какая часть головного мозга отвечает за реакцию бей или беги
Какая часть головного мозга отвечает за реакцию бей или беги
Мария Рамзаева
Внештатный автор Slon
Краткий пересказ книги Джона Ардена
«Укрощение амигдалы и другие
инструменты тренировки мозга»
(М.: Манн, Иванов и Фербер, 2016).
Его книга «Укрощение амигдалы и другие инструменты тренировки мозга» основана на последних достижениях нейрофизиологии и доказательной медицины. В книге Арден дает практические советы по перепрограммированию своего мозга и подробно объясняет, как именно влияет на мозг и организм в целом та или иная привычка.
Перенастройка мозга
Еще не так давно считалось, что головной мозг от рождения до смерти человека не изменяется и новые нейроны в нем не образуются. Ученые полагали, что привычки, вкусы, а также способности определяются исключительно генетическим кодом и являются врожденными. Однако за последние 20 лет было получено множество доказательств того, что мозг обладает возможностью к нейрогенезу (формированию новых нейронов) и нейропластичностью (возможностью изменяться под действием опыта).
На практике это означает, что, пусть генетический набор и задает потенциально сильные и слабые стороны человека, именно полученный внешний опыт играет главную роль в том, как человек реализует свои способности.
Нейропластичность можно коротко описать как «используй, или потеряешь». Чем чаще вы что-то делаете, тем прочнее становится связь между нейронами, отвечающими за это действие, а значит, тем выше вероятность удачно сделать действие в дальнейшем (увеличивается вероятность активации нейронов в будущем) и тем легче вам дается действие.
Благодаря свойству нейропластичности возможно сформировать полезные привычки и избавиться от вредных, а также улучшить работу своего мозга и качество и продолжительность жизни в целом.
Чтобы запустить перепрограммирование мозга, необходимы следующие шаги:
1. Концентрация нужна для запуска процесса нейропластичности. Когда вы фокусируетесь на новой информации или новом действии, то как бы сигнализируете мозгу: это важно, на них надо обратить внимание и запомнить.
2. Усилие необходимо для формирования новых нейронных связей.
3. Расслабленность появляется, когда действие входит в привычку.
4. Стремление необходимо, чтобы не бросить заниматься чем-то новым. Нужна постоянная практика, так как очень быстро после прекращения регулярного действия оно забывается.
Пройдя эти четыре шага, вы вырабатываете новые нейронные связи, то есть создаете какую-то новую привычку. Например, если вы хотите избавиться от вспышек гнева, для начала вам нужно начать концентрироваться на моментах появления гнева, затем делать усилие, чтобы воздержаться от его проявления. Спустя какое-то время контролировать себя будет все легче и легче (расслабленность), но и тогда обязательно нужно будет продолжать контролировать (стремление), чтобы появившиеся нейронные связи не исчезли.
Используя эту методику, считает автор, можно, в том числе избавляться от иррациональных страхов, тревоги и негативных мыслей.
Укрощение эмоций
Как правило, испытывая страх, человек склонен к четырем основным типам поведения, которые дают временное успокоение, но в конечном итоге могут приводить к еще большему стрессу.
4. Таким образом, люди делают все, чтобы не встречаться с объектом своего страха, и, как ни парадоксально, тем самым лишь усиливают свой страх.
Справиться с тревогой возможно, только регулярно попадая в ситуацию контролируемого стресса. Чувствительность миндалевидного тела, отвечающего за ощущение тревоги, притупляется всякий раз, когда при столкновении с объектом страха не происходит ничего ужасного и оказывается, что это была ложная тревога. К тому же, когда человек предпринимает какие-то конструктивные действия, уровень стресса и беспокойства понижается, так как запускается блокирующая функция миндалевидного тела и активизируется левая лобная доля, снижающая его активность. Более того, когда человек подключает мыслительный процесс (например, говорит себе: «Надо же, я смог отлично выступить на публике»), «укрощение» страха происходит еще быстрее.
