Химия в твоей голове

В нашем мозге примерно 100 миллиардов нервных клеток, каждая из которых связывается с соседними около 200 раз по сотне синапсов. Импульс преодолевает от 3 до 20 метров. Мозг обрабатывает информацию со скоростью 20 квадриллионов операций. И все это происходит за секунду! Даже самый мощный суперкомпьютер почти в тысячу раз слабее. Как мозгу удается работать с такой высокой производительностью и что происходит, когда мы пытаемся этому помешать, расскажут его друзья — гормоны и нейромедиаторы, и враги — психоактивные вещества.

Почтальоны нашего мозга

Привет! Меня зовут гамма-аминомасляная кислота, или сокращенно ГАМК. Когда меня выбрасывает в синаптическую щель, я сразу стремлюсь связаться со своими рецепторами. Они тормозят сигнал, который передают друг другу взрослые нейроны. А вот с малышами-нейронами у меня совсем другие отношения. Из-за того, что в их цитоплазме много ионов хлора, мои рецепторы выпускают эти ионы, что повышает вероятность возникновения потенциала действия. Это связано с тем, что при созревании мозга моя стимуляция возбуждения постепенно сменяется на глутаматную, о которой расскажет уже сам глутамат.

ЛИКБЕЗ

Потенциал действия — волна возбуждения, перемещающаяся по мембране живой клетки. Состоит из локальных изменений мембранного потенциала: в покое наружная часть заряжена положительно (ионы калия и хлора), а внутренняя — отрицательно (ионы натрия и заряженные белки); при возбуждении — наоборот. Этот процесс называют деполяризацией. Обеспечивают его реагирующие на нейромедиаторы ионные каналы. Изменять потенциал могут различные стимулы: искусственные (подведенный электрический ток) и естественные (химические сигналы от других клеток).

Нейромедиаторы — биологически активные вещества, посредством которых нейроны передают сигнал друг другу или мышечным и железистым тканям. По телу нейрона проходит электрический импульс, который запускает выброс нейромедиатора в синаптическую щель. Следующая клетка с помощью рецепторов фиксирует его наличие и генерирует собственный электрический сигнал.

А мы — глицин и глутамат. Самая простая аминокислота (аминоуксусная) и глутаминовая кислота (2-аминопентандиовая). Боремся друг с другом за ионы калия и доступ к NMDA-рецепторам. Глицин хочет забрать ион калия, а я, глутамат, — отпустить и тем самым дать толчок потенциалу действия для передачи сигнала. Я ускоряю сигнал от одних рецепторов к другим, формируя синаптическую пластичность, которая лежит в основе механизмов обучения и памяти. Много рецепторов к глицину расположено в головном и спинном мозге. При связывании с ними глицин снижает мою концентрацию, но повышает выделение ГАМК.

Все мы относимся к аминокислотам — производным органических кислот, содержащим аминогруппу в альфа-положении. Те, кто учился в школе, знают нас как строительные элементы белка, а некоторые, возможно, даже вспомнят, что мы также можем выполнять работу гормонов и нейромедиаторов. А порой и все сразу.

ВСЕ, ЧТО НУЖНО ДЛЯ СЧАСТЬЯ
Серотонин, дофамин и эндорфины известны под одним названием — гормоны счастья. Но не все они гормоны, да и функции у них разные.

Дофамин
2-(3,4-дигидроксифенил)-этиламин
Нейромедиатор, который отвечает за одобрение потенциально полезных поступков (например, прием пищи, секс или физические нагрузки) и подкрепление положительной ассоциации. Если мы сделали нечто хорошее, именно дофамин ответственен за приподнятое настроение и мотивацию. Он же участвует в создании привязанности.

Эндорфины
Белки, выполняющие две функции: подавление боли и формирование положительных эмоций (чем больше эндорфинов, тем выше активность стимулируемого ими центра). Эндорфины выполняют роль триггера в запуске серотонинергической и дофаминергической систем. 

Серотонин
5-гидрокситриптамин
Нейромедиатор, который играет важную роль в коммуникации и формировании социальных связей. Его еще называют гормоном социального удовольствия. Благодаря ему мы чувствуем приятное расслабление и уверенность в себе.

Мы же два бесстрашных брата — адреналин и норадреналин — отличаемся только метиловой группой. У меня ее нет, а у адреналина — есть. Я бодр, работоспособен и легок на подъем. Брат — гиперактивен, паникер и вообще всегда на взводе. Меня больше в мозге, а адреналина — в крови. Вырабатываемся мозговым веществом надпочечников под действием гормона гипоталамуса — кортикотропина. Как младший брат, в биосинтезе катехоламинов (особой группы молекул-посредников) я предшествую старшему — адреналину. Оба функционируем и как гормоны, и как нейромедиаторы и необходимы вам для мобилизации ресурсов организма, особенно в стрессовых ситуациях.

