее она оказывает на мозг действие, которое не вызывает сомнения.
ГАМК была испытана для лечения эпилепсии. Оказалось, что у 50% больных при этом состояние улучшилось, а у некоторых судорожные приступы вовсе прекратились. Известно, что ГАМК расширяет сосуды. Но этот эффект вряд ли можно объяснить влиянием на сосуды.
Фармакологи продолжали изучать тормозящее действие ГАМК. Для повышения скорости прохождения этого вещества в мозг (через так называемый гематоэнцефалический барьер) они ввели в молекулу ГАМК хорошо растворимый в жирах радикал. Так был получен препарат фенибут, который легко проникает через барьер в мозг. В настоящее время фенибут применяется как успокаивающее средство.
Схема порочного круга изменений в организме и головном мозге при старении, травмах и болезнях.
Длительное существование порочного круга ведёт к возникновению неврозов, психозов и депрессии, нарушению сна, памяти и мышления. Стрелки обозначают направление влияний одного состояния на другое и те звенья порочного круга, на которые воздействуют ноотропные средства. |
Спустя некоторое время удалось установить: химические превращения ГАМК в тканях мозга приводят к тому, что она утрачивает аминогруппу, которая замещается гидроксилом. Это новое вещество называется
гамма-оксимасляной кислотой. Если его вводят в кровь, оно легко проникает через барьер в мозг и оказывает на него ещё более сильное тормозящее действие. Натриевая соль этого вещества
(оксибутират натрия) используется как средство для наркоза при операциях.
Фармакологи испытали и другой путь улучшения доставки ГАМК в ткани мозга: присоединение к молекуле лекарства какого-либо естественного продукта, например витамина. Так в своё время был получен препарат никошпан, эффективное средство для расширения сосудов мозга. Это соединение никотиновой кислоты(витамина PP) с универсальным спазмолитиком (ношпа). Такое же соединение витамина с ГАМК получило название пикамилон. Как и ожидалось, пикамилон расширяет сосуды мозга и, кроме того, оказывает успокаивающее действие при тревоге, страхе, повышенной раздражительности, а также повышает устойчивость к физическим и психическим нагрузкам. (Странно, но у некоторых людей он оказывает противоположное действие: повышает раздражительность и вызывает головокружение. Естественно, что в этих случаях препарат отменяется.)
Создание препаратов на основе ГАМК и изучение их влияния на мозг позволило сделать вывод, что это вещество играет в организме две важнейшие роли. С одной стороны, ГАМК участвует в регуляции сосудистого тонуса, предохранении от судорожных процессов, формировании эмоций, в обеспечении высших функций мозга, таких, как память и мышление. Другая роль ГАМК состоит в улучшении снабжения мозга необходимой энергией, поддержании его устойчивости к кислородному голоданию и другим вредным воздействиям, восстановлении нейронов после повреждения.
Новые препараты не оправдали всех возлагаемых на них надежд. Было слабое, но отчётливое влияние ГАМК на функции мозга, приводившее к улучшению интеллектуальной деятельности больных, но усиления этого эффекта, однако, не удавалось добиться. Интуитивно учёные догадывались, что они стоят на пороге открытия. Начался поиск принципиально новых решений.
Ноотропил и другие
В начале 60-х годов бельгийские фармакологи получили соединение, которое представляло собой гамма-аминомасляную кислоту, свёрнутую в кольцо и снабжённую некоторыми дополнительными радикалами. Профессор К. Джурджеа и его сотрудники установили, что это соединение значительно улучшает память и облегчает процесс обучения, то есть влияет на высшие интеллектуальные функции мозга. Поскольку по-латыни „мышление и разум" - „ noos ", а „средство" - „ tropos ", новое лекарство получило название ноотропил. Все последующие лекарства с подобным действием стали называться ноотропными. Вещества этой группы улучшают интегративные процессы в мозге, память, а также повышают устойчивость мозга к стрессовым воздействиям.
Ноотропил выпускается в разных странах мира под более чем 30 наименованиями, что свидетельствует о его необычайной популярности (в России он известен как пирацетам).
Кроме того, выделяют группу ноотропных средств со сходным действием, которая довольно неопределённа. Кроме упомянутых аминолона, натрия оксибутирата, фенибута и пикамилона к ней относят также ацефен, пиритинол, винпоцетин, кавинтон, ницерголин, оротовую кислоту, ксантинол никотинат, женьшень, лимонник и другие. Последние препараты присоединены к ноотропным средствам условно, поскольку не только не относятся к ГАМК-подобным веществам, но даже не влияют на её обмен. Они объединены по одному общему свойству: улучшение памяти и облегчение обучения.
Если рассматривать ноотропное действие таких препаратов в целом, то можно выделить четыре основных их свойства (у разных препаратов они выражены в разной степени, что придаёт им определённое своеобразие).Во-первых, они способны восстанавливать баланс между возбудительными и тормозными процессами в мозге. Во-вторых, эти вещества активизируют обмен и энергетические процессы в нервных клетках. В-третьих,повышают выносливость нейронов к кислородному голоданию и, наконец, расширяют сосуды мозга и устраняют их спазмы. Всё это позволяет улучшить работу мозга, даёт ему возможность противостоять старению и перегрузкам.
Фармакологи уверены, что в ближайшие годы должны появиться ноотропные средства следующего поколения, которые преобразят жизнь человечества, избавят его от болезней мозга, обеспечат активную старость, а также позволят лечить врождённое слабоумие. Пока, несмотря на получение усовершенствованных аналогов пирацетама, это ещё вопрос будущего.
„Наука и жизнь"
Статьи близкой тематики:
Успокаивающее «оружие». В. Прозоровский.
Тормозные аминокислоты. В. Б. Прозоровский.
Возбуждающие аминокислоты. В. Б. Прозоровский.
Виагра для мозга. Стивен Холл.
Ультразвуковой «рентген» мозга. О. Белоконева.
Что знает наука о мозге. С. В. Медведев.
Маршруты на карте мозга. Н. Маркина.
Пластичность мозга. Е. П. Харченко, М. Н. Клименко.
Нервные клетки восстанавливаются. В. Гриневич.
Нейротрансмиттеры и головной мозг. В. И. Кулинский.
Мигреневый шунт. В. В. Александрин.
Мозг наркомана. Эрик Нестлер, Роберт Маленка.
Как сохранить воспоминания. Дуглас Филдз.
Феноменальный мозг. Дерольд Трефферт, Дэниел Кристинсен.
Прогулки по закоулкам гениальности. В. В. Александрин.
Музыка и мозг. Норман Уэйнбергер.
Сознание и мозг. Алексей Иваницкий.
Алхимия самосознания. Карл Циммер.
«Женя, дыши!» В. В. Александрин.
Сильное действие слабого тока. Н. Маркина.
Сон разума. В. Прозоровский.