Доказано, что чем дольше человек находится в том или ином эмоциональном состоянии, тем больше он склонен в нем оставаться, так как тем больше вероятность, что нейроны, активизирующиеся при испытывании эмоций, образуют устойчивую связь, и тем самым создастся базовый эмоциональный фон жизни. То есть чем дольше человек пребывает в унынии, тем больше вероятность, что подавленное настроение станет для него настроением «по умолчанию».
Сложность заключается в том, что плохое настроение может возникать спонтанно и поглощает человека: когда нейронные связи активизируются, они захватывают другие нейроны, что только поддерживает уныние. Из такого состояния нельзя выйти просто так, но можно себя вывести с помощью определенных техник:
1. Стимулирование позитивного настроения. Когда вам весело, вы улыбаетесь, но для мозга это работает и в обратную сторону: если вы улыбаетесь, в мозгу активизируются области, вызывающие чувство счастья.
2. Активность. Как говорилось выше, действия активизируют левые лобные доли, отвечающие за позитивные эмоции.
3. Пребывание на свету. Темные помещения вызывают производство гормона сна, который, в свою очередь, понижает уровень серотонина.
4. Юмор. Доказано, что смех и легкое, ироничное отношение к себе понижает количество гормона стресса кортизола.
Позитивное восприятие жизни не только улучшает ее качество, но и является главным фактором стрессоустойчивости. Оптимист во всем старается искать возможности для развития, а ошибки и трудности видит как еще один этап работы, а не катастрофу, и это также позволяет снижать уровень стресса.
Однако основой для продуктивной работы мозга и всего организма, а также главным способом улучшить настроение и стрессоустойчивость являются здоровые базовые привычки.
Сон, еда и объятия для помощи мозгу
При малейшем недомогании люди склонны пить таблетки, но в реальности для того, чтобы помочь мозгу и телу работать оптимально, необходимы самые базовые вещи, от которых мы постоянно отмахиваемся: «Мне и так плохо, чтобы еще начать правильно питаться» или «Я и так ничего не успеваю, чтобы еще так много спать». Однако без определенных «базовых» правил не только все таблетки будут малоэффективны, но и совершенно невозможна продуктивная работа.
Как и правильное питание, физические упражнения крайне важны для продуктивной работы мозга. Они запускают процессы нейрогенеза и нейропластичности, снижают уровень стресса и, согласно многочисленным исследованиям, являются эффективными антидепрессантами.
Причем полезно даже думать о физических упражнениях, поскольку от этого в головном мозге активизируются те же самые нейронные системы, что приводит к улучшению фактического выполнения этих упражнений.
Согласно статистике, примерно половина людей испытывают сложности со сном хотя бы раз в неделю, а для многих это постоянная проблема. Однако зачастую люди прибегают к неэффективным и даже вредным методам борьбы с бессонницей. Например, пытаются разгрузить мозг за компьютером, что только вредит засыпанию, так как мозг воспринимает излучение монитора за дневной свет и ведет себя так, будто наступил день. Не помогает высыпаться и алкоголь, поскольку приводит к неглубокому и прерывистому сну. Конечно, существует огромное количество всевозможных снотворных, но они зачастую подавляют важные стадии сна, нередко вызывают привыкание и в итоге ведут к обратному эффекту.
Таким образом, заключает автор, внедряя, указанные выше полезные привычки, возможно значительно улучшить работу мозга и даже продлить молодость.
Какая часть головного мозга отвечает за реакцию бей или беги
При копировании обязательна ссылка на оригинал статьи: http://xn--80aqahnk.net/?p=586
Если вы страдаете паническим неврозом, то во время приступа думаете, что серьезно больны. Но симптомы панических атак объясняются по-другому. В этой статье я расскажу, что происходит в организме в состоянии паники.
Реакция организма на необходимость сражаться
Для того, чтобы объяснить возникающие симптомы, перенесемся во времена древних людей. Тогда человек в любой момент мог столкнуться с хищником. Представьте себе, что с волком столкнулся взрослый мужчина. Он решил сразиться со зверем. У него нет ружья. Ему приходится рассчитывать только на себя. Чтобы справиться с опасным зверем, он должен задействовать всю свою ловкость, силу и скорость. Для того, чтобы он мог эффективно сражаться в его организме происходят изменения.