Не забудьте обо мне! Я N-ацетиласпартилглутамат, или сокращенно от моего английского имени — NAAG. Третий по распространенности нейромедиатор в нервной системе млекопитающих, дипептид сложного строения. Долгое время меня не считали нейромедиатором, потому что не могли определить, с какими рецепторами я связываюсь и как влияю на мембранный потенциал. На деле моя профессиональная область — активность нейронов: регуляция экспрессии генов, снижение концентрации молекул-посредников в нейронах и сопутствующих клетках и торможение потенциала действия.

Плохая компания

Я — этанол, как и многие низшие спирты, неограниченно растворяюсь в воде. Моя концентрация тем выше в ткани, чем интенсивнее она омывается кровью. Примерно 20 % ее объема уходит на питание мозга. Благодаря высокой растворимости и, соответственно, всасываемости, мне легко преодолеть гематоэнцефалический барьер. Чувство эйфории и расслабления, другими словами опьянение, есть не что иное, как последствие смерти нервных клеток из-за нарушения внутренней среды ЦНС, необходимой для их нормального функционирования.

Гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) — физиологический барьер между кровеносной системой и головным мозгом, присутствующий у всех позвоночных. Его функции: поддерживать гомеостаз в нервной ткани и не пропускать токсины, патогены и регуляторы иммунной системы. Последние воспринимают нервную ткань как чужеродную и способны ее разрушить.

Рад представиться: тетрагидроканнабинол (ТГК) — психоактивное вещество, содержащееся в препаратах конопли. На меня реагируют каннабиноидные рецепторы четырех видов, расположенные на мембране нейронных синапсов. В норме рецепторы связываются с эндогенными каннабиноидами — анандамидами, отвечающими за ощущение боли, аппетит, депрессию, за работу памяти и репродуктивной системы. Вашему организму анандамиды необходимы для торможения вызванной избытком дофамина активности. Если говорить обо мне, то при высоких дозировках я ухудшаю память и вызываю апатию. При малых — торможу противостояние избытку дофамина, что возбуждает аппетит, изменяет вкусовые ощущения и эмоциональное восприятие.

Меня называют мефедроном (4-метилметкатиноном), я отношусь к классу замещенных амфетаминов и принадлежу группе эйфорических стимуляторов. Особенность последних в специфическом связывании с дофаминовыми рецепторами. В норме в синаптической щели находится рассчитанный на долгое время запас серотонина, хранящийся в везикулах. Моя миссия — пропорционально растратить ненормальное количество нейромедиатора. Например, четверть: при следующем употреблении в синаптической щели будет уже 75 % от первоначального количества серотонина, и высвободится четверть от него. Так, эффект от меня постепенно пропадает, и ухудшается общее настроение, ведь запасы серотонина клетки пополнят не скоро.

Мы опиаты (наркотические алкалоиды) — азотсодержащие органические вещества растительного происхождения, среди нас морфин, кодеин, героин, дезоморфин и так далее по списку из двадцати наименований. Производят нас из опиума, который получают из млечного сока недозрелых коробочек снотворного мака. Наша особенность — в связывании с ответственными за боль опиоидными рецепторами мозга. Система таких рецепторов нужна организму во время стресса для борьбы с болью за счет выброса дофамина. Их активация тормозит выработку молекул-посредников передачи сигнала и изменяет активность ионных каналов. Так активация калиевых каналов приводит к гиперполяризации мембраны и уменьшению чувствительности нейрона, а закрытие потенциал-зависимых кальциевых каналов уменьшает выброс возбуждающих нейромедиаторов, например ГАМК или глутамата. В норме же с опиоидными рецепторами связывается определенная группа пептидов — таких, как эндорфины.

Есть ли разница?
В кальяне табак не горит — выделяется пар от пропитанной им смеси. Тем самым человек, курящий кальян, получает меньшее, чем от сигарет, количество никотина. В жидкости для вейпа никотин содержится в тех же количествах, что и в сигарете. Но суммарно вейперы вдыхают с паром в день больше никотина, чем среднестатистический курильщик. Однако в отличие от сигарет и кальяна, в парах вейпа нет смол и угарного газа, но есть глицерин, который при нагревании выше 300° C превращается в крайне вредный акролеин. Таким образом, можно говорить лишь о градации вреда, но никак не о безвредности курения тем или иным способом.

Меня знают все. Я никотин ((S)-3-(1-метил-2-пирролидинил)пиридин) — вещество из семейства алкалоидов, прячусь в листьях и стеблях табака и некоторых других растений семейства пасленовых. Как и мой закадычный друг — спирт, легко растворяюсь в крови и преодолеваю ГЭБ. В мозге сразу устремляюсь к Н-холинорецепторам на синаптической мембране, в малых дозах стимулируя их к связыванию с нейромедиатором ацетилхолином, а в больших — конкурентно их ингибируя. Главные функции ацетилхолина — деполяризация нейронов и усиление притока кальция внутрь клетки. Последнее способствует выбросу адреналина, что увеличивает сердцебиение, кровяное давление и уровень глюкозы в крови. Также возбуждение Н-холинорецепторов повышает уровень дофамина и, как следствие, стимулирует центры удовольствия.

Редакция журнала NewTone предупреждает: употребление психоактивных веществ наносит непоправимый вред вашему здоровью и может вызвать зависимость.

Материал опубликован в журнале NewTone