2. 3. 2. Моноаминергические нейроны

Этим названием объединяют нервные клетки, которые осуществляют свои синаптические эффекты при посредстве того или иного биогенного моноамина. Границы понятия «биогенные моноамины» (или «биогенные амины») в последние годы несколько сузились. Раньше сюда включали различные низкомолекулярные физиологически активные вещества, обладающие нейротропным действием и имеющие в своём составе аминогруппу, — в том числе и такие вещества, как гистамин, некоторые аминокислоты и т. д. После 1962 г., когда в гистохимическую практику вошел люминесцентный метод Фалька и Хилларпа, стало более принятым называть биогенными аминами те тканевые амины, которые выявляются этим методом, т. е. катехоламины и индолилалкиламины.

Интерес к этим веществам как медиаторам нервных влияний существует давно и восходит к классическим опытам Отто Леви, показавшего на сердце лягушки, что симпатические нервные влияния, подобно парасимпатическим, осуществляются при помощи химического посредника [236]. Довольно долго, однако, этот интерес ограничивался симпатическими окончаниями и адреналином, который считался передатчиком в этих «адренергических» окончаниях. Заметным шагом вперед явились исследования Эйлера, который пришёл к заключению, что медиатором симпатических эффектов у млекопитающих является не адреналин, а норадреналин [151]. Следующей важной вехой явился 1954 год, когда в английском физиологическом журнале появились две работы, положившие начало изучению медиаторной роли биогенных аминов в мозге млекопитающих. В одной из них М. Фогт показала, что неравномерность распределения норадреналина в разных отделах мозга не позволяет согласиться с существовавшим мнением о функциональной связи этого амина с сосудами: Фогт обсудила предположение, что норадреналин может быть одним из синаптических передатчиков в ЦНС [322].

Другая работа носила сходный характер и описывала распределение в мозге серотонина [76].

Период медленного накопления фактов затянулся на несколько десятилетий, но ситуация резко изменилась в 60-х годах, когда биогенные амины оказались в центре внимания исследователей, занимающихся проблемой синаптической передачи. Несомненно, главной причиной, вызвавшей эту концентрацию усилий, явилось внедрение уже упомянутого гистохимического метода, который впервые сделал возможным прямое наблюдение медиаторных веществ [см. 129].

Применение метода Фалька и Хилларпа и основанных на нём других специальных методов (снятие спектральных характеристик свечения, сочетание люминесцентной гистохимии с радиоавтографией, с фармакологическими воздействиями и т. д.) позволило за короткий срок получить ответ на ряд важнейших вопросов. Были выяснены места расположения моноаминергических нейронов в центральной и периферической нервной системе и для каждой группы таких клеток определены области иннервации [см. 16, 77, 161, 319 и библиографию к этим работам; специально для мозга человека — 253]. Одновременно физиологами было показано, что возбуждение гистохимически идентифицированных моноаминергических систем ЦНС сопровождается выделением медиаторных аминов [93, 272, 293] и что аппликация этих аминов воспроизводит эффекты раздражения пресинаптических моноаминергических элементов [127, 351 и др.].

Люминесцентный метод стал основой больших успехов в создании фармакологических средств, избирательно действующих на моноаминергические нейроны, что уже нашло применение в клинике нервных болезней, в частности, в лечении паркинсонизма.

Все большее развитие получает иммуногистохимия моноаминергических нейронов. В качестве антигенов, специфических для этих нейронов, используются ферменты, принимающие участие в синтезе медиаторов, хромогранины и другие специфические белки. Различия в наборе ферментов в клетках, секретирующих разные катехоламины, позволяют дифференцировать эти клетки с помощью иммунолюминесцентного метода [183, 184, 189].

Хорошие знания о рассматриваемых нейронах накоплены электронной микроскопией. Для клеток, секретирующих катехоламиновые медиаторы, характерно присутствие двух популяций пузырьков: мелких, диаметром около 400-500 ?, и более крупных. Первые наблюдаются только в области секреции, вторые — по всей длине аксона и в теле нейрона. И те и другие имеют электронноплотное центральное ядро, но при обычных условиях фиксации оно обычно сохраняется только в крупных пузырьках. Имеются хорошие основания считать, что плотное центральное ядро дают сами катехоламины в результате цепи реакций, которая начинается реакцией конденсации между амином и фиксирующим альдегидом. В самом деле, если фиксация проводится при условиях, уменьшающих возможность диффузии катехоламина из везикул, плотное ядро можно наблюдать и в больших, и в маленьких везикулах. Надёжное выявление плотного зерна в катехоламиновых везикулах обеспечивается фиксацией перманганатом [181, 182].