Активируются гипофиз и гипоталамус. Они воздействуют на надпочечники. В кровь выбрасывается адреналин, норадреналин и кортизол. При воздействии этих веществ учащается дыхание, расширяются бронхи, в легкие поступает много кислорода. Это помогает переживать интенсивные нагрузки. Чтобы лучше работали мышцы, а реакция была молниеносной — учащается сердцебиение, ускоряется пульс и повышается давление. Вырабатывается глюкоза, чтобы лучше питать мышцы и мозг. Его бросает в пот. Организм должен избежать внутреннего перегрева, вот и выделяет влагу для того, чтобы охладиться.
Реакция организма в ситуации бегства
Но вот иная ситуация. Волк почуял маленькую девочку и пустился в погоню. Она в состоянии паники. Конечно, ей не справиться с грозным хищником. Чтобы выжить ей нужно бежать к своим соплеменникам. Чтобы она могла быстрее бежать в ее организме также происходят изменения. Опять организму нужно большое количество энергии. И снова выбрасывается адреналин, норадреналин и кортизол. И провоцирует сердцебиение, учащенное дыхание и выделение глюкозы.
Одна из реакций в состоянии паники – сброс балласта. Человеку легче бежать на пустой желудок, когда он освободил мочевой пузырь и сходил в туалет. Поэтому при испуге может возникнуть медвежья болезнь, непроизвольное мочеиспускание, тошнота и рвота. Организм делает все, чтобы человек мог выжить и пережить интенсивные нагрузки.
Во времена древних людей выживали только те, у кого реакция организма на опасность была быстрой и достаточно сильной.
Почти 100 лет назад психолог Уолтер Кеннон такую реакцию организма на стресс назвал реакцией борьбы или бегства.
Реакция «бей или беги» в современном мире
Прошло много веков. Но и в современном обществе люди также прибегают к реакции борьбы или бегства, чтобы чувствовать себя комфортно и в безопасности. Например, вы мгновенно отскакиваете на тротуар, когда слышите сигнал приближающегося автомобиля. Такая реакция помогает избежать вреда или травмы. Мы не удивляемся, когда реакция «бей или беги» происходит в моменты настоящей опасности. Но современные люди гораздо реже сталкиваются с угрожающими жизни ситуациями.
Панический невроз: что происходит в организме во время панических атак
Сейчас стрессовые ситуации стали иными – это первое свидание с девушкой, экзамен или разговор с начальством. В таких ситуациях уже нет необходимости нападать, сражаться или убегать. Современные люди практически не дерутся. В большинстве ситуаций ни физическая агрессия, ни простое бегство в решении проблем не помогают. Такое поведение противоречит правилам поведения в цивилизованном обществе. В большинстве случаев реакция «бей или беги» создает одни лишь проблемы. Но организм человека остался таким же. И поэтому на всякий случай, на стресс тело реагирует так же, как раньше на нападение льва.
Гормоны выбрасываются в тех же количествах. Учащается дыхание, поднимается давление, появляется тахикардия, организм готов сбросить балласт. Это так называемая вегетативная реакция. Но у человека нет никакой возможности бежать, кричать и драться. В современном обществе это было бы странно. У человека нет возможности утилизировать выброшенные гормоны. Они не находят выхода. Учащенное дыхание и перепады уровня глюкозы приводят к головокружению и чувству дереализации.
Ситуацию осложняет то, что из-за темпа современной жизни многие живут в хроническом стрессе. Организм на взводе, в полной «боевой» готовности. Он практически все время реагирует так, как будто жизни человека угрожает опасность. Накопившееся напряжение выбрасывается во время панического приступа.
Человеку трудно объяснить такое возбуждение и столь бурную реакцию вегетативной нервной системы. Не находя объяснения телесным проявлениям, человек чувствует страх за свое здоровье или испытывает страх сойти с ума. Состояние паники еще больше усиливает телесные симптомы. Именно так формируется панический невроз.
