Ацетилхолин

Ацетилхолин (АЦХ) представляет собой органическую молекулу, которая на большинство организмов, включая и организм человека, воздействует как нейротрансмиттер. Является сложным эфиром уксусной кислоты и холином, химическая формула ацетилхолина –CH3COO(CH2)2N+(CH3)3, систематическое (МСТПХ) название – 2-ацетокси- N,N,N-триметилэтанаминиум. Ацетилхолин является одним из многих нейротрансмиттеров в автономной (вегетативной) нервной системе. Он оказывает влияние как на периферическую нервную систему (ПНС), так и на центральную нервную систему (ЦНС) и является единственным нейротрансмиттером, использующимся в моторном отделе соматической нервной системы. Ацетилхолин является главным нейротрансмиттером в вегетативных ганглиях. В сердечной ткани нейротрансмиссия ацетилхолина обладает ингибиторным эффектом, что способствует снижению сердечного ритма. С другой стороны, ацетилхолин ведет себя как возбуждающий нейротрансмиттер в нейромышечных соединениях скелетной мышцы. ¹⁾

Систематическое (МСТПХ) название:

2-ацетокси- N,N,N-триметилэтанаминиум

Свойства:

Химическая формула – C7H16NO+2

Молярная масса – 146,2074г моль-1

Фармакология:

Период полувыведения – 2 минуты

Ацетилхолин (АЦХ) впервые был обнаружен Генри Халлетом Дейлом в 1915 году, когда было замечено влияние данного нейротрансмиттера на сердечную ткань. Отто Леви подтвердил, что ацетилхолин является нейротрансмиттером и назвал его Vagusstuff («блуждающее нечто», англ.) поскольку образец был получен из блуждающего нерва. В 1936 году оба за свои труды получили Нобелевскую премию в области физиологии и медицины. Ацетилхолин был первым обнаруженным нейротрансмиттером.

Ацетилхолин

Аббревиатура: АЦХ

Источники: множественные

Направленность: множественная

Рецепторы: никотиновые, мускариновые

Агонисты: никотин, мускарин

Антагонисты: яд кураре, атропин

Предшественник: холин, ацетил-КоА

Синтезирующий энзим: холин ацетилтрансфераза

Метаболизирующий энзим: ацетилхолинэстераза

Ацетилхолин как нейротрансмиттер обладает действием и в ПНС (периферической нервной системе), и в ЦНС. Его рецепторы обладают очень высокими константами связывания. В ПНС ацетилхолин активирует мышцы и является основным нейротрансмиттером в автономной нервной системе. В ЦНС ацетилхолин вместе с нейронами и формирует систему нейротрансмиттеров, холинергическую систему, которая способствует ингибиторной активности.

В ПНС ацетилхолин активирует скелетные мышцы и является основным нейротрансмиттером в автономной нервной системе. Ацетилхолин привязывается к ацетилхолиновым рецепторам на тканях скелетной мышцы и открывает лиганд-активируемые натриевые каналы в клеточной мембране. Ионы натрия затем проникают в мышечную клетку, начинают в ней действовать и приводят к сокращению мышцы.Хотя ацетилхолин и вызывает сокращение скелетной мышцы, для подавления сокращения тканей сердечной мышцы он воздействует с помощью рецептора иного типа (мускарина).

В автономной нервной системе ацетилхолин выделяется:

• Во всех постганглионарных парасимпатикотроных нейронах
• Во всех преганглионарных симпатикотропных нейронах
• Сердцевина надпочечника является измененной симпатикотропной ганглией. При стимуляции ацетилхолином, сердцевина надпочечника вырабатывает эпинефрин и норэпинефрин

В некоторых постганглионарных симпатикотропнхы тканях

• В нейронах-стимуляторах потовых желез и в самих потовых железах

В центральной нервной системе ацетилхолин обладает некоторыми свойствами нейромодулятора и воздействует на гибкость, активацию и подкрепляющую систему. АЦХ играет важную роль в улучшении сенсорного восприятия во время просыпания, а также обеспечивает внимательность. ²⁾ Повреждение холинэргических (производящих ацетилхолин) систем в мозге способствуют ухудшению памяти при болезни Альцгеймера. Ацетилхолин задействован в быстрой стадии сна. Также недавно было выявлено, что спад ацетилхолина может быть основной причиной депрессий. ³⁾