Недавнее исследование, проведенное на весьма чистой фракции крупных пузырьков (средний диаметр 763 ?), полученной из симпатического нерва, показало, что видимая в микроскоп плотность содержимого пузырьков коррелирует с содержанием в них норадреналина; авторы пришли также к заключению, что содержимое пузырьков сжимается в виде центрального или эксцентрично расположенного зерна лишь в результате фиксации, и нашли такие условия обработки, при которых содержимое остается равномерно распределенным в полости пузырька [314].

Дифференцирование между первичными катехоламинами, с одной стороны, и другими медиаторными биогенными аминами, с другой, основано на использовании разных фиксирующих альдегидов (глутаровый, муравьиный, акриловый), которые применяются в сочетании с тем или иным металлическим окислителем (перманганат, бихромат, четырёхокись осмия) [182, 349].

Электронная микроскопия широко использует также способность аминсодержащих нервных окончаний и секреторных везикул накапливать соответствующий амин, поглощая его из внеклеточной среды. Хотя специфичность таких систем захвата не абсолютна, указанное свойство позволяет локализовать пузырьки, содержащие амин, авторадиографическим методом [97].

Наконец, следует упомянуть о фармакологических агентах, которые, обладая химическим сходством с медиаторными аминами, способны лишать пузырьки их плотного содержимого (как, например, альфа-метилметатирозин) либо, наоборот, значительно повышать электронную плотность, накапливаясь в пузырьках в большом количестве (как, например, 5-оксидофамин). Вещества такого рода облегчают и делают более уверенной идентификацию моноаминергических клеток и волокон. Вместе с тем, обладая способностью разрушать нервные элементы, в которых они накапливаются, некоторые из таких веществ оказались полезным инструментом экспериментального изучения функций моноаминергических нейронов. Здесь в первую очередь нужно назвать 6-оксидофамин, поражающий норадренергические и дофаминергические нейроны [313], а также 5,6-диокситриптамин, оказывающий аналогичное действие на серотонинергические элементы [95].

Все упомянутые методы ультраструктурного анализа позволяют сделать вывод, что медиаторный амин в том или ином моноаминергическом нейроне содержится в обеих популяциях пузырьков. Выдвинута гипотеза, что пузырьки более крупного класса трансформируются в мелкие в терминальном участке аксона [218].

Лучше всего на ультраструктурном уровне изучены норадренергические нейроны. Средние диаметры пузырьков в симпатических терминалях крысы определены в 495 (малые) и 967 (крупные) ? [181]. Многие авторы указывают, однако, для крупных пузырьков цифру 750 ?. Дофаминергические нейроны мозга очень сходны с норадренергическими в ультраструктурном отношении. Слабее изучены серотонинергические элементы. В супрахиазмальном ядре гипоталамуса крысы, богатом терминалями серотонинергических волокон, найдены, помимо окончаний указанного типа, другие окончания. В них тоже имеются мелкие и крупные пузырьки, причём диаметр крупных около 1400 ?, т. е. почти вдвое больше, чем в катехоламиновых окончаниях [303].

Медиаторной функции катехоламинов и индоловых аминов посвящено много современных обзорных и обобщающих работ [например, 2, 16, 91, 98, 117, 186]. В отношении млекопитающих с уверенностью можно говорить о двух катехоламиновых медиаторах (норадреналин и дофамин) и одном индоловом (серотонин). Данных в пользу участия адреналина в синаптической передаче не было до последнего времени, когда свидетельства в пользу медиаторной функции адреналина были получены для двух групп нейронов мозга крысы [183].

Начнём с нейронов, секретирующих дофамин, — иначе говоря, с дофаминергических клеток (рис. 1). Они у млекопитающих лежат почти исключительно в среднем мозге. Одна большая группа расположена в substantia nigra и частично в вентролатеральной части ретикулярной формации среднего мозга; другая, самая мощная, занимает медиальный отдел среднего мозга. Волокна от этих двух групп следуют в краниальном направлении и заканчиваются частично в nucleus caudatus и putamen, частично в tuberculum olfactorium и nucleus accumbeus. Это — нигро-неостриарная система дофаминергических клеток. Она хорошо изучена в количественном отношении. Подсчитано, что в substantia nigra крысы насчитывается около 3500 нейронов, содержащих дофамин; каждый из них образует сеть терминальных волокон общей протяженностью 55-77 см, на этом протяжении имеется около 500 000 варикозных расширений (т. е. пресинаптических участков, из которых секретируется медиатор). В neostriatum крысы, где расположено около 4 000 000 клеток, не содержащих дофамина, этот медиатор находится в примерно 1 000 000 000 пресинаптических варикозных расширений дофаминергических аксонов, занимающих около 0,3% объема этой части ЦНС. Концентрация дофамина в пресинаптическом варикозном расширении составляет до 3000 мкг/г, тогда как в теле такого нейрона содержание амина в 30-150 раз ниже.