Но такая реакция тела не опасна и объяснима. О причинах паники вы можете прочитать в статье «Причины приступов паники». Проанализировать то, что вызвало состояние паники поможет дневник самонаблюдения из статьи «Анализ первого панического приступа». Больше о том, как стресс влияет на развитие панического невроза, вы узнаете из статьи «Паника – реакция на стресс».
«Скандальные» молекулы с двумя названиями, которые командуют: «Бей или беги!»
«Скандальные» молекулы с двумя названиями, которые командуют: «Бей или беги!»
Волк и зайчик испытывают разные эмоции при встрече. Один боится и хочет убежать, а другой готов к нападению. В обеих этих реакциях принимают участие две очень важные молекулы — адреналин и норадреналин.
Автор
Редакторы
Статья на конкурс «Био/Мол/Текст»: Две молекулы — адреналин и норадреналин — вовлечены в управление реакциями человека в минуту опасности или сильного эмоционального напряжения. В статье рассказывается о том, какие физиологические процессы происходят в организме при их участии и обеспечивают возможность быстрого реагирования наших мышц на экстремальные ситуации.
Конкурс «Био/Мол/Текст»-2020/2021
Эта работа опубликована в номинации «Своя работа» конкурса «Био/Мол/Текст»-2020/2021.
Генеральный партнер конкурса — ежегодная биотехнологическая конференция BiotechClub, организованная международной инновационной биотехнологической компанией BIOCAD.
Спонсор конкурса — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.
Спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.
Что же это за вещество такое — адреналин?
Адреналин — катехоламин, гормон, выделяющийся из корковых структур надпочечников. В переводе с английского adrenal означает «надпочечник», что и дало название этому гормону. Открытие адреналина сопровождалось спорами о приоритетах: кто первым обнаружил, кто первым раскрыл механизм действия. Именно поэтому адреналин считается одной из самых «скандальных» молекул. В 1891–1894 гг. наши соотечественники, переехавшие в Польшу, Наполеон Цыбульский и Владислав Симонович (в некоторых источниках Ладислав Шиманович) исследовали физиологические эффекты экстрактов из надпочечников. Было выдвинуто предположение о том, что вещества, выделяемые этим органом, регулируют работу сердечно-сосудистой и нервной систем. Однако в англоязычной литературе приоритет открытия адреналина как экстракта надпочечников приписывают Джорджу Оливеру и Эдварду Шафферу. В 1895 году в экспериментах, которые Оливер проводил на собственном сыне, было установлено, что экстракт надпочечников вызывает сужение лучевой артерии в руке и повышает давление. Впоследствии авторы опубликовали работу, в которой показали увеличение сокращений мышцы после добавления к ней раствора, экстрагированного из надпочечников (рис. 1). К сожалению, Цыбульский и Симонович так и не стали оспаривать первенство.
Рисунок 1. Записи сокращений скелетной мышцы лягушки в исходных условиях (а) и после добавления экстракта надпочечников (б). Амплитуда и длительность суммарного сигнала выросла.
Экстракт надпочечников содержал смесь различных компонентов. Поэтому необходимо было определить то активное соединение, которое оказывало стимулирующий эффект. И в этой ситуации опять не обошлось без «скандала». В 1898 году Джон Абел из Балтимора выделил это вещество и назвал его эпинефрином. Но в 1901 году Йокичи Такамине — японский иммигрант, живший в США, в более чистом виде выделил компонент экстракта надпочечников, ответственный за повышение кровяного давления и назвал его «адреналин». Таким образом, есть два равнозначно существующих названия — адреналин и эпинефрин. Всемирная организация здравоохранения использует название «эпинефрин», которое происходит от греческого επι («рядом») и νεφρά («почка»). Название «адреналин» — латинское: от ad («сбоку») и renalis («почечный»).