Насчитывается три вида проводящих путей ацетилхолина в ЦНС

• Через варолиев мост к таламусу и коре головного мозга
• Через крупноклеточное ядро глазодвигательного нерва к коре
• Септогиппокампальным путем

Ацетилхолин является многоатомным катионом. Вместе с близлежащими нейронами ацетилхолин образует систему нейротрансмиттеров, холинэргическую систему, в стволовой части мозга и базальных отделах переднего мозга, которая способствует распространению аксонов в разные участки мозга. В стволовой части мозга данная система берет свое начало из педункулопонтийного ядра и латеродорсального тегментального ядра, которые вместе составляют вентральную тегментальную область. ⁴⁾ В базальных отделах переднего мозга данная система берет свое начало в базальном оптическом ядре Мейнерта и септальном ядре:

• Вентральнаю тегментальная область воздействует в основном на рецепторы М1 в стволовой части мозга, мозжечковом ядре, понтинном ядре, голубом пятне, боковом сетчатом ядре и нижней оливе. Также воздействует на таламус, крышку среднего мозга, подкорковые узлы и базальные отделы переднего мозга. ⁵⁾
• Базальное оптическое ядро Мейнерта воздействует на рецепторы М1 в неокортексе.
• Среднее септальное ядро воздействует на рецепторы М1 в гиппокампе и неокортексе.

Ко всему прочему, ацетилхолин действует как важный «внутренний» трансмиттер в стриатуме, что является частью базального ядра. Он высвобождается посредством холинэргического промежуточного нейрона.

Ацетилхолин обладает и другими воздействиями на нейроны – способен вызывать медленную деполяризацию посредством блокировки тонически активного тока К+, что увеличивает чувствительность нейронов. Также ацетилхолин способен активировать проводники катионов и таким образом напрямую стимулировать нейроны. Постсинаптические М4-мускариновые рецепторы ацетилхолина открывают внутренний вентиль калиевого ионного канала (Kir) и приводят к ингибированию. Воздействие ацетилхолина на отдельные типы нейронов может зависеть от продолжительности холинэргической стимуляции. Например, кратковременное облучение ацетилхолина (несколько секунд) может способствовать ингибированию кортикальных пирамидальных нейронов посредством мускариновых рецептор, привязанных к G-белку подгруппы альфа Gq типа. Активация рецептора М1 способствует выбросу кальция из внутриклеточного пула, что впоследствии способствует активации калиевой проводимости, что в свою очередь ингибирует разжигание пирамидальных нейронов. ⁶⁾ С другой стороны, активация тонического рецептора М1 является крайне возбуждающей. Так, воздействие ацетилхолина на один и тот же тип рецептора может способствовать возникновению разных эффектов в одинаковых постсинаптических нейронах в зависимости от продолжительности активации рецептора. Недавние эксперименты на животных выявили, что кортикальные нейроны на самом деле испытывают временные и постоянные изменения в местных уровнях ацетилхолина при поиске партнера. ⁷⁾ В коре головного мозга тонический ацетилхолин ингибирует 4 слой средних шипиковых нейронов, а в слоях 2/3 и 5 возбуждает пирамидальные клетки. Это позволяет отфильтровать слабую афферентную импульсацию в 4 слое и усилить импульсацию, которая будет доходить до слоя 2/3 и слоя L5 возбудителя микроцепей. Как результат, данное воздействие ацетилхолина на слои служит усилением отношения «сигнал-шум» в работе коры головного мозга. В то же время, ацетилхолин воздействует через никотиновые рецепторы и возбуждает определенные группы ингибиторных ассоциативных нейронов в коре, что способствует затуханию активности в коре. ⁸⁾