Кроме нигро-неостриарной системы, дофаминергические нейроны имеются в составе сетчатки (их волокна не выходят за её пределы) и в гипоталамической области (в частности, клетки арочного ядра, отсылающие аксоны к срединному возвышению и в гипофиз). В периферической нервной системе дофаминв высокой концентрации обнаруживается в особых мелких клетках симпатических ганглиев [94], однако мнения о природе этих клеток расходятся: одни исследователи считают их особыми дофаминергическими интернейронами [233], другие полагают, что это островки железистой хромаффинной ткани, которая всегда богата катехоламинами.

Нейроны, содержащие норадреналин, имеются в ЦНС в составе среднего мозга, варолиева моста, продолговатого и промежуточного мозга. От них восходят волокна, оканчивающиеся в гипоталамусе, таламусе, лимбических отделах переднего мозга, в коре мозга и мозжечка, и нисходят волокна в спинной мозг. Наконец, норадренергическими являются многие нейроны, расположенные вне ЦНС, в частности нейроны симпатической цепочки и некоторых периферических узлов.

Рис. 1. Моноаминергические системы нейронов в ЦНС млекопитающих.

5-ОТ — серотонин; НА — норадреналин; ДА — дофамин. А — схема связей между отделами ЦНС, осуществляемых моноаминергическими нейронами: 1 — новая кора; 2 — лимбические отделы переднего мозга; 3 — неостриатум; 4 — палеостриатум; 5 — таламус; 6 — гипоталамус; 7 — медиальный пучок переднего мозга; 8 — средний мозг; 9 — варолиев мост; 10 — продолговатый мозг; 11 — спинной мозг; 12 — сетчатка [из 77]. Б — топография моноаминергических нейронов в мозге крысы (сагиттальный разрез, схема). Индексами указано принятое шведскими авторами обозначение групп моноаминергических клеток [из 161а].

В продолговатом мозге крупное скопление норадренергических нейронов расположено в вентролатеральном отделе ретикулярной формации, другая небольшая группа лежит в комиссуральном ядре. В варолиевом мосте самая значительная группа находится в locus caeruleus, кроме неё имеются ещё две небольшие группы. В среднем мозге встречаются лишь отдельные клетки этого химического типа. Восходящие пучки норадренергических волокон имеют очень широкие области иннервации. Густотой терминальной сети выделяются лимбические отделы мозга; очень плотные скопления окончаний этого типа найдены в нижних отделах ствола мозга, в чувствительных и двигательных ядрах черепномозговых нервов, в ретикулярной субстанции и griseum centralis среднего мозга. Нисходящие пути прослежены от варолиева моста и продолговатого мозга до крестцового отдела спинного мозга. Один пучок проходит в боковых канатиках и даёт окончания в боковых и задних рогах; другой спускается на границе передних и боковых канатиков, заканчиваясь в передних рогах на альфа-мотонейронах, а также на преганглионарных симпатических нейронах. В спинном мозге проходит ещё один нисходящий путь норадренергических волокон, который не заканчивается в нём, а выходит в составе передних корешков. Клеточных тел, содержащих норадреналин или другие биогенные амины, в спинном мозге млекопитающих нет, но такие нейроны найдены в спинном мозге рыб [88].

Нейроны, содержащие норадреналин, наряду с дофаминергическими, имеются в составе гипоталамо-гипофизарной системы: окончания в срединном возвышении и в промежуточной доле гипофиза образованы волокнами, приходящими из медиобазальных отделов гипоталамуса.

Почти все серотонинергические нейроны расположены в срединной области мозгового ствола. Из нейронов этого типа состоят, в частности, дорзальное и медиальное ядра шва продолговатого, среднего мозга и варолиева моста. Кроме того, небольшие скопления таких клеток найдены в каудальной части среднего мозга. Серотонинергические нейроны иннервируют обширные области ЦНС, включающие новую кору, гиппокамп, бледное тело, миндалину, подбугровую область, ствол головного мозга, спинной мозг. В коре наиболее плотно серотонинергические окончания представлены в её фронтальных отделах. В стволе мозга такие окончания имеются в ряде ядер черепномозговых нервов, в частности, в моторных ядрах блуждающего и тройничного нервов. Множество терминалей этого типа расположено в поверхностной части subst. grisea periventricularis, в area pretectalis и вблизи nuc. interpeduncularis. В спинном мозге серотонинергические окончания распределены примерно так же, как норадренергические.