Идею о том, что адреналин жизненно необходим для осуществления многих функций нашего организма, впервые высказал Уолтер Брэдфорд Кеннон — американский психофизиолог. В своей книге «Мудрость тела», впервые опубликованной в 1932 году, он обобщил известные к тому времени данные об адреналине. Кеннон описал важнейшую роль гормона в мобилизации всех систем организма для работы при максимальной нагрузке и назвал это реакцией «бей или беги». Описывая это явление, Кеннон говорил о том, что в минуты опасности адреналин вызывает такое состояние организма, при котором у хищника возрастает возможность нападения («бей»), а жертва реагирует на близкую опасность бегством. Однако Кеннон, называя адреналин молекулой, управляющей реакцией «бей или беги», не мог раскрыть механизм, по которому усиливалась работа скелетной мускулатуры, необходимой для нападения или бегства. Для этого необходимо понимание физиологических процессов, вызывающих повышение сократительной способности мышечных волокон. Далее в нашей статье будет рассказано о том, какие процессы лежат в основе этой реакции.
«У вас возбудимость повысилась» — феномен Орбели—Гинецинского
Еще до того, как Кеннон сформулировал представление о реакции «бей или беги», в 1923 году профессор Санкт-Петербургского медицинского университета Леон Орбели и его коллега Александр Гинецинский, пытаясь ответить на вопрос: «Как заставить мышцы сокращаться сильнее?», провели исследования, в которых выявили очень интересный эффект. В экспериментах на скелетной мышце лягушки они обнаружили, что сила мышечных сокращений, уменьшившаяся при длительной стимуляции, возрастает, если раздражать симпатический нерв [2]. Дело в том, что в организме есть специальная нервная система, которая называется симпатической. Она ответственна за работу сердечно-сосудистой системы и внутренних процессов, происходящих независимо от нашего сознания, но реагирует на изменение внешних условий. Эта система сложно устроена, а ее описание требует отдельного рассказа.
Нервные окончания симпатических нервов подходят близко к органам-мишеням и вызывают изменение их функций. Исследуя роль симпатической нервной системы в регуляции работы скелетной мускулатуры, Л. Орбели и А. Гинецинский поставили эксперимент, в котором долгое время раздражали скелетную мышцу лягушки до такой степени, что сила ее сокращений значительно уменьшалась. Такую мышцу называют «утомленной». Но когда ученые простимулировали блуждающий нерв, который в своем составе имеет и симпатические волокна, то увидели, что сила сокращений «утомленной» мышцы восстановилась (рис. 2). А сами сокращения стали возникать через более короткий период времени после стимула. Исследователи сделали вывод, что улучшение функций утомленной мышцы при стимуляции симпатического нерва вызывает повышение ее возбудимости. Этот эффект получил название феномена Орбели—Гинецинского.
Рисунок 2. Л. Орбели, А. Гинецинский и запись сокращений «утомленной» мышцы при стимуляции симпатического нерва (моменты стимуляции обозначены стрелками). При стимуляции симпатического нерва сила мышечных сокращений возрастает.
Еще одна молекула для выполнения реакции «бей или беги»
Анализируя результаты своих экспериментов с восстановлением сокращений «утомленной» мышцы, Л. Орбели выдвинул важную гипотезу о том, что стимуляция симпатического нерва может оказывать влияние не только на саму мышцу, но в первую очередь на контакт между нервным окончанием мотонейрона и мышечным волокном. Однако неясно было, по какому механизму это происходит.
Для того, чтобы понять механизм возникновения феномена Орбели—Гинецинского, нужно вспомнить, что при раздражении симпатического нерва из его окончаний выделяется другой катехоламин — норадреналин. Он является предшественником адреналина; их различия состоят в небольшой добавочной группе атомов углерода и водорода у норадреналина. Норадреналин тоже имеет второе название — норэпинефрин [2]. При возникновении стрессовой ситуации, когда надо либо нападать, либо убегать, в организме увеличивается содержание и норадреналина, и адреналина [3]. Таким образом, норадреналин является второй молекулой, которая может принимать участие в осуществлении реакции «бей или беги», но как это происходит, долгое время оставалось непонятным. Пытаясь найти объяснение обнаруженному феномену, Л. Орбели предположил, что симпатическая иннервация, повышая сократительные способности мышцы, по-видимому, действует на контакт между мышцей и подходящим к ней нервом периферической нервной системы, которую еще называют соматической. Ее главная функция — управлять нашими движениями.