Одной из основных функций ацетилхолина в коре головного мозга является увеличенная восприимчивость сенсорного раздражителя, что является формой внимания. Фазовые увеличения ацетилхолина при визуальной, слуховой и соматосенсорной стимуляции способствовали увеличению частоты испускания нейронов в соответствующих главных сенсорных зонах коры говного мозга. Когда холинэргические нейроны в базальном отделе переднего мозга поражены, у животных значительно ухудшается способность распознавать визуальные сигналы. ⁹⁾ При рассмотрении воздействия ацетилхолина на таламокортикальные связи, путь передачи сенсорных данных, выявилось, что применение холинэргического агониста карбахолина in vitro на слуховую кору мозга мышей способствовало улучшению таламокортикальной активности. В 1997 году был применен другой холинэргический агонист, никотин, и было выявлено, что активность была улучшена в таламокртикальных синапсах. ¹⁰⁾ Данное открытие доказало, что ацетилхолин играет важную роль в ходе трансмиссии информации от таламуса к различным отделам коры головного мозга. Еще одной функцией ацетилхолина в коре головного мозга является подавление передачи интракортикальной информации. В 1997 году к неокортикальным слоям был применен холинэргический агонист мускарин и было обнаружено, что возбудительные постсинаптические потенциалы между интракортикальными синапсами были подавлены. In vitro применение холинэргического агониста карбахолина на слуховой коре мышей также подавило активность. Оптическая запись с использованием краски, чувствительной к напряжению, в визуальных кортикальных долях выявила значительное подавление состояния интракортикального возбуждения при наличии ацетилхолина. Некоторые формы обучения и пластичности в коре головного мозга зависят от наличия ацетилхолина. В 1986 году было выявлено, что типичное синаптическое перераспределение в первичной зрительной коре, возникающее в ходе монокулярной депривации, снижается при истощении холинэргических вбросов в данную область коры. В 1998 году было выявлено, что повторяющаяся стимуляция базальных отделов переднего мозга, основного источника ацетилхолиновых нейронов, наряду с облучением звуком на определенной частоте, приводила к перераспределению слуховой зоны коры головного мозга в лучшую сторону. ¹¹⁾ В 1996 году было исследовано воздействие ацетилхолина на пластичность, зависимую от опыта, путем снижения холинэргических сигналов в колончатом коре крыс. У животных с недостатком холинэргичности подвижность усов значительно снижена. В 2006 году было обнаружено, что активация никотиновых и мускариновых рецепторов в прилежащем ядре мозга необходима для выполнения заданий, за которые животные получали еду. Ацетилхолин неоднозначно проявляет себя в используемых для исследований средах, что было выявлено на основе функций, описанных выше, и результатов, полученных на основе выполняемых испытуемыми поведенческих тестов с использованием раздражителей. Разница во времени реакции между корректно проведенными тестами и некорректно проведенными тестами у приматов разнилась инверсивно при фармакологическом изменении уровня ацетилхолина и хирургическом изменении уровня ацетилхолина. ¹²⁾ Схожие данные были получены при исследовании болезни Альцгеймера, а также при обследовании курильщиков после получения дозы никотина (агонист ацетилхолина). ¹³⁾

Ацетилхолин синтезируется в определенных нейронах с помощью энзима холинцетилтрансферазы из составляющих холина и ацетил-CoA. Холинэргические нейроны отвечают за выработку ацетилхолина. Примером центральной холинэргической области является базальное ядро Мейнерта в базальном отделе переднего мозга. Энзим ацетилхолинэстеразы преобразует ацетилхолин в неактивные метаболиты холина и ацетата. Данный энзим в избытке содержится в синаптической щели и в его задачи входит быстрое очищение свободного ацетилхолина от синапса, что крайне важно для хорошего функционирования мышц. Определенные нейротоксины способны ингибировать ацетилхолинэстеразы, что приводит к избытку ацетилхолина в нейромышечном соединении и вызывает паралич, остановку дыхания и сердца.

Существует два основных класса ацетилхолинового рецептора – никотиновый ацетилхолиновый рецептор (н-холинорецептор) и мускариновый ацетилхолиновый рецептор (м-холинорецептор). Они получили свои названия по лигандам, активирующим рецепторы.

Н-холинорецепторы представляют собой ионотропные рецепторы, проницаемые ионами натрия, калия и кальция. Стимулируются никотином и ацетилхолином. Подразделяются на два главных типа – мышечный и нейронный. Мышечный может частично блокироваться кураре, а нейронный – гексонием. Основные места расположения н-холинорецептора – мышечные концевые пластины, автонономные ганглии (симпатическая и парасимпатическая) и ЦНС.