Нервно-мышечный синапс — главный инструмент для реализации реакции «бей или беги»
Один из важнейших элементов соматической нервной системы — это место «встречи» нервного окончания мотонейрона и мышечного волокна. Для того, чтобы мышцы начали сокращаться, необходима слаженная работа такого контакта между нервным окончанием мотонейрона, посылающего электрический сигнал к мышечному волокну, и специализированной зоной мембраны мышечного волокна. Он называется нервно-мышечным соединением или синапсом (рис. 3). Именно здесь происходят основные события, которые заставляют наши мышцы сокращаться и позволяют нам «бить» или «убегать» в случае опасности. Процесс передачи сигнала от мотонейрона к мышечному волокну обеспечивается работой сложного многоступенчатого механизма, в основе которого лежит преобразование электрического сигнала в химический и обратно.
О работе нейромедиаторов можно прочитать в некоторых ранее опубликованных на «Биомолекуле» статьях. Например, статья «Тайны голубого пятна» посвящена норадреналину; «Молекула здравого ума» — ацетилхолину, а в комиксе «Как происходит выделение нейромедиатора» наглядно проиллюстрирован этот процесс [4], [5], [6].
Рисунок 3. Строение нервно-мышечного синапса. Показаны самые главные элементы (без упоминания многочисленных структур в нервном окончании и мышечном волокне), которые все вместе участвуют в обеспечении работы нервно-мышечного контакта и сокращении мышечного волокна.
рисунок автора статьи
Когда мотонейрон отправляет электрический сигнал по своему аксону, в его окончании вблизи мышечного волокна происходит выделение специального вещества — ацетилхолина, который называют медиатором. Молекулы ацетилхолина упакованы в особые пузырьки — синаптические везикулы. В одной везикуле может находиться до 10 000 молекул ацетилхолина; такая порция ацетилхолина называется квантом. В ответ на электрический импульс выделяется от нескольких десятков до нескольких сотен квантов медиатора. Так электрический сигнал превращается в химический. Выделившиеся молекулы ацетилхолина посредством диффузии проходят через синаптическую щель — промежуток между нервным окончанием и мембраной мышечного волокна. На этой мембране расположены специальные молекулярные комплексы — рецепторы, которые, взаимодействуя с молекулой ацетилхолина, открывают ионный канал в мембране, и через него в мышечное волокно входят ионы. Это приводит к возникновению электрического ответа теперь уже в мышечном волокне, то есть сигнал превратился из химического опять в электрический. Если величина этого сигнала достаточна для того, чтобы запустить дальнейшие внутриклеточные процессы в мышечном волокне, необходимые для начала работы сократительного аппарата — возникает сокращение мышечного волокна. Таким образом, следуя гипотезе Л. Орбели об усилении сократительной способности утомленной мышцы в результате какого-то влияния стимуляции симпатического нерва на нервно-мышечный контакт, можно связать два явления: увеличение содержания адреналина и норадреналина в крови при «встрече с хищником» и ответные реакции — повышение возбудимости скелетной мускулатуры, позволяющей нападать или убегать. Однако прямых экспериментальных подтверждений правильности этого предположения долгое время не было.
Что делает норадреналин в «утомленной» мышце
Несмотря на то, что после работ Л. Орбели и У. Кеннона было проведено множество исследований влияния адреналина и норадреналина как на скелетную мышцу, так и на процессы в нервно-мышечном соединении, ученые расходились во мнениях о молекулярных механизмах, участвующих в развитии феномена Орбели—Гинецинского.
Рисунок 4. Академик РАН Евгений Евгеньевич Никольский.
фото автора статьи
В 1992 году основатель и руководитель лаборатории биофизики синаптических процессов Казанского института биохимии и биофизики академик Евгений Никольский предложил проверить явление, описанное Л. Орбели, на изолированном нервно-мышечном препарате скелетной мышцы лягушки, анализируя процесс передачи сигнала через нервно-мышечный контакт с помощью микроэлектродной техники (рис. 4).
Так же, как и Л. Орбели с А. Гинецинским, мы вызывали утомление портняжной мышцы лягушки, длительно стимулируя аксон электрическими стимулами. В результате ответ мышечного волокна на стимул уменьшался по амплитуде и не мог вызывать сокращения. Когда в раствор, омывающий нервно-мышечный препарат, добавляли норадреналин, электрический сигнал от мышечного волокна возрастал. Но удивительным было то, что это увеличение не было связано с ростом числа порций ацетилхолина, которые освободились из нервного окончания. Не стало больше рецепторов для ацетилхолина на мембране мышечного волокна, которые с ним взаимодействуют, не изменилась чувствительность этих рецепторов к медиатору.
С помощью разработанного нами специального математического метода мы показали, что увеличение ответа мышечного волокна под влиянием норадреналина происходит из-за того, что кванты ацетилхолина в ответ на стимул выделяются более синхронно (рис. 5).
Рисунок 5. На схемах представлено синхронное и несинхронное высвобождение квантов ацетилхолина и электрические ответы мышечного волокна, возникающие в результате выделения квантов медиатора. Когда амплитуда ответа (зеленая линия) достигает критического значения, необходимого для возникновения потенциала действия мышечного волокна, генерируется мышечное сокращение. При несинхронном выделении квантов медиатора ответ не достигает необходимого уровня; потенциал действия мышечного волокна не развивается, сокращение мышцы не возникает.
рисунок автора статьи
Оказалось, что в ходе развития утомления мышцы, когда она перестает сокращаться из-за длительной стимуляции, величина электрического ответа мышечного волокна в нервно-мышечном контакте снижается из-за того, что кванты ацетилхолина начинают выделяться не одновременно в ответ на стимул (рис. 6). Это приводит к уменьшению электрического сигнала мышечного волокна и к отсутствию сокращения. Когда же мы добавляем норадреналин, в нервном окончании аксона происходит целая цепочка внутриклеточных процессов, которые вызывают одновременное срабатывание тех участков нервно-мышечного контакта, где происходит выделение квантов ацетилхолина. А выделившиеся одновременно молекулы ацетилхолина активируют рецепторы на мембране мышечного волокна, их ответы суммируются; величина результирующего электрического сигнала становится больше, что может вызвать сокращение мышцы. Влияние норадреналина на синхронность выделения квантов ацетилхолина в нервно-мышечном контакте мы впервые описали в статье в журнале Journal of Physiology в 1999 году [7].
Рисунок 6. Электрические ответы мышечного волокна на отдельные нервные стимулы (левая часть рисунка) в «утомленной» мышце, в присутствии норадреналина и при действии веществ, блокирующих влияние норадреналина. Моменты возникновения ответов после стимула (пик в левой части) сильно различаются в «утомленной» мышце и становятся практически одинаковыми при действии норадреналина. В правой части — суммарный ответ мышечного волокна в «утомленной» мышце и после действия на нее норадреналина. Под его влиянием амплитуда ответа увеличивается.
рисунок автора статьи
Так, нам удалось получить практическое объяснение феномену Орбели—Гинецинского. Норадреналин, выделяющийся из окончания симпатического нерва, увеличивает ответ мышечного волокна, вызывая более синхронное освобождение молекул медиатора ацетилхолина. Это приводит к тому, что «утомленная» мышца начинает сокращаться. При возникновении реакции «бей или беги» норадреналин, по-видимому, может действовать таким же образом. Но наши данные были получены на лягушке, которая относится к холоднокровным животным, и многие физиологические и биохимические процессы у них происходят по отличающимся от теплокровных механизмам. Поэтому следующей нашей задачей было проверить, встречается ли подобное явление у теплокровных млекопитающих.