Заболевание миастения гравис, симптомами которого являются мышечная слабость и утомление, развивается, когда тело не должным образом выделяет антитела против никотиновых рецепторов, таким образом ингибируя корректную трансмиссию ацетилхолинового сигнала. С течением времени концевые пластины двигательного нерва в мышце разрушаются. Для лечения данного заболевания используют препараты, ингибирующие ацетилхолинэстеразу – неостигмин, физостигмин или пиридостигмин. Данные препараты способствуют тому, что эндогенный ацетилхолин дольше взаимодействует с соответствующими ему рецепторами перед тем, как быть деактивированным ацетилхолинэстеразой в синаптической щели (область между нервом и мышцей).

Мускариновые рецепторы являются метаботропными и воздействуют на нейроны более продолжительное время. Стимулируются мускарином и ацетилхолином. Мускариновые рецепторы расположены в ЦНС и ПНС сердца, легких, в верхнем желудочно-кишечном тракте и потовых железах. Ацетилхолин иногда используется в ходе операций по удалению катаракты для сужения зрачка. Атропин, содержащийся в белладонне, обладает противоположным эффектом (антихолинэргическим) поскольку блокирует м-холинорецепторы и тем самым расширяет зрачок, откуда по сути и происходит название растения («bella donna» с испанского переводится как «красивая женщина») – женщины использовали данное растения для расширения зрачков в косметических целях. Используется внутрь глаза, поскольку роговичная холинэстераза способна метаболизировать примененный местно ацетилхолин еще до того, как тот достигнет глаза. Тот же принцип используется для расширения зрачка, при сердечно-легочной реанимации и др.

Блокирование, замедление или имитация действия ацетилхолина повсеместно применяется в медицине. Вещества, влияющие на ацетилхолиновую систему, являются либо агонистами рецепторов, стимулируя систему, либо антагонистами, подавляя ее.

Никотиновые рецепторы двух типов: Nm и Nn. Nm находится в нейромышечном соединении и способствует сокращению скелетных мышц через потенциал концевой пластинки. Nn вызывает деполяризацию в автономной ганглии, что приводит к постганглионарному импульсу. Никотиновые рецепторы способствуют выбросу катехоламина из мозгового слоя надпочечников, а также являются возбудителями или ингибиторами в мозге. И Nm, и Nn связаны каналами Na+ и k+, однако Nn связан дополнительным каналом Ca+++.

Агонисты и антагонисты ацетилхолинового рецептора могут воздействовать на рецепторы напрямую или косвенно путем влияния на энзим ацетилхолинэстеразу, что приводит к разрушению рецептора лиганд. Агонисты увеличивают уровень активации рецепторов, антагонисты снижают его.

Агонисты ацетилхолиновго рецептора используются для лечения миастении гравис и болезни Альцгеймера.

Поскольку количество ацетилхолиновых рецепторов α4β2 снижено, в ходе лечения используются препараты, ингибирующие холинэстеразу, например галантамина гидробромид (конкурентный и обратимо действущий ингибитор).

Препараты прямого действия Препараты, описанные ниже, имитируют действие ацетилхолина на рецепторы. В малых дозах они стимулируют рецепторы, в больших – вызывают онемение.

• ацетил-карнитин
• ацетилхолин
• бетанехол
• карбахолин
• цевимелин
• мускарин
• никотин
• пилокарпин
• суберилхолин
• суксаметоний

Большинство косвенно действующих агонистов ацетилхолинового рецептора воздействуют путем ингибирования энзима ацетилхолинэстеразы. Происходящая в итоге аккумуляция ацетилхолина вызывает продолжительную стимуляцию мышц, желез и ЦНС. Данные агонисты являются примерами ингибиторов энзимов, они увеличивают действенность ацетилхолина путем замедления его распада; некоторые используются как агенты нервно-паралитического действия (зарин, газ нервно-паралитического действия VX) или как пестициды (органофосфаты и карбаматы). Клинически применяется для обращения действия мышечных релаксантов, для лечения миастении гравис и симптомов болезни Альцгеймера (ривастигмин, который увеличивает холинэргическую активность в мозге).

Следующие вещества обратимо ингибируют энзим ацетилхолинэстеразы (который разрушает ацетилхолин), таким образом, увеличивая уровни ацетилхолина.

Большинство препаратов, использующихся при лечении болезни Альцгеймера

• Донепезил
• Галантамин
• Ривастигмин
• Такрин
• Эдрофоний (различает миастенический и холинэргический кризис)
• Неостигмин(обычно используется для обращения действия нейромускульных блокаторов, используемых в анестезии, реже – при миастении гравис)
• Физостигмин (используется при глаукоме и при передозировках антихолинэргическими препаратами)
• Пиридостигмин (при лечении миастении гравис)
• Карбаматные инсектициды (альдикарб)
• Гуперизин А

Ингибируют энзим ацетилхолинэстеразы.

• Эхотиофат
• Изофлуорофат
• Органофосфатные инсектициды (малатион, Pпаратион, азинфос метил, хлорпирифос)
• Органофосфатсодержащие агенты нервно-паралитического действия (зарин, газ нервно-паралитического действия VX)

Жертвы органофосфатсодержащих агентов нервно-паралитического действия обычно погибают от удушения, поскольку не в состоянии расслабить диафрагму.

• Пралидоксим

• Атропин
• Ипратропий
• Сколопамин
• Триотропий
• Дифенгидрамин

• Мекамиламин
• Гексаметоний
• Триметафан

• Атракурий
• Цисатракурий
• Доксакурий
• Метокурин
• Мивакурий
• Панкуроний
• Рокуроний
• Суцинилхолин
• Тубокуранин
• Векуроний

• Органические ртутосодержащие вещества, такие как метилртуть, обладают сильной связью с сулифидрильными группами, что вызывает дисфункцию энзима холинацетилтрансферазы. Данное ингибирование может привести к ацетилхолинной недостаточности, что может отразиться на моторной функции.
• Ингибиторы холинового реаптейка
• Гемихолин

• Ботулин подавляет выброс ацетилхолина, а яд черной вдовы (альфа-латротоксин) обладает обратным эффектом. Ингибирование ацетилхолина вызывает паралич. При укусе черной вдовы, содержание ацетилхолина резко падает, и мышцы начинают сокращаться. При полном истощении наступает паралич.

• Суругатоксин

Ацетилхолин, 2-ацетокси-N,N,N-триметилэтил аммоний хлорид, легко синтезируется с применением различных способов. Например, 2-хлороэтанол вступает в реакцию с триметиламином, и получившийся в результате N,N,N-триметилэтил-2-этаноламин гидрохлорид, также называемый холином, ацетилируется андригидом уксусной кислоты или ацетилхлоридом, и в итоге получается ацетилхолин. Второй метод синтеза заключается в следующем– триметиламин вступает в реакцию с этилен оксидом, который при реакции с гидрогеном хлорида превращается в гидрохлорид, который, в свою очередь, ацетилируется как уже было описано выше. Также ацетилхолин можно получить путем взаимодействия 2-хлороэтанол ацетата и триметиламина.

• A. Bayer, Ann. Chem., 142, 235 (1867).
• G. Nothnagel, Arch. Pharm., 232, 265 (1894).
• E. Fourneau, H. G. Page, Bull. Soc. Chim. France [4], 15, 544 (1914).
• H. Hopff, K. Vierling, Ger. Pat., DE 801210 (1948).
• J.K. Cline, U.S. Patent 1,957,443 (1934).
• J.K. Cline, U.S. Patent 2,013,536 (1935).

Ацетилхолин представляет собой молекулу холина, ацетилированную в атоме кислорода. Из-за того, что ацетилхолин является высокополяной, заряженной аммониевой группой, он не проницает липидные мембраны, и поэтому при внешнем введении он остается в экстрацеллюлярном пространстве и не проходит сквозь гематоэнцефалитический барьер. Ацетилхолин не пригоден в терапевтических целях при внутривенном введении, поскольку способен быстро и различными путями деактивировать холинэстеразу. Более того, может случиться коллаптоидное состояние, спад артериального давление и остановка сердца. С другой стороны, ацетилхолин можно использовать в форме глазных капель для сужения зрачка во время операции по удалению катаракты, также постоперационный период проходит легче.

:Tags

Читать еще: D-серин , Амфотерицин (Амфотерицин B) , Галантамин (Реминил) , Фторурацил , Цефазолин ,