Как влияет норадреналин на нервно-мышечный контакт у белой мышки или крысы
В 2018 году мы поставили задачу: исследовать действие адреналина и норадреналина на процессы в нервно-мышечных синапсах скелетных мышц лабораторных мыши и крысы. Эти животные — наиболее распространенные объекты в исследованиях нейрофизиологов. С помощью аналогичных методов, использованных на препаратах лягушки, мы измеряли характеристики электрических ответов и сравнивали их с теми, которые были получены после добавления в раствор, омывающий мышцу, адреналина, норадреналина или их аналогов. Наш проект был поддержан Российским научным фондом. Мы исследовали нервно-мышечные контакты двух разных типов мышц. Дыхательная мышца диафрагма служит для обеспечения процесса дыхания. В нервно-мышечных синапсах этой мышцы мы обнаружили, что добавление адреналина вызывало уменьшение числа квантов ацетилхолина в ответ на нервный стимул [8], [9]. В синапсах локомоторной мышцы, участвующей в обеспечении положения тела и движения, адреналин вызывал увеличение числа освободившихся квантов. Можно предположить, что эти эффекты в синапсах диафрагмы, вероятно, приводят к тому, что у нас перехватывает дыхание в неожиданной ситуации, а возрастание освобождения медиатора в синапсах локомоторных мышц позволяет им интенсивнее сокращаться, и мы способны быстрее бежать. Интересно, что если в синапсах лягушки в присутствии норадреналина мы наблюдали более синхронное выделение квантов, то в нервно-мышечном контакте локомоторной мышцы крысы таким эффектом обладал адреналин [10]. Мы установили, что концентрация адреналина и норадреналина в растворе, омывающем нервно-мышечный препарат, возрастает при стимуляции нерва, подходящего к мышце. Это говорит о том, что около нервно-мышечного контакта присутствуют так называемые эндогенные (образующиеся в самом организме) адреналин и норадреналин. Поэтому увеличение их содержания в минуты опасности может оказывать стимулирующее действие, вызывая либо освобождение большего количества квантов медиатора ацетилхолина, либо повышая степень синхронности их выделения. Оба этих эффекта приводят к росту величины электрического ответа в мышечном волокне, и тем самым могут вызывать его сокращение, которое обеспечивает выполнение команды «бей или беги».
От лекарства до допинга: почему важно изучать эффекты адренергических соединений
Исследования эффектов адреналина и норадреналина на состояние нервно-мышечного контакта очень важны. И не только потому, что интересно знать, как эти вещества, синтезируемые в нашем организме, влияют на работу скелетной мускулатуры и участвуют в осуществлении реакции «бей или беги». Одна из главных причин — что эти вещества и их ближайшие аналоги широко применяются при лечении сердечно-сосудистых и легочных патологий. В последние десятилетия их стали предлагать для лечения целого ряда нейродегенеративных заболеваний, среди которых — разные виды мышечной слабости, боковой амиотрофический склероз, спинальная мышечная атрофия и некоторые другие, связанные с проблемами нарушения работы скелетной мускулатуры и двигательных функций. Необходимо отметить, что такие аналоги адреналина и норадреналина, как сальбутамол и кленбутерол, способные активировать адреналиновые рецепторы, помимо влияния на процессы в нервно-мышечном контакте и усиления мышечных сокращений, могут приводить еще и к повышению мышечной массы и даже использоваться в качестве допинга (запрещенного Международной антидопинговой ассоциацией). Эти соединения также рассматриваются как потенциально эффективные лекарства для лечения саркопении — заболевания, связанного с возрастным снижением массы мышц. Говоря об адреналине и норадреналине, основное внимание мы уделили их влиянию на скелетную мускулатуру и, в частности, на работу нервно-мышечного соединения, поскольку, как мы полагаем, именно в нем развиваются главные события, участвующие в реакции «бей или беги». Однако адреналин — как гормон — и норадреналин — как медиатор — выполняют множество разных жизненно важных функций в нашем организме, чему, безусловно, можно посвятить не одну статью.
Работа поддержана грантом РНФ № 18-15-00